Prova de tempo decorrido

Desde o início do Bitcoin e o reconhecimento de seu modelo de consenso de prova de trabalho (PoW) como o mecanismo para a legitimidade de uma rede blockchain como um livro razão distribuído, vários outros mecanismos de consenso foram experimentados e introduzidos. Esses novos mecanismos de consenso são baseados na tolerância a falhas bizantinas e se concentram principalmente na redução das ineficiências de energia associadas ao processo intensivo de mineração de prova de trabalho.

Prova de tempo decorrido

Prova de tempo decorrido (PoET) é um desses mecanismos de consenso, projetado para melhorar a prova de consenso de trabalho e fornecer uma nova alternativa para redes de blockchain permitidas.

fundo

Poeta foi desenvolvido pela gigante de fabricação de chips Intel em 2016 como um mecanismo de consenso eficiente principalmente para redes de blockchain permitidas. PoET é agora o modelo de consenso de escolha para a estrutura modular do Hyperledger Sawtooth e é uma ferramenta popular para implementar e experimentar sistemas de contabilidade distribuídos.

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Um componente crítico do consenso PoET é a tecnologia inovadora com a qual trabalha em conjunto para funcionar da maneira que o faz, o manual de referência de programação do Software Guard Extensions (SGX) da Intel. Introduzido em 2015 com os processadores de núcleo de 6ª geração da Intel, o SGX funciona como um ambiente de execução confiável (TEE), que permite que um código confiável e selecionado seja executado independentemente do aplicativo em que é executado.

Antes de entender como funciona o consenso geral do PoET, é essencial entender um pouco sobre como funciona o SGX.

O que é SGX?

SGX é uma tecnologia sofisticada, mas em seu núcleo, é efetivamente um conjunto de instruções para uma CPU que é usada por aplicativos para isolar regiões confiáveis ​​e específicas de código e dados. Ele fornece um enclave seguro para os desenvolvedores protegerem dados confidenciais ou código de interferência externa ou inspeção.

O código executado em um TEE usando SGX pode produzir um atestado assinado de dentro de uma plataforma ou aplicativo que está enraizado no processador e fornece autenticação de que o código foi inicializado corretamente em um ambiente confiável. Este recurso tem implicações significativas para a funcionalidade do consenso PoET, mas também cria uma barreira inerente à entrada e limitação de seus usos.

A memória onde o código protegido é armazenado no SGX está até a salvo de usuários mal-intencionados que controlam o acesso físico a uma plataforma e possuem a maior autenticação para acessar sua memória. Como um recurso de segurança, SGX foi recebido com expectativas significativas devido ao potencial de segurança proporcionado por essa capacidade.

No contexto do consenso PoET, SGX funciona como o mecanismo para que os participantes se juntem à rede e verifiquem se estão executando o código confiável necessário para a execução do consenso PoET.

Como funciona o PoET

O consenso PoET é uma forma eficiente de prova de trabalho que remove a necessidade do processo intensivo de mineração e o substitui por um sistema de cronômetro aleatório para os participantes da rede. Basicamente, cada participante da rede recebe um objeto temporizador aleatório e o primeiro temporizador a expirar “acorda” aquele participante que se torna o líder do bloco e produz o novo bloco.

Com relação à tolerância a falhas bizantinas, isso fornece uma solução necessária e eficiente aleatoriamente para o “Problema de seleção aleatória de líder”. Essencialmente, este problema é como determinar o líder de uma rodada de consenso em sistemas tolerantes a falhas bizantinas. Por exemplo, Practical Byzantine Fault Tolerance usa um formato de estilo round-robin, enquanto a prova de trabalho do Bitcoin usa o consenso de Nakamoto, onde o líder é selecionado por quem resolve o quebra-cabeça criptográfico computacionalmente intensivo de cada rodada de bloco.

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O consenso PoET pode ser dividido em 2 fases, juntando a rede e verificação do TEE usando atestados SGX e o tempo decorrido da loteria de mineração real.

Verificação de rede e SGX

Esta é a fase inicial do consenso e é onde SGX desempenha um papel importante. Conforme mencionado anteriormente, ao usar SGX, você pode produzir um atestado assinado de que está executando o código confiável que foi configurado corretamente no TEE.

No PoET, um participante potencial na rede baixa o código confiável e propaga uma mensagem de “associação” para a rede com o atestado assinado do SGX, que produziu um par de chaves pública / privada. A rede de nós aceita ou rejeita o atestado. Se aceito, o participante passa a fazer parte da rede e pode participar do processo de seleção por sorteio aleatório de tempo decorrido.

