Resumen Técnico: Safecloud

Planteamiento del Problema

Las redes de almacenamiento descentralizado enfrentan un dilema fundamental de confianza: requieren que terceros no confiables almacenen datos sin que dichas partes puedan leerlos, alterarlos o retener los datos como rehén. Las soluciones existentes abordan partes de este problema, pero no logran integrarlas plenamente. Los sistemas de direccionamiento de contenido (por ejemplo, IPFS) garantizan la integridad de los datos pero carecen de mecanismos nativos de cifrado y fijación de precios. Las redes incentivadas (por ejemplo, Filecoin, Storj) proporcionan modelos económicos y pruebas de almacenamiento, pero dependen de operadores de infraestructura dedicados y a menudo requieren que los datos sean cifrados antes de ser sellados, lo que añade complejidad. Crucialmente, ninguno de estos sistemas permite que el proveedor de almacenamiento sea una pestaña ordinaria y no confiable de un navegador web, ni ofrecen una arquitectura unificada para el streaming cifrado de acceso aleatorio con monetización de grano fino.

Metodología

Safecloud propone una red de almacenamiento y streaming distribuida y cifrada donde los nodos que proveen almacenamiento nunca observan el texto plano y nunca poseen las claves de descifrado. La arquitectura se basa en tres roles distintos:

1. La Nube (The Cloud): El SDK del propietario o del concesionario autorizado que se ejecuta en un navegador. Contiene el secreto raíz, divide los archivos, cifra los fragmentos (chunks) y gestiona las claves.
2. Jets: Servidores de enrutamiento federados (Node.js) que emparejan fragmentos con nodos de almacenamiento, sirven solicitudes de recuperación y verifican la autorización. Nunca ven el texto plano.
3. Drops: Pestañas de navegador que almacenan fragmentos cifrados en IndexedDB. Sirven datos bajo demanda pero no poseen claves y no pueden leer el contenido.

El sistema se construye sobre cinco pilares criptográficos y arquitectónicos fundamentales:

1. Jerarquía de Clave de Raíz Única con Acuerdo de Derivación

Todas las claves en el sistema se derivan determinísticamente de un único secreto raíz de 32 bytes utilizando HKDF-SHA256 con etiquetas de separación de dominio.

• Estructura: Un raíz $r$ genera una raíz de cifrado $e$ y una raíz de acceso $a$. A partir de $e$, se derivan claves de subárbol $k_{sub}^{[S,E)}$ para rangos específicos $[S, E)$. Finalmente, las claves de fragmento $k_i$ y los IVs $v_i$ se derivan de la clave del subárbol usando el índice relativo.
• Significación: Esto permite que un propietario delegue un rango específico de un archivo a un concesionario compartiendo únicamente la clave del subárbol. El concesionario puede derivar las mismas claves de fragmento e IVs que el propietario sin conocer jamás el secreto raíz, lo que permite la delegación de rangos sin necesidad de re-cifrado.

2. Direccionamiento de Contenido Convergente con Verificabilidad Ciega

Debido a que la derivación de claves es determinista, el contenido idéntico bajo la misma raíz produce el mismo texto cifrado e Identificadores de Contenido (CIDs).

• Mecanismo: El CID se calcula sobre el texto cifrado autenticado (texto cifrado + etiqueta GCM).
• Verificabilidad Ciega: Un Drop puede verificar que posee el fragmento correcto al recomputar el CID desde los bytes almacenados y compararlo con el CID solicitado. Esta verificación no requiere claves y no revela el texto plano, lo que permite a los nodos no confiables confirmar la integridad de los datos.
• Deduplicación: Esto permite la deduplicación de re-cargas y versiones compartidas dentro del alcance de la misma raíz del propietario, mientras evita ataques de deduplicación entre usuarios comunes en el cifrado convergente global.

3. Tres Árboles Paralelos sobre una Sola Ruta de Navegación

Safecloud utiliza un esquema de direccionamiento de ruta de enlace único (por ejemplo, [track, data, 0, 1]) que indexa simultáneamente tres árboles distintos:

• Árbol de Merkle Público: Para la verificación de integridad de los CIDs de los fragmentos.
• Árbol de Derivación de Claves Top-Down: Para la confidencialidad, permitiendo la derivación de claves desde la raíz hasta el fragmento.
• Árbol de Acceso: Para la autorización, que contiene delegaciones firmadas.
  Esta estructura asegura que una sola ruta localice simultáneamente la prueba de integridad de un fragmento, su clave de descifrado y su concesión de acceso.

