[논문 리뷰] Bitcoin Covenants: Three Ways to Control the Future

Jacob Swambo, Spencer Hommel외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 30.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 19인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 비트코인의 합의 규칙을 변경하지 않고도 구현할 수 있는 세 가지 실용적 접근법—삭제 키 코벤턴트, 복구 키 코벤턴트, 스크립트 기반 코벤턴트—을 제안한다. 삭제 키 코벤턴트는 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제를 통해 강력한 보안을 제공함을 보여주며, 복구 키 및 스크립트 기반 코벤턴트는 소프트포크 업그레이드를 통해 비상호작용적 강제 수단을 제공함으로써 자산 관리 및 지급 프로토콜의 실용성을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

A bitcoin covenant is a mechanism to enforce conditions on how the control of coins will be transferred in the future. This work introduces deleted-key covenants; using pre-signed transactions with secure key deletion. With this, a general class of covenants are possible without introducing new security risks to bitcoin. There is a range of security models for the key deletion process, but this is subject to a security-convenience trade-off and requires interactivity in a multi-party context. On the other hand, this work makes a compelling case for what can be gained through a soft-fork upgrade to the signature hash system [Dec17] which enables recovered-key covenants through elliptic curve key recovery. This has similar properties to script-based covenant mechanisms proposed previously [Rub20]. Key factors are discussed and compared for the three covenant mechanisms, including; the enforcement process, methods for proving accessibility of funds and whether or not they are bound by a covenant, methods for dynamic fee allocation, the underlying cryptographic assumptions, and their feasibility in single-party, hierarchical and adversarial multi-party contexts. Despite the relative downsides of deleted-key covenants, they are a practical tool for custody protocol design. The comparison shows precisely how soft-fork proposals improve the practicality of bitcoin covenants, through non-interactive enforcement and tighter cryptographic assumptions, to enhance custody protocols and enable some adversarial applications such as payment protocols.

연구 동기 및 목표

• 합의 규칙 변경 없이 향후 지급 조건을 강제하는 비트코인 코벤턴트의 클래스를 설계하는 것.
• 특히 키 삭제 절차에 있어 보안과 편의성 간의 상충 관계를 분석하는 것.
• 소프트포크 기반 코벤턴트(복구 키 및 스크립트 기반)의 실현 가능성과 장점을 평가하여 보다 광범위한 프로토콜 응용에 기여하는 것.
• 각 코벤턴트 유형의 보안 모델, 암호학적 가정, 실질적 구현 환경을 비교하는 것.
• 자기 자산 관리, 공동 자산 관리, 적대적 다자 간 설정에서 코벤턴트의 유용성을 평가하는 것, 특히 금융 및 자산 관리 프로토콜에 초점을 맞춘다.

제안 방법

• 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제를 활용한 삭제 키 코벤턴트를 제안하며, 다중 서명 설정을 통해 삭제 절차를 강제하는 데 의존한다.
• 새로운 SIGHASH 유형을 통해 이전 출력에 서명을 동적으로 바인딩할 수 있도록 함으로써 복구 키 코벤턴트를 도입하여 비상호작용적 코벤턴트 강제 수단을 가능하게 한다.
• 기존 비트코인 스크립트를 활용해 조건부 지급 규칙을 구현하는 스크립트 기반 코벤턴트를 보완적 접근으로 분석한다.
• 서명 장치 수와 삭제 절차에 기반한 삭제 키 코벤턴트의 보안 모델을 분석하며, 단일에서 분산 신뢰 모델까지 다양한 신뢰 수준을 다룬다.
• 코벤턴트 체인에서 동적 수수료 할당을 입증하여 중간 거래가 의존성에 영향을 주지 않도록 수정 가능함을 보여준다.
• 형식적 분석을 통해 모든 세 가지 코벤턴트 유형 간의 암호학적 가정, 활성화 과정, 감사 가능성을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비트코인의 합의 규칙을 변경하지 않고 일반적인 코벤턴트 클래스를 구성할 수 있으며, 그 과정에서 발생하는 보안 상충 관계는 무엇인가?
• RQ2 삭제 키 코벤턴트의 보안 수준는 키 삭제 절차에 얼마나 의존하는가? 감사 가능성 및 적대적 환경에서의 영향은 무엇인가?
• RQ3 복구 키 및 스크립트 기반 코벤턴트는 비상호작용성, 암호학적 가정, 실질적 구현 측면에서 삭제 키 코벤턴트에 비해 어떤 장점을 제공하는가?
• RQ4 코벤턴트 메커니즘은 비트코인의 자산 관리 및 지급 프로토콜 설계를 어느 정도 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 소프트포크 기반 코벤턴트 메커니즘의 배포에 있어 체계적 및 사회적 과제는 무엇이며, 업그레이드 불가능한 대안과 비교해 볼 때 어떤가?

주요 결과

• 삭제 키 코벤턴트는 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제를 통해 강력한 보안을 제공하지만, 상호작용이 필요한 강제 수단으로 인해 적대적 또는 감사 가능한 환경에서는 활용이 제한된다.
• 복구 키 코벤턴트는 비상호작용적 강제 수단과 코벤턴트 바인딩 증명을 가능하게 하여 키 삭제의 상충 관계를 회피하고, 모든 구현 모델에서 뛰어난 실용성을 확보한다.
• 스크립트 기반 코벤턴트는 기능적으로 복구 키 코벤턴트와 동일한 유용성을 가지며, 둘 다 동적 수수료 할당과 안전한 체인 조합을 가능하게 한다.
• 제안된 SIGHASH 기반 소프트포크 업그레이드를 통해 서명이 이전 출력과 다른 곳에 바인딩될 수 있도록 허용함으로써 복구 키 코벤턴트를 구현할 수 있으며, 이는 오프체인 프로토콜을 단순화하고 보안을 강화한다.
• 복구 키 및 스크립트 기반 체인에서 동적 수수료 할당은 안전하고 효과적이며, 중간 거래는 의존성에 영향을 주지 않도록 수정 가능하다.
• 한계가 있음에도 불구하고 삭제 키 코벤턴트는 순차적 지급 규칙, 타임락, 레이트 리밋을 강제할 수 있는 능력 덕분에 자기 자산 관리 및 공동 자산 관리 프로토콜에 매우 실용적이다.