Protokol Penjanaan Kunci Teragih

Penjanaan Kunci Teragih (DKG) menyelesaikan masalah pengedar dipercayai dalam kriptografi ambang. Tanpa DKG, pihak pusat mesti menjana pasangan kunci dan mengagihkan bahagian, serta mengetahui keseluruhan kunci peribadi buat sementara waktu. DKG membolehkan n pihak menjana bersama pasangan kunci awam dan peribadi melalui protokol yang memastikan tiada satu pihak pun, termasuk penyelaras protokol, mengetahui kunci peribadi.

DKG Pedersen ialah protokol DKG praktikal yang pertama, diterbitkan pada tahun 1991. Setiap satu daripada n pihak menjana rahsia rawak s_i dan menjalankan protokol Perkongsian Rahsia Boleh Disahkan (VSS) untuk berkongsinya. Setiap pihak menyiarkan komitmen terhadap pekali polinomial mereka. Selepas semua pihak berkongsi sumbangan masing-masing, rahsia gabungan ialah jumlah semua nilai s_i, dan setiap pihak memegang bahagian daripada jumlah ini.

Feldman VSS (Perkongsian Rahsia Boleh Disahkan oleh Feldman, 1987) ialah komponen asas utama bagi kebanyakan protokol DKG. Pengedar membuat komitmen terhadap pekali polinomial sebagai unsur kumpulan (C_j = g^{a_j} mod p). Setiap pihak yang menerima bahagian f(i) boleh mengesahkannya berbanding komitmen ini dengan memeriksa bahawa g^{f(i)} sama dengan hasil darab C_j^{i^j}. Ini membolehkan pihak mengesan sama ada pengedar menghantar bahagian yang tidak betul.

DKG Joint-Feldman menjalankan Feldman VSS secara selari untuk semua n pihak, dengan setiap pihak bertindak sebagai pengedar bagi rahsianya sendiri. Pihak kemudian membuat aduan jika menerima bahagian yang tidak sah. Kunci akhir ialah jumlah rahsia daripada pengedar yang tidak menerima aduan. Walau bagaimanapun, DKG Joint-Feldman tidak selamat terhadap pihak lawan adaptif yang menjejaskan pihak berdasarkan mesej protokol, iaitu kelemahan yang dikenal pasti oleh Gennaro, Jarecki, Krawczyk dan Rabin.

Protokol DKG GJKR (Gennaro, Jarecki, Krawczyk, Rabin, 1999 dan 2007) menangani kelemahan Joint-Feldman. GJKR menggunakan Pedersen VSS (komitmen yang menyembunyikan maklumat secara teori) dan bukannya Feldman VSS, serta menambah pusingan aduan apabila pihak boleh mempertikaikan bahagian yang tidak sah. DKG yang terhasil selamat terhadap pihak lawan adaptif dan menjadi rujukan teori piawai untuk DKG yang selamat.

DKG GJKR memerlukan tiga pusingan: pusingan komitmen (setiap pihak menyiarkan komitmen VSS), pusingan perkongsian (pihak menghantar bahagian kepada setiap rakan lain secara terus antara pihak), dan pusingan aduan (pihak menyiarkan aduan tentang bahagian yang tidak sah). Pihak yang gagal menyelesaikan aduan dibatalkan kelayakannya. Pusingan keempat menggabungkan sumbangan pihak yang sah menjadi kunci awam akhir dan bahagian kunci peribadi teragih.

Pengurusan kunci pengesah Ethereum menggunakan DKG untuk teknologi pengesah teragih (DVT). EIP-4844 dan ekosistem DVT (Obol Network, SSV Network) menggunakan tandatangan BLS ambang atas BLS12-381 supaya jawatankuasa pengesah dapat menandatangani blok tanpa mana-mana operator mengetahui keseluruhan kunci pengesah. Ini meningkatkan toleransi kesalahan pengesah dan mengurangkan risiko pemotongan akibat kunci terjejas.

DRAND ialah suar rawak teragih yang digunakan oleh rantai suar Ethereum untuk menjana nombor rawak yang tidak dapat diramalkan. DRAND menjalankan DKG antara sekumpulan nod League of Entropy (Cloudflare, EPFL, Protocol Labs dan lain-lain) untuk menjana kunci BLS ambang. Pada setiap pusingan, nod t-daripada-n menyumbang tandatangan separa yang digabungkan menjadi nilai rawak yang tidak dapat diramalkan. Tiada satu nod pun boleh memanipulasi atau meramalkan hasilnya.

DKG jauh lebih mudah untuk skema ambang Schnorr/EdDSA berbanding ECDSA. Dalam skema ambang Schnorr, kunci peribadi teragih hanyalah jumlah rahsia pihak (x = x1 + x2 + ... + xn), dan kunci awam ialah jumlah bahagian kunci awam (X = X1 + X2 + ... + Xn). Bagi ECDSA, ketidaklinearan bermaksud DKG mesti menghasilkan bahagian pendaraban, yang memerlukan protokol lebih kompleks.

Bahagian kunci ambang yang digunakan untuk jangka panjang boleh terjejas secara beransur-ansur jika pihak lawan perlahan-lahan menjejaskan pihak dari semasa ke semasa. Perkongsian rahsia proaktif (protokol penyegaran) mengacak semula bahagian secara berkala tanpa mengubah kunci asas. Selepas penyegaran, bahagian daripada sebelum penyegaran tidak lagi berguna, sekali gus mengehadkan tempoh kerentanan. GJKR dan turunannya merangkumi protokol penyegaran yang menggunakan struktur sama seperti DKG awal.

DKG dilaksanakan dalam beberapa sistem sebenar. Klien DVT Ethereum Obol Charon menggunakan upacara DKG berdasarkan Pedersen VSS atas BLS12-381. Silent Shard oleh Silence Laboratories menggunakan DKG untuk dompet MPC mudah alih. Pustaka dkg-go melaksanakan GJKR untuk aplikasi Go. Threshold Network (dahulunya Keep Network) menggunakan DKG untuk perkhidmatan ECDSA ambangnya yang melindungi tBTC di Bitcoin.

DKG menghapuskan keperluan terhadap pengedar dipercayai dengan membolehkan semua n pihak menjana bersama pasangan kunci ambang tanpa mana-mana pihak mengetahui kunci peribadi. Dalam DKG Pedersen, setiap pihak menjalankan VSS terhadap sumbangannya. GJKR menambah keselamatan adaptif dengan pusingan aduan. DKG menjadi asas kepada DVT Ethereum (Obol, SSV), suar rawak DRAND dan persediaan dompet MPC dalam sistem sebenar. Protokol penyegaran melanjutkan keselamatan dengan mengacak semula bahagian secara berkala.