⚡ electrical engineering

Safecloud: A Distributed, Encrypted Storage Cloud for Streaming

Safecloud is een gedistribueerd, versleuteld opslag- en streamingnetwerk dat privacy waarborgt door bestanden op te splitsen en te versleutelen in alleen cijfertekst-chunks over browsergebaseerde opslagnodes en gefedereerde routers, waarbij gebruik wordt gemaakt van een nieuwe sleutelhiërarchie en convergente adressering om veilige deduplicatie, efficiënte O(1) streaming en verifieerbare, laagkostenprikkels mogelijk te maken zonder ooit de klare tekst of sleutels bloot te leggen.

Oorspronkelijke auteurs: Gregory Magarshak

Gepubliceerd 2026-06-10

📖 5 min leestijd🧠 Diepgaand

CC BY 4.0

Oorspronkelijke auteurs: Gregory Magarshak

Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer

Stel je voor dat je een enorme bibliotheek met films en boeken op het internet wilt opslaan, maar je vertrouwt de vreemdelingen die je planken vasthouden niet. Je wilt niet dat zij je boeken kunnen lezen, en je wilt niet dat ze je pagina's kunnen vervangen door neppagina's zonder dat je het merkt.

Safecloud is een nieuw systeem dat dit probleem wil oplossen. Het verandert je webbrowser in een opslagunit en creëert een veilig, versleuteld netwerk waar niemand — zelfs niet de mensen die jouw data vasthouden — kan zien wat erin zit.

Hier is hoe het werkt, onderverdeeld in eenvoudige concepten:

1. De "Blinde" Opslag (De Drops)

Normaal gesproken, als je een opslagkluis huurt, heeft de eigenaar een hoofdsleutel en kan hij erin gluren. In Safecloud worden de opslagunits Drops genoemd.

De Analogie: Stel je voor dat je je waardevolle spullen in een kluis vergrendelt nog voordat je het huis verlaat. Je geeft de vergrendelde kluis aan een vreemde (de Drop) om hem in hun kelder te bewaren.
De Magie: De vreemde ziet de sleutel nooit. Ze zien alleen een vergrendelde doos. Ze kunnen de doos niet openen, de inhoud niet lezen, of zelfs niet weten wat erin zit. Als ze proberen jouw doos te verwisselen voor een andere, komt de slotpassing niet overeen met het label en weet je dat direct.
De Twist: Deze "vreemden" zijn gewoon gewone browser-tabbladen. Als je een tabblad open laat staan op een website, kan dat tabblad een Drop worden en jouw vergrendelde dozen gratis opslaan.

2. De "Master Key" en de "Magische Kaart" (De Cloud & Jets)

Jij (de Cloud) bezit de enige hoofdsleutel. Je stuurt deze sleutel nooit naar iemand anders.

De Analogie: In plaats van de vreemde een sleutel te geven, geef je hen een Magische Kaart (een Jet).
Hoe het werkt: De Jet is een routeringsserver. De Jet bevat niet jouw data en heeft ook niet jouw sleutel. Het weet alleen waar jouw vergrendelde dozen zich bevinden. Wanneer je een film wilt kijken, zegt de Jet tegen de Drops: "Hé, breng mij de doos met het label 'Scène 1'." De Drop brengt de vergrendelde doos en jij ontgrendelt deze op je eigen apparaat.

3. De "One-Root" Boom (Geen Sleutelchaos meer)

In veel systemen, als je een specifiek hoofdstuk van een boek met een vriend wilt delen, moet je een hele nieuwe kopie van het boek maken met een nieuw slot. Safecloud is slimmer.

De Analogie: Stel je een stamboom voor waarbij elk familielid een unieke sleutel heeft. In Safecloud is er slechts één hoofdsleutel (de Root). Elke andere sleutel voor elk bestand, elk fragment en elke gedeelde map is wiskundig afgeleid van die ene hoofdsleutel.
Het Voordeel: Als je een vriend alleen Hoofdstuk 3 van een film wilt laten kijken, hoef je niet de hele film opnieuw te vergrendelen. Je geeft hem simpelweg een "sub-sleutel" die wiskundig gezien alleen die specifieke tak van de boom ontgrendelt. Hij kan Hoofdstuk 4 of het geluidsspoor niet ontgrendelen als je hem die specifieke toestemming niet hebt gegeven. Het is alsof je iemand een sleutel geeft die alleen de voordeur opent, en niet de kluis in de kelder.

4. Streamen zonder te Downloaden

Vanwege deze "boomstructuur" is het kijken van een video ongelooflijk snel en flexibel.

De Analogie: Stel je een video voor als een lange trein. In normale versleutelde systemen moet je, om bij de laatste wagon te komen, misschien elke wagon vanaf de voorkant ontgrendelen.
De Manier van Safecloud: Omdat de sleutels wiskundig aan elkaar gekoppeld zijn, kun je — als je de sleutel hebt voor het "treinstation" (het begin van het spoor) — direct de sleutel voor elke specifieke wagon (segment) berekenen zonder de wagons ervoor te hoeven ontgrendelen. Je kunt direct naar het einde van de film springen en het systeem berekent de sleutel voor dat exacte moment in een fractie van een seconde.

5. De "Eerlijkheidseconomie" (Safebux)

Hoe zorgen we ervoor dat de Drops niet gewoon je dozen verwijderen en wegrennen?

De Analogie: Stel je een spelletje "Laat maar zien" voor. Af en toe vraagt de Jet aan een Drop: "Laat me de doos met het label 'Scène 1' zien." De Drop moet bewijzen dat hij de doos nog heeft door een digitale ontvangstbewijs te ondertekenen.
De Beloning: Als de Drop bewijst dat hij de doos heeft, verdient hij punten genaamd Safebux. Als hij de doos niet kan tonen, verliest hij punten en wordt hij eruit gegooid. Dit creëert een systeem waarbij het goedkoper en makkelijker is om eerlijk te zijn dan om te bedriegen. In tegenstelling tot andere systemen die enorme, trage computerverwerking vereisen om opslag te bewijzen, vereist Safecloud slechts een eenvoudige digitale handtekening, wat veel sneller en goedkoper is.

Samenvatting van wat het bijzonder maakt

Privacy Eerst: De mensen die jouw data opslaan, kunnen de inhoud letterlijk niet zien.
Browser-gebaseerd: Je hebt geen speciale hardware nodig; je browser-tabblad kan een opslagprovider zijn.
Gedetailleerde Controle: Je kunt een preview van 5 minuten van een film delen, of alleen de ondertiteling, zonder het hele bestand te delen.
Efficiënt: Het gebruikt wiskunde om stappen over te slaan, wat zorgt voor instant "zoeken" in video's en automatische deduplicatie (als twee mensen hetzelfde bestand uploaden, slaat het systeem slechts één vergrendelde kopie op, wat ruimte bespaart).

De Kernboodschap: Safecloud is een manier om een wereldwijd opslagnetwerk op te bouwen waarbij de mensen die jouw data vasthouden "blind" zijn voor de inhoud, het systeem snel genoeg is voor het streamen van video, en de economie er zo op is ingericht dat eerlijk zijn de meest winstgevende weg is.

Technische Samenvatting: Safecloud

Probleemstelling

Gedecentraliseerde opslagnetwerken staan voor een fundamenteel vertrouensdilemma: ze vereisen onbetrouwbare derden om gegevens op te slaan zonder dat deze partijen de gegevens kunnen lezen, wijzigen of de gegevens als gijzelaar kunnen houden. Bestaande oplossingen pakken delen van dit probleem aan, maar slagen er niet in deze volledig te integreren. Content-geadresseerde systemen (bijv. IPFS) waarborgen de integriteit van gegevens, maar missen native encryptie en prijsmechanismen. Geprikkelde netwerken (bijv. Filecoin, Storj) bieden economische modellen en bewijzen van opslag, maar vertrouwen op dedicated infrastructuurbeheerders en vereisen vaak dat gegevens worden versleuteld voordat ze worden verzegeld, wat complexiteit toevoegt. Cruciaal is dat geen van deze systemen toestaat dat de opslagprovider een gewone, onbetrouwbare browser-tab is, noch bieden ze een uniforme architectuur voor versleutelde, willekeurige toegang tot streaming met fijnmazige monetarisering.