4. Streaming mediante Derivación Top-Down

La jerarquía de claves funciona como un índice de streaming.

• Acceso Aleatorio: Un reproductor que posee una clave de subárbol puede derivar la clave de cualquier segmento en tiempo $O(1)$ sin tener que recorrer nuevamente desde la raíz o recuperar fragmentos previos.
• Pistas Paralelas: Los archivos se tratan como conjuntos de subárboles independientes (por ejemplo, video, audio, subtítulos). Un concesionario puede recibir acceso a la pista de subtítulos sin la pista de video, o a un rango de segmentos específico, sin re-cifrar el archivo.
• Monetización: Esto permite el desbloqueo por pista y por segmento, permitiendo modelos de monetización de grano fino (por ejemplo, alquilar un capítulo específico) que anteriormente eran difíciles en las redes de almacenamiento cifrado.

5. Economía de Almacenamiento Verificable de Suma Cero

La red utiliza una economía de "Safebux" liquidada mediante líneas de confianza de OpenClaiming.

• Incentivos: Los Drops ganan Safebux por el almacenamiento; los Jets ganan por el enrutamiento.
• Prueba de Almacenamiento: En lugar del costoso proceso de "sellado" (codificación secuencial lenta) de Filecoin, Safecloud utiliza firmas de desafío-respuesta ligeras. Un Jet desafía a un Drop a firmar un par (CID, nonce). El fallo en la respuesta resulta en el recorte de la participación (slashing) bajo una disciplina de "Prueba de Corrupción".
• Eficiencia de Costos: Se argumenta que este enfoque es estructuralmente más barato que la prueba de replicación porque la confidencialidad es intrínseca (los datos se cifran antes del almacenamiento), eliminando la necesidad de un paso de cifrado separado antes del sellado.

Resultados y Estado de Implementación

El documento presenta un marco teórico y una implementación de referencia con afirmaciones específicas sobre los componentes implementados frente a los diseñados:

• Implementado: El núcleo del pipeline criptográfico está totalmente implementado, incluyendo la derivación de claves determinista, el cifrado AES-256-GCM con vinculación de posición, la computación de CIDv1, el árbol de Merkle público, la derivación de capacidad de rango y los protocolos de comunicación Cloud/Drop/Jet utilizando árboles Prolly y filtros de Bloom para la reconciliación de inventario.
• Diseñado/En Progreso: La capa de liquidación económica (verificación de OpenClaiming), la firma de desafío de prueba de almacenamiento, la codificación de borrado (actualmente usando replicación) y el emparejamiento Jet-a-Jet están especificados pero aún no se han impuesto en la versión actual.
• Pruebas Teóricas: El documento proporciona pruebas formales para:
  • Acuerdo de Derivación: Los propietarios y concesionarios derivan las mismas claves para los rangos delegados.
  • Contención de la Delegación: Los concesionarios no pueden derivar claves fuera de su rango concedido.
  • Verificabilidad Ciega: Los Drops pueden verificar la integridad de los fragmentos sin claves.
  • Solidez de la Recuperación: La recuperación verificada por Merkle detecta cualquier sustitución o corrupción.

Significancia

Safecloud se distingue al colocar tanto la oferta (almacenamiento) como la demanda (consumo) dentro de sesiones de navegador, permitiendo que cualquier visitante con una pestaña abierta se convierta en un proveedor de almacenamiento sin necesidad de instalación. Combina de forma única:

1. Cifrado de Extremo a Extremo: Los proveedores de almacenamiento solo ven texto cifrado opaco.
2. Streaming Eficiente: Descifrado de acceso aleatorio mediante derivación de claves top-down.
3. Control de Acceso de Grano Fino: Delegación por pista y por segmento sin re-cifrado.
4. Verificación de Bajo Costo: Una economía de almacenamiento basada en firmas ligeras en lugar de un pesado sellado computacional.

El documento concluye que Safecloud ofrece una combinación novedosa de streaming de acceso aleatorio descifrable y monetización por segmento que no se encuentra en las redes de almacenamiento cifrado previas. Sirve como sustrato para Safecloud 2.0, que busca extender estos principios desde el almacenamiento verificable hacia la computación verificable.