[論文レビュー] Custody Protocols Using Bitcoin Vaults

Jacob Swambo, Spencer Hommel+2 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、タイムロックド・バーチャル・コーヴェンントとプッシュ・トゥ・リカバリ・ウォレット取引を用いたビットコイン資金管理プロトコルを提案する。事前署名取引と安全な鍵削除、ウォッチタワー・システムを組み合わせることで、調整可能なタイムロックと資金のコンパートメント化を通じて、アクセス性と盗難耐性の間で調整可能なトレードオフを実現する。

ABSTRACT

A bitcoin extit{covenant} is a mechanism to enforce conditions on future bitcoin transactions. A bitcoin extit{vault} is a specific type of covenant transaction that enforces a time-lock on the transfer of control of funds to a hot wallet, but enables an immediate transfer of funds into a deep cold recovery wallet. This paper demonstrates how to integrate a bitcoin vault into a custody protocol and demonstrates the security properties of that protocol. The vault is implemented using pre-signed transactions with secure key deletion (as proposed in \cite{Swambo2020cov}). It is shown that vault-custody protocols enable the wallet owner to specify their desired balance for an inherent trade-off between the security of and accessibility of bitcoin holdings by adjusting the length of time-locks used. It is also demonstrated that wallet owners have increased control of risk-management by compartmentalizing funds across numerous vault transactions. While it isn't realistic to completely prevent theft, the most likely theft scenarios (compromising the hot wallet) have severely limited profitability for an attacker, deterring attempts at theft from the beginning. The proposed architecture was designed to offer defence-in-depth through redundancy and fault-tolerant functionality as well as countermeasures for class breaks through diversity across hardware and software layers. Finally, the architecture employs a detection (a watchtower) and response system that enables fail-safe recovery from attempted or partial thefts through a second type of covenant transaction, a push-to-recovery-wallet transaction.

研究の動機と目的

• 従来のマルチシグネチャ方式を上回るセキュリティと資金制御を実現する実用的な資金管理プロトコルの設計。
• 資金のアクセス性と盗難からの保護の間にある本質的トレードオフを、調整可能なタイムロックとコンパートメント化されたバーチャル・バケツを導入することで解決。
• 恒久的な秘密鍵の代わりに事前署名取引と安全な鍵削除を採用することで、攻撃表面を縮小。
• ウォッチタワーが不正な支出試行を検出すると、即座に発動する第二のコーヴェント取引（プッシュ・トゥ・リカバリ・ウォレット）により、不正侵入の疑いがある場合の迅速な復旧を可能に。
• コーヴェントベースの資金管理が、ハードウェアおよびソフトウェアのレイヤーにわたる冗長性、フェイルセーフ、階層的セキュリティを通じてディフェンス・イン・デプスを実現する方法を示すこと。

提案手法

• 事前署名取引と安全な鍵削除を用いて、タイムロックされた支出経路を強制するビットコイン・バーチャルの実装。
• コーヴェントに相対的タイムロックを適用し、アンバーチャリング試行後、指定された期間が経過するまでアクティブ・ウォレットへのアクセスを遅延。
• 即座にアクティブ・ウォレットのアクセスを無効にし、資金をディープ・コールド・リカバリ・ウォレットに再ルーティングするプッシュ・トゥ・リカバリ・ウォレット（P2RW）コーヴェント取引を導入。
• ウォッチタワーがブロックチェーンおよびピアツーピア・ネットワークを監視し、不正な支出試行を検出すると、P2RW取引を即座に発動。
• 複数のバーチャル・トランザクションに資金をコンパートメント化することで、1回の成功した攻撃による損失を事前に定義された小さな割合に制限。また、アンバーチャリングのレート制限により、リスク露出を低減。
• アクティブ・ウォレット、バーチャル・ウォレット、リカバリ・ウォレットを含むマルチコンポonentアーキテクチャを設計。鍵管理および取引署名に専用のハードウェアモジュールを設ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビットコイン・コーヴェントは、高額資金保有のセキュリティとアクセス性のバランスを取る資金管理プロトコルにどのように利用可能か？
• RQ2 タイムロックされた支出経路と事前署名取引は、従来の鍵ベースの資金管理と比較して、攻撃表面にどのような影響を与えるか？
• RQ3 ウォッチタワーとプッシュ・トゥ・リカバリ・ウォレット・コーヴェントの統合は、部分的侵害に対するレジリエンスをどのように向上させるか？
• RQ4 資金のコンパートメント化とレート制限は、アクティブ・ウォレットを標的とする攻撃の利益をどのように低下させるか？
• RQ5 コーヴェントベースの資金管理プロトコルにおいて、セキュリティ、運用の複雑さ、ユーザビリティのトレードオフはどのようなものか？

主な発見

• バーチャル・マネジメント・プロトコルは、タイムロックの長さや資金アンバーチャリングのレートを調整することで、セキュリティとアクセス性の間で調整可能なトレードオフを実現する。
• 複数のバーチャル・トランザクションに資金をコンパートメント化することで、1回の成功した攻撃による最大損失を、事前に定義された小さな割合に制限できる。
• 安全な鍵削除を伴う事前署名取引の使用により、従来の秘密鍵制御と比較して資金の感受性が低下し、攻撃表面が縮小される。
• 攻撃者が即座に資金にアクセスできないため、タイムロックの有効期間が経過するまで待つ必要があるため、アクティブ・ウォレットへの攻撃は利益が得られなくなる。
• ウォッチタワー機構により、不正な支出試行の検出が可能となり、P2RWコーヴェントを介した即時のフェイルセーフ復旧が可能になる。
• アーキテクチャは、ハードウェアおよびソフトウェアレイヤーにわたる冗長性、フェイルセーフ、多様性を備えており、クラスブレイクに対するレジリエンスを向上させる。