Skema Ambang dalam Blockchain dan HSM

Bitcoin dan Ethereum mendukung skrip tanda tangan ganda di rantai blok (P2MS/P2SH/multisig dalam Solidity). Skrip ini memerlukan kunci publik t-dari-n untuk menandatangani transaksi bersama-sama, lalu diverifikasi oleh rantai blok. Strukturnya bersifat publik dan transparan: siapa pun dapat melihat bahwa alamat tersebut memerlukan beberapa penanda tangan. ECDSA ambang menghasilkan alamat standar dengan satu kunci dan satu tanda tangan standar, sehingga struktur ambangnya sama sekali tidak terlihat di rantai blok.

Keunggulan ECDSA ambang dibandingkan tanda tangan ganda di rantai blok meliputi satu tanda tangan transaksi (biaya gas lebih rendah), tidak adanya kebijakan tanda tangan ganda yang terlihat di rantai blok (privasi), kompatibilitas dengan rantai blok apa pun yang menggunakan ECDSA (termasuk rantai yang tidak mendukung tanda tangan ganda secara bawaan), serta rotasi kunci tanpa mengubah alamat di rantai blok (karena kunci publik tetap sama setelah penyegaran kunci). Keunggulan ini menjadikan ECDSA ambang sebagai pendekatan pilihan untuk kustodi institusional.

Fireblocks adalah penyedia kustodi MPC institusional terbesar. Arsitekturnya menggunakan ECDSA ambang 2-dari-3: dua bagian berada di infrastruktur Fireblocks (satu di SGX dan satu di penyimpanan dingin), sedangkan satu bagian berada pada pelanggan. Sebuah transaksi memerlukan kerja sama setidaknya dua dari tiga bagian tersebut. Tidak ada satu pihak pun, termasuk Fireblocks, yang dapat memindahkan dana secara sepihak. Lebih dari $4 triliun transaksi telah diproses melalui sistem ini.

Qredo Network menggunakan ECDSA ambang dengan jaringan Lapisan 2 untuk kustodi dan perdagangan perusahaan. Coinbase Prime menggunakan kustodi berbasis MPC yang dibangun di atas ECDSA ambang (menggunakan tss-lib) untuk mengamankan aset klien institusional. Kedua sistem mendistribusikan bagian kunci ke berbagai pusat data yang terpisah secara geografis, dengan HSM yang melindungi setiap bagian. Copper.co juga menawarkan kustodi MPC dengan bagian kunci yang dilindungi SGX.

Anchorage Digital adalah bank aset digital berpiagam federal yang menggunakan tanda tangan ambang berbasis MPC untuk kustodi. Arsitektur manajemen kuncinya mendistribusikan bagian-bagian ke berbagai pusat data dan menggunakan autentikasi biometrik untuk mengotorisasi upacara penandatanganan. Sistem ini dirancang untuk memenuhi peraturan perbankan federal terkait manajemen kunci sekaligus menghilangkan model kustodi tradisional berbasis satu HSM.

Seremoni Kunci Penandatanganan Kunci (KSK) zona akar DNSSEC merupakan contoh paling terbuka untuk umum dari manajemen kunci ambang bagi infrastruktur kritis. Diselenggarakan setiap tiga bulan, seremoni ini mengharuskan 7 dari 14 Petugas Kripto dari seluruh dunia hadir secara fisik di salah satu dari dua fasilitas aman. Setiap petugas memegang kartu pintar yang berisi bagian kunci. Beberapa modul keamanan perangkat keras memverifikasi kuorum sebelum mengizinkan KSK menandatangani zona akar.

Modul Keamanan Perangkat Keras (HSM) dapat membagi kunci privat menggunakan pemisahan kunci M-dari-N (berdasarkan Pembagian Rahasia Shamir). Klaster AWS CloudHSM menyinkronkan materi kunci di beberapa HSM dalam satu klaster. HSM Thales Luna mendukung seremoni kunci dengan "pengetahuan terpisah", di mana beberapa operator menyediakan komponen kunci yang hanya digabungkan di dalam perangkat keras tahan terhadap perusakan. Hal ini mencegah satu administrator mana pun mengekstrak materi kunci.

AWS CloudHSM menyediakan klaster HSM yang tersinkronisasi secara otomatis. Saat kunci dibuat di satu HSM, kunci tersebut direplikasi ke semua anggota klaster. Klaster ini ditampilkan kepada aplikasi sebagai satu HSM logis, tetapi menyediakan redundansi perangkat keras. Untuk kepatuhan terhadap peraturan (PCI-DSS, HIPAA), penggunaan klaster HSM alih-alih penyimpanan kunci perangkat lunak memberikan perlindungan yang dapat mendeteksi upaya perusakan dan tahan terhadap perusakan sebagaimana diwajibkan auditor.

Unbound Key Control (UKC, kini bagian dari Dynatrace) menerapkan HSM virtual menggunakan ECDSA ambang. Alih-alih menggunakan HSM fisik, materi kunci dibagi di beberapa server menggunakan kriptografi ambang. Operasi dilakukan tanpa menyusun ulang kunci. Pendekatan HSM perangkat lunak ini memberikan keamanan setara HSM tanpa biaya dan kompleksitas perangkat keras, sekaligus memungkinkan penerapan berbasis awan dan penskalaan elastis.

Di luar manajemen kunci, sistem berbasis kuorum memerlukan persetujuan dari t-dari-n pihak berwenang sebelum menjalankan operasi sensitif. AWS Systems Manager Change Manager, HashiCorp Vault dengan Shamir Unseal, dan CyberArk Privileged Access semuanya menerapkan kebijakan kuorum. Sistem-sistem ini memastikan bahwa tidak ada satu administrator pun yang dapat melakukan operasi yang merusak secara sepihak, sehingga memberikan perlindungan terhadap ancaman orang dalam dan kredensial yang telah disusupi.

Thales Luna Network HSM mendukung Manajemen Kunci Ambang untuk lingkungan dengan keamanan tinggi. HSM Luna dapat menerapkan skema pemegang kunci m-dari-n untuk seremoni pembuatan kunci. Materi kunci tidak pernah meninggalkan HSM dalam bentuk teks biasa; sebagai gantinya, bagian kunci yang dibungkus didistribusikan kepada para pemegang kunci dan hanya dapat digabungkan kembali di dalam HSM. Pendekatan ini banyak digunakan untuk seremoni kunci otoritas sertifikat dalam infrastruktur PKI.

ECDSA ambang lebih unggul daripada multitanda tangan dalam rantai karena menghasilkan alamat dan tanda tangan standar dengan satu kunci. Fireblocks, Qredo, dan Coinbase menggunakannya untuk mengamankan aset institusional. Seremoni KSK akar DNSSEC menggunakan kuorum yang ditegakkan oleh perangkat keras. Klaster AWS CloudHSM menyinkronkan materi kunci di seluruh perangkat keras. Unbound Key Control memvirtualisasi HSM menggunakan kriptografi ambang. Kontrol akses berbasis kuorum memperluas prinsip ambang ke operasi administratif.