[논문 리뷰] Rational Threshold Cryptosystems

David Yakira, Ido Grayevsky외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 04.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 28인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 참가자가 자율적이고 이윤 최적화를 추구하는 허가되지 않은 탈중앙화 환경을 위한 합리적임계 암호체계 프레임워크를 제안한다. 이는 이더리움 기반의 에스크로 서비스를 사용하여 예치금 삭감과 인cent라이브를 통해 협력을 이끌어내며, 둔합을 고려한 프리즌어스 다이레마로 간주하여 참가자들이 둔합을 하도록 경제적 유인을 줄 수 없도록 한다. 이는 기밀성과 강건성을 모두 보장한다.

ABSTRACT

We propose a framework for threshold cryptosystems under a permissionless-economic model in which the participants are rational profit-maximizing entities. To date, threshold cryptosystems have been considered under permissioned settings with a limited adversary. Our framework relies on an escrow service that slashes and redistributes deposits to incentivize participants to adhere desired behaviors. Today, more than ever, sophisticated escrow services can be implemented over public blockchains like Ethereum, without additional trust assumptions. The key threat to rational threshold cryptosystems is collusion---by cooperating `illegally', a subset of participants can reveal the cryptosystem's secret, which, in turn is translated to unfair profit. Our countermeasure to collusion is framing. If the escrow is notified of collusion, it rewards the framer and slashes the deposits of all other participants. We show that colluding parties find themselves in the prisoner's dilemma, where the dominant strategy is framing.

연구 동기 및 목표

• 적절한 시점에 협력하지 않을 경우 보안이 약화되는 임계 암호체계의 본질적 갈등을 해결하기 위해.
• 허가되지 않은 탈중앙화 환경에서 참가자를 합리적이고 이윤 최적화를 추구하는 에이전트로 모델링하기 위해.
• 예치금 삭감과 프레임링 인센티브를 통해 둔합 저항성과 프로토콜의 강건성을 보장하는 경제적 메커니즘 설계하기 위해.
• 시스템 설계자와 사용자가 정량적 파rameter를 통해 임계 암호체계의 신뢰성과 경제적 보안성을 평가할 수 있도록 하기 위해.
• 스마트 컨트랙트를 사용한 신뢰성 있는 신원 공개 및 무작위성 베이컨스와 같은 실제 사용 사례에 적용 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 이더리움 상에서 스마트 컨트랙트로 구현된 에스크로 서비스를 도입하여 예치금을 관리하고 행동 규칙을 강제한다.
• 비준수 또는 둔합에 대해 예치금을 삭감하고 재분배함으로써 경제적 제재를 부과한다.
• 둔합을 신고한 참가자에게 보상하고 다른 이들에게는 제재를 가하는 프레임링 메커니즘을 도입하여, 둔합을 프리즌어스 다이레마로 전환한다.
• Ped-DKG 및 셰미어 비밀 공유와 같은 기존의 임계 암호체계에 프레임워크를 통합하여 적용한다.
• 기밀성과 강건성의 위반 비용을 시스템 파라미터(t, n, R, Δ, α)의 함수로 모델링한다.
• 게임 이론적 분석을 통해 프레임링이 둔합 상황에서 지배 전략이 되며, 둔합이 비안정함을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허가되지 않은 환경에서 이윤을 위해 둔합을 추구하는 합리적 참가자들에 대비해 임계 암호체계를 어떻게 보호할 수 있는가?
• RQ2 시간에 맞는 협력을 보장하고 조기 비밀 공개를 방지하기 위해 어떤 경제적 메커니즘이 필요한가?
• RQ3 대규모 참가자 수에 대응할 수 있도록 보안과 효율성을 유지하면서 에스크로 서비스를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ4 임계 암호체계에서 기밀성과 강건성의 위반 비용을 정량적으로 어떻게 측정할 수 있는가?
• RQ5 프레임링 인센티브를 사용하여 둔합을 자기 파괴적인 지배 전략으로 전환시킬 수 있는가?

주요 결과

• 둔합은 경제적으로 비이성적이며, 참가자들은 서로를 신고하는 것이 지배 전략이므로 상호 배신이 상호 협력보다 더 유리하기 때문이다.
• 이 프레임워크는 참가자들이 사망 이벤트 발생 후나 트랩도어 만료 후와 같이 지정된 시간에만 비밀을 공개하도록 하여, 인cent라이브를 시스템 설계와 일치시킨다.
• Satoshi 신원 공개 예시에서 프레임링 보상은 tΔ/2로 설정되어 조기 둔합 유인을 줄이며, 이로 인해 이전에 요구되었던 것보다 더 작은 예치금으로도 가능해진다.
• 에스크로 메커니즘은 스마트 컨트랙트를 사용해 이더리움 상에서 실행 가능하여 추가적인 신뢰 가정 없이도 신뢰할 수 있는 강제를 가능하게 한다.
• 강건성 위반의 경제적 비용은 삭감되는 총 예치금 Δ로 정량화되며, 이는 조기 협력의 이득 R/n을 초과해야 하므로 보안이 보장된다.
• 이 프레임워크는 허가된 및 허가되지 않은 배포 모두 가능하며, 후자의 경우 대규모 n과 t를 지원하기 위해 확장 가능한 DKG 프로토콜이 필요하다.