[논문 리뷰] Custody Protocols Using Bitcoin Vaults

Jacob Swambo, Spencer Hommel외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 24.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 시간 잠금 보관 코벤턴트와 푸시-리커버리 월렛 거래를 사용하여 자산의 보안성과 통제력을 향상시키는 비트코인 자산 관리 프로토콜을 제안한다. 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제, 워치타워 시스템을 결합함으로써, 조정 가능한 시간 잠금과 자산 분할을 통해 접근성과 도난 방지 능력 사이의 유연한 트레이드오프를 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존의 다중 서명 기반 기법을 초월하여 실용적인 자산 관리 프로토콜을 설계하여 비트코인 자산 보유의 보안성과 통제력을 향상시키는 것.
• 자산 접근성과 도난 방지 능력 사이의 본질적 트레이드오프를 해결하기 위해 조정 가능한 시간 잠금과 분할된 보관소를 도입하는 것.
• 지속적인 개인 키를 대체하여 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제를 통해 공격 표면을 줄이는 것.
• 워치타워가 감시하는 블록체인과 페어 투 페어 네트워크에서 비정상적인 지급 시도를 감지하고, 이를 기반으로 두 번째 코벤턴트 거래(푸시-리커버리 월렛)를 트리거하여 유출 시 신속한 복구를 가능하게 하는 것.
• 코벤턴트 기반 자산 관리가 하드웨어 및 소프트웨어 계층에서의 다층 보안, 재현성, 장애 내성 등을 통해 다층 보안 전략을 지원할 수 있음을 보여주는 것.

제안 방법

• 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제를 통해 시간 잠금 지급 경로를 강제하는 비트코인 보관소를 구현하는 것.
• 코벤턴트 내 상대적 시간 잠금을 사용하여, 보관소 해제 시도 후 지정된 기간이 경과하기 전까지는 활성 월렛 접근을 지연시키는 것.
• 즉각적으로 활성 월렛 접근을 비활성화하고 자산을 깊은 콜드 리커버리 월렛으로 이관하는 푸시-리커버리 월렛(P2RW) 코벤턴트 거래를 도입하는 것.
• 블록체인과 페어 투 페어 네트워크에서 비정상적인 지급 시도를 감시하고, 이를 감지하면 P2RW 거래를 트리거하는 워치타워를 활용하는 것.
• 여러 보관소 거래를 통해 자산을 분할하여, 성공한 공격 시 최대 손실을 총 보유 자산의 사전 정의된 소량으로 제한하고, 보관소 해제 빈도를 제한하여 위험 노출을 줄이는 것.
• 활성 월렛, 보관소 월렛, 복구 월렛을 포함한 다중 구성 요소 아키텍처를 설계하고, 키 관리 및 거래 서명을 위한 전용 하드웨어 모듈을 통합하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비트코인 코벤턴트는 고가의 자산 보유에 있어 보안성과 접근성의 균형을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 시간 잠금 지급 경로와 사전에 서명된 거래는 기존의 키 기반 자산 관리 방식에 비해 공격 표면을 얼마나 줄이는가?
• RQ3 워치타워와 푸시-리커버리 월렛 코벤턴트의 통합은 부분적인 유출에 대한 복원력 향상에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 자산 분할 및 빈도 제한은 활성 월렛을 공격 대상으로 삼는 공격의 수익성을 어떻게 감소시키는가?
• RQ5 코벤턴트 기반 자산 관리 프로토콜에서 보안성, 운영 복잡성, 사용성 간의 트레이드오프는 어떤가?

주요 결과

• 보관소 기반 자산 관리 프로토콜은 시간 잠금 길이와 자산 해제 빈도를 조정함으로써 보안성과 접근성 사이의 조정 가능한 트레이드오프를 제공한다.
• 여러 보관소 거래를 통해 자산을 분할함으로써, 성공한 공격 시 최대 손실을 총 보유 자산의 사전 정의된 소량으로 제한할 수 있다.
• 사전에 서명된 거래와 안전한 키 삭제를 사용함으로써 기존의 개인 키 기반 제어 방식에 비해 자산에 대한 민감도가 감소하고, 공격 표면이 줄어든다.
• 공격자가 자산을 즉시 접근할 수 없고 시간 잠금 기간이 끝나야만 자산을 확보할 수 있도록 하여, 활성 월렛을 공격하는 것이 유의미한 수익을 올리지 못하게 하여 도난을 억제한다.
• 워치타워 메커니즘은 비정상적인 지급 시도를 감지하고, 즉각적인 실패 보호 복구를 P2RW 코벤턴트를 통해 트리거할 수 있다.
• 아키텍처는 하드웨어 및 소프트웨어 계층 간의 다양성, 재현성, 장애 내성을 통해 다층 보안 전략을 지원하여 클래스 브레이크에 대한 복원력을 향상시킨다.