Methodologie

Safecloud stelt een gedistribueerd, versleuteld opslag- en streamingsnetwerk voor waarbij de nodes die opslag leveren nooit de plaintext observeren en nooit de decryptiesleutels bezitten. De architectuur rust op drie verschillende rollen:

De Cloud: De SDK van de eigenaar of de geautoriseerde ontvanger die in een browser draait. Deze bevat de root-secret, splitst bestanden, versleutelt chunks en beheert sleutels.
Jets: Gefedereerde routing-servers (Node.js) die chunks matchen aan opslagnodes, retrieval-verzoeken afhandelen en autorisatie verifiëren. Zij zien nooit de plaintext.
Drops: Browser-tabs die versleutelde chunks opslaan in IndexedDB. Zij serveren data op verzoek, maar bezitten geen sleutels en kunnen de inhoud niet lezen.

Het systeem is gebouwd op vijf kerncryptografische en architecturale pijlers:

1. Eén-Root Sleutelhiërarchie met Derivatie-overeenkomst

Alle sleutels in het systeem worden deterministisch afgeleid van een enkele 32-byte root-secret met behulp van HKDF-SHA256 met domein-gescheiden labels.

Structuur: Een root $r$ genereert een encryptie-root $e$ en een access-root $a$ . Vanuit $e$ worden subtree-sleutels $k_{sub}^{[S,E)}$ afgeleid voor specifieke bereiken $[S, E)$ . Ten slotte worden chunk-sleutels $k_i$ en IV's $v_i$ afgeleid van de subtree-sleutel met behulp van de relatieve index.
Betekenis: Dit stelt een eigenaar in staat om een specifiek bereik van een bestand te delegeren aan een ontvanger door enkel de subtree-sleutel te delen. De ontvanger kan exact dezelfde chunk-sleutels en IV's afleiden als de eigenaar zonder ooit de root-secret te kennen, wat range-delegatie mogelijk maakt zonder re-encryptie.

2. Convergente Content-adressering met Blinde Verifieerbaarheid

Omdat sleutelafleiding deterministisch is, produceren identieke content onder dezelfde root identieke ciphertext en Content Identifiers (CIDs).

Mechanisme: De CID wordt berekend over de geauthenticeerde ciphertext (ciphertext + GCM-tag).
Blinde Verifieerbaarheid: Een Drop kan verifiëren of het de juiste chunk bevat door de CID opnieuw te berekenen vanuit de opgeslagen bytes en deze te vergelijken met de gevraagde CID. Deze verificatie vereist geen sleutels en onthult geen plaintext, waardoor onbetrouwbare nodes de integriteit van de data kunnen bevestigen.
Deduplicatie: Dit maakt deduplicatie van re-uploads en gedeelde versies binnen hetzelfde scope van de eigenaar mogelijk, terwijl cross-user deduplicatie-aanvallen die gebruikelijk zijn bij globale convergente encryptie, worden voorkomen.

3. Drie Parallelle Bomen over Eén Navigatiepad

Safecloud maakt gebruik van een enkel link-path adresseringsschema (bijv. [track, data, 0, 1]) dat gelijktijdig drie verschillende bomen indexeert:

Publieke Merkle-boom: Voor de integriteitsverificatie van chunk CIDs.
Top-Down Sleutelafleiding-boom: Voor vertrouwelijkheid, waardoor sleutelafleiding van root naar chunk mogelijk is.
Access-boom: Voor autorisatie, die ondertekende delegaties bevat.
Deze structuur zorgt ervoor dat een enkel pad gelijktijdig de integriteitsbewijzen, de decryptiesleutel en de toegangstoestemming van een chunk lokaliseert.

4. Streaming via Top-Down Afleiding

De sleutelhiërarchie fungeert als een streaming-index.

Willekeurige Toegang (Random Access): Een speler die een subtree-sleutel bezit, kan de sleutel voor elk segment afleiden in $O(1)$ tijd zonder de root opnieuw te doorlopen of voorgaande chunks op te halen.
Parallelle Tracks: Bestanden worden behandeld als sets van onafhankelijke subtrees (bijv. video, audio, ondertiteling). Een ontvanger kan toegang krijgen tot het ondertitel-spoor zonder het video-spoor, of tot een specifiek segmentbereik, zonder het bestand te re-encrypteren.
Monetarisering: Dit maakt per-track en per-segment ontgrendeling mogelijk, wat fijnmazige monetariseringsmodellen mogelijk maakt (bijv. het huren van een specifiek hoofdstuk) die voorheen moeilijk waren in versleutelde opslagnetwerken.

5. Verifieerbare, Zero-Sum Opslageconomie

Het netwerk gebruikt een "Safebux"-economie die wordt afgewikkeld via OpenClaiming trustlines.

Incentives: Drops verdienen Safebux voor opslag; Jets verdienen voor routing.
Proof of Storage: In plaats van Filecoin's computationeel zware "sealing" (langzame, sequentiële codering), gebruikt Safecloud lichtgewicht challenge-response signaturen. Een Jet daagt een Drop uit om een (CID, nonce) paar te ondertekenen. Het niet reageren op een uitdaging resulteert in stake slashing onder een "Proof-of-Corruption" discipline.
Kostenefficiëntie: Deze aanpak wordt beschouwd als structureel goedkoper dan proof-of-replication omdat vertrouwelijkheid intrinsiek is (data wordt versleuteld vóór opslag), wat een aparte encryptiestap vóór het verzegelen overbodig maakt.

Resultaten en Implementatiestatus

Het paper presenteert een theoretisch kader en een referentie-implementatie met specifieke claims met betrekking tot de geïmplementeerde kern versus de ontworpen componenten:

Geïmplementeerd: De kern van de cryptografische pipeline is volledig geïmplementeerd, inclusioneel deterministische sleutelafleiding, AES-256-GCM encryptie met positie-binding, CIDv1 berekening, de publieke Merkle-boom, range capability afleiding, en de Cloud/Drop/Jet communicatieprotocollen met behulp van Prolly trees en Bloom filters voor inventaris-reconciliatie.
Ontworpen/In uitvoering: De economische afwikkelingslaag (OpenClaiming verificatie), proof-of-storage challenge signing, erasure coding (momenteel wordt replicatie gebruikt), en Jet-naar-Jet peering zijn gespecificeerd maar nog niet afgedwongen in de huidige build.
Theoretische Bewijzen: Het paper levert formele bewijzen voor:
- Derivatie-overeenkomst: Eigenaren en ontvangers leiden identieke sleutels af voor gedelegeerde bereiken.
- Delegatie-beperking (Delegation Containment): Ontvangers kunnen geen sleutels afleiden buiten hun toegestane bereik.
- Blinde Verifieerbaarheid: Drops kunnen de integriteit van chunks verifiëren zonder sleutels.
- Retrieval Soundness: Merkle-geverifieerde retrieval detecteert elke substitutie of corruptie.

Betekenis

Safecloud onderscheidt zich door zowel de aanbodzijde (opslag) als de vraagzijde (consumptie) binnen browser-sessies te plaatsen, waardoor elke bezoeker met een open tab een opslagprovider kan worden zonder installatie. Het combineert uniek:

End-to-End Encryptie: Opslagproviders zien alleen opake ciphertext.
Efficiënte Streaming: Willekeurige toegang tot decryptie via top-down sleutelafleiding.
Fijnmazige Toegangscontrol: Per-track en per-segment delegatie zonder re-encryptie.
Lage-kosten Verificatie: Een opslageconomie gebaseerd op lichtgewicht signaturen in plaats van zware computationele sealing.

Het paper concludeert dat Safecloud een nieuwe combinatie biedt van random-access decryptable streaming en per-segment monetarisering die niet voorkomt in eerdere versleutelde opslagnetwerken. Het dient als substraat voor Safecloud 2.0, dat ernaar streeft deze principes uit te breiden van verifieerbare opslag naar verifieerbare computatie.