[论文解读] SilentDelivery: Practical Timed-delivery of Private Information using Smart Contracts

Chao Li, Balaji Palanisamy|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 32被引用 4

一句话总结

SilentDelivery 提出了一种去中心化、安全且成本效益高的协议，通过区块链上的门限秘密共享和智能合约实现定时信息传递。该协议通过将解密密钥份额分配给招募的邮差，实现敏感数据的私密、准时释放，确保可用性和机密性，同时在以太坊上将智能合约成本降低85%。

ABSTRACT

This paper proposes SilentDelivery, a secure, scalable and cost-efficient protocol for implementing timed information delivery service in a decentralized blockchain network. SilentDelivery employs a novel combination of threshold secret sharing and decentralized smart contracts. The protocol maintains shares of the decryption key of the private information of an information sender using a group of mailmen recruited in a blockchain network before the specified future time-frame and restores the information to the information recipient at the required time-frame. To tackle the key challenges that limit the security and scalability of the protocol, SilentDelivery incorporates two novel countermeasure strategies. The first strategy, namely silent recruitment, enables a mailman to get recruited by a sender silently without the knowledge of any third party. The second strategy, namely dual-mode execution, makes the protocol run in a lightweight mode by default, where the cost of running smart contracts is significantly reduced. We rigorously analyze the security of SilentDelivery and implement the protocol over the Ethereum official test network. The results demonstrate that SilentDelivery is more secure and scalable compared to the state of the art and reduces the cost of running smart contracts by 85%.

研究动机与目标

• 解决集中式定时信息传递服务（TIDS）的局限性，后者依赖单一信任点，易受入侵和内部攻击影响。
• 设计一种去中心化的 TIDS 协议，确保隐私、可用性和公平性，且无需依赖可信第三方。
• 克服基于区块链的 TIDS 中的可扩展性和安全性挑战，特别是关于招募过程可见性高和智能合约成本过高的问题。
• 实现通过门限秘密共享和智能合约激励机制，安全、可扩展且低成本地执行定时传递。
• 为现实世界中需要私密、时间锁定信息释放的应用提供实用且可投入生产的解决方案。

提出的方法

• SilentDelivery 使用门限秘密共享将私密信息的解密密钥拆分为份额，并分发给一组 n 名邮差。
• 发送方在目标交付时间之前通过智能合约招募 n 名邮差，每位邮差持有其中一个密钥份额和一份加密消息的副本。
• 该协议采用“静默招募”机制，隐藏第三方（包括区块链观察者）对招募关系的了解，直到交付时间。
• 实施“双模执行”——默认以轻量级模式运行以降低 gas 成本，仅在必要时进行完整验证。
• 智能合约管理整个流程，包括预先锁定加密货币存款作为安全保证金，以惩罚不当行为并确保公平性。
• 通过利用区块链的不可变性和最终性，协议确保活性和持久性，防止拒绝服务和拒绝交付攻击。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种去中心化的定时信息传递系统，以确保隐私、可用性和公平性，且不依赖可信第三方？
• RQ2 在透明的区块链环境中，应采用何种机制防止第三方监控招募关系？
• RQ3 如何显著降低基于区块链的 TIDS 中智能合约执行的高昂成本，同时不损害安全性？
• RQ4 在基于门限秘密共享的定时传递协议中，安全、可扩展性和成本效率之间存在何种权衡？
• RQ5 门限秘密共享与智能合约激励机制的结合，能否在以太坊等公共区块链上实现强安全性与实际部署的统一？

主要发现

• 通过双模执行策略，SilentDelivery 相较于现有方法将智能合约执行成本降低了85%。
• 协议通过静默招募实现强隐私保障，确保任何第三方（包括区块链观察者）在交付时间前均无法获知招募关系。
• 通过使用 n 名邮差组成的组和门限秘密共享机制，只要至少 t 名（t < n）邮差保持诚实且正常运行，即可确保消息可用性。
• 协议在标准密码学假设下形式化证明安全，公平性由基于智能合约的安全保证金保障，违规行为将导致保证金被没收。
• 在以太坊测试网上的评估证实，SilentDelivery 具备可扩展性和实际部署可行性，正常运行时链上足迹极小。
• 门限秘密共享与智能合约的集成，实现了无需信任的去中心化定时信息传递市场，消除了对集中式服务器的依赖。