Dağıtık Anahtar Oluşturma Protokolleri

Dağıtık Anahtar Üretimi (DKG), eşik kriptografisindeki güvenilir dağıtıcı sorununu çözer. DKG olmadan merkezi bir taraf anahtar çiftini üretip payları dağıtmak zorunda kalır ve bu sırada tam özel anahtarı kısa bir süreliğine de olsa bilir. DKG, hiçbir tarafın, hatta protokol koordinatörünün bile özel anahtarı öğrenmediği bir protokol aracılığıyla n tarafın ortaklaşa bir açık/özel anahtar çifti üretmesini sağlar.

Pedersen DKG, 1991'de yayımlanan ilk pratik DKG protokolüdür. n tarafın her biri rastgele bir gizli değer s_i üretir ve bunu paylaşmak için Doğrulanabilir Gizli Paylaşım (VSS) protokolünü çalıştırır. Her taraf, kendi polinom katsayılarına ilişkin taahhütleri yayınlar. Tüm taraflar katkılarını paylaştıktan sonra birleşik gizli değer, tüm s_i değerlerinin toplamı olur ve her taraf bu toplamın bir payını elinde tutar.

Feldman VSS (Feldman'ın 1987 tarihli Doğrulanabilir Gizli Paylaşımı), çoğu DKG protokolünün temel yapı taşıdır. Dağıtıcı, polinom katsayılarına grup elemanları olarak taahhüt verir (C_j = g^{a_j} mod p). Bir pay f(i) alan her taraf, g^{f(i)} değerinin C_j^{i^j} çarpımına eşit olduğunu kontrol ederek bu taahhütlere göre doğrulama yapabilir. Bu sayede taraflar, dağıtıcının yanlış paylar gönderip göndermediğini tespit edebilir.

Joint-Feldman DKG, n tarafın tümü için Feldman VSS'yi paralel olarak çalıştırır; her taraf kendi gizli değeri için dağıtıcı görevi görür. Taraflar daha sonra geçersiz pay alırlarsa şikâyette bulunur. Son anahtar, hakkında şikâyette bulunulmayan dağıtıcıların gizli değerlerinin toplamıdır. Ancak Joint-Feldman DKG, tarafları protokol iletilerine göre ele geçiren uyarlamalı saldırganlara karşı güvenli değildir. Bu zayıflık Gennaro, Jarecki, Krawczyk ve Rabin tarafından tespit edilmiştir.

GJKR DKG protokolü (Gennaro, Jarecki, Krawczyk ve Rabin, 1999 ve 2007), Joint-Feldman'ın zayıflıklarını ele aldı. GJKR, Feldman VSS yerine Pedersen VSS'yi (bilgi kuramsal olarak gizleyen taahