[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种使用时间锁定保险库契约和推送至恢复钱包交易的比特币托管协议，以增强资金的安全性和控制力。通过结合预先签名的交易、安全的密钥删除以及看管人系统，该协议能够通过可调节的时间锁定和资金分隔机制，在可访问性与抗盗窃能力之间实现可调和的权衡。

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.

研究动机与目标

• 设计一种实用的托管协议，以超越传统多重签名方案，提升比特币持仓的安全性和控制力。
• 通过引入可调节的时间锁定和分隔的保险库，解决资金可访问性与抗盗窃保护之间的固有权衡。
• 通过用预先签名的交易和安全密钥删除替代持久的私钥，减少攻击面。
• 通过看管人检测到可疑泄露时，利用第二个契约交易（推送至恢复钱包）实现快速恢复。
• 展示基于契约的托管如何通过冗余、容错能力以及软硬件层面的分层安全机制，实现纵深防御。

提出的方法

• 通过预先签名的交易和安全密钥删除实现比特币保险库，以强制执行时间锁定的支出路径。
• 在契约中使用相对时间锁定，延迟主动钱包的访问，直到在撤回尝试后经过指定时间段。
• 引入推送至恢复钱包（P2RW）契约交易，可立即禁用主动钱包访问并将资金重定向至深度冷存储的恢复钱包。
• 利用看管人监控区块链和对等网络中的未经授权支出尝试，并在检测到时触发P2RW交易。
• 通过在多个保险库交易之间分隔资金，限制单次成功攻击的财务损失，同时通过限制撤回频率来降低风险暴露。
• 设计一个多组件架构，包含主动钱包、保险库钱包和恢复钱包，并配备专用硬件模块用于密钥管理和交易签名。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用比特币契约构建一种托管协议，以在高价值持仓中平衡安全性和可访问性？
• RQ2 与传统的基于密钥的托管相比，时间锁定支出路径和预先签名的交易对减少攻击面有何影响？
• RQ3 看管人与推送至恢复钱包契约的集成如何提升对部分妥协的弹性？
• RQ4 资金分隔和频率限制在多大程度上降低了针对主动钱包的攻击的盈利能力？
• RQ5 在基于契约的托管协议中，安全、操作复杂性和可用性之间的权衡是什么？

主要发现

• 通过调整时间锁定的长度和资金撤回的频率，该保险库托管协议实现了可调和的安全性与可访问性权衡。
• 通过在多个保险库交易之间分隔资金，将单次成功攻击的最大损失限制在总持仓的预设小部分。
• 使用预先签名的交易和安全密钥删除，相比传统的私钥控制，降低了资金的敏感性，从而限制了攻击面。
• 该协议通过使对主动钱包的攻击变得无利可图，从而实现反盗窃威慑：攻击者无法立即访问资金，必须等待时间锁定到期。
• 看管人机制可检测未经授权的支出尝试，并通过P2RW契约立即触发故障安全恢复。
• 该架构通过软硬件层面的冗余、容错能力以及多样性，支持纵深防御，提升了对类破坏性攻击的弹性。