A seleção aleatória da loteria de tempo decorrido

Esta é a segunda e última fase do mecanismo de consenso. Em cada rodada de consenso, os participantes da rede recebem um objeto de cronômetro assinado do código confiável que é completamente aleatório. A ideia é mitigar qualquer agente mal-intencionado em potencial de enganar o sistema e tentar receber consistentemente um cronômetro mais curto para que eles possam produzir mais blocos.

Cada participante subsequentemente espera que seu cronômetro aleatório expire. O cronômetro do participante da rede que é o primeiro a expirar propaga um certificado assinado para a rede, indicando que ele é o líder do bloco aleatório para aquela rodada. A mensagem é autenticada e o bloqueio é produzido. A rodada então recomeça.

A propagação da certificação assinada realmente ocorre com todos os participantes da rede, mesmo que não tenham vencido. Isso é para garantir duas coisas principalmente:

  1. Cada nó recebeu um cronômetro de objeto aleatório do código confiável.
  2. O nó esperou pelo período de tempo especificado dado pelo objeto.

Como você pode ver, o processo é totalmente aleatório e a integração com a tecnologia SGX garante que não haja manipulação do código confiável no qual o protocolo é executado. Existem vários outros recursos de segurança, como um algoritmo para observar nós suspeitos que ganham na loteria de forma consistente ou consistente, tendo temporizadores mais curtos onde um padrão surge.

O mecanismo de consenso PoET é altamente eficiente e capaz de escalar para milhares de nós sem suar muito. As preocupações são que ele depende muito do SGX para a fundação do protocolo e, muito recentemente, essas preocupações foram ampliadas.

No início deste mês, os dados em larga escala & O grupo de sistemas (LSDS) do Imperial College de Londres descobriu uma vulnerabilidade em SGX conhecido como “Foreshadow”Que pode ser usado para atacar o enclave seguro de SGX.

Você provavelmente já está familiarizado com a origem do ataque, já que houve preocupações globais amplamente cobertas pela mídia convencional sobre o “Espectro”Vulnerabilidade que foi descoberta em processadores de chip modernos no início deste ano. o Foreshadow ataque foi elucidado no início deste mês pela equipe do LSDS e é uma versão adaptada do Espectro vulnerabilidade. Ainda uma história em desenvolvimento, é importante ficar de olho por várias razões, incluindo a integridade do consenso PoET.

Vantagens & Desvantagens de usar PoET

O PoET é altamente eficiente e não consome tantos recursos quanto os sistemas de prova de trabalho, mas também apresenta algumas preocupações em torno dele. Então, quais são as vantagens e desvantagens gerais de seu uso como um mecanismo de consenso para redes de razão distribuídas?

Vantagens

PoET é uma melhoria substancial na eficiência dos sistemas de prova de trabalho. Simultaneamente, também fornece uma ótima solução para o “Problema de seleção aleatória de líderes” sem exigir muitos recursos ou exigir mecanismos complexos de estaca e estruturas de incentivo necessárias com prova de consenso de participação.

PoET também é um excelente mecanismo de consenso para redes permitidas, e é por isso que é o mecanismo de consenso para Hyperledger Sawtooth. Além disso, ele é dimensionado com eficiência e pode ser usado como um modelo “plug and play” para ambientes de teste com Hyperledger Sawtooth.

Desvantagens

SGX é uma tecnologia elogiada e inovadora, mas desenvolvimentos recentes são claramente um motivo de preocupação em relação ao seu uso com consenso PoET. A Intel provavelmente será capaz de corrigir o problema em relação à vulnerabilidade crítica, mas a desvantagem aqui é a confiança óbvia e necessária na segurança de um hardware especializado.

Não apenas isso, mas o SGX é totalmente fabricado pela Intel, então a confiança do modelo de consenso se estende à Intel como uma empresa, um terceiro. A noção de tal confiança vai contra o novo paradigma que as criptomoedas estão tentando alcançar com as redes blockchain, remoção da confiança em intermediários.

Conclusão

O PoET representa outra brecha no fornecimento de mecanismos de consenso de tolerância a falhas bizantinas para sistemas de contabilidade distribuídos. É altamente eficiente e funciona com outra tecnologia própria, SGX.

Seguindo em frente, observar os desenvolvimentos em torno do SGX terá um grande impacto no PoET como um modelo de consenso sustentável. Por enquanto, é uma excelente ferramenta para Hyperledger Sawtooth e desempenha um papel vital na experimentação e desenvolvimento em estruturas de blockchain modulares.

Mike Owergreen Administrator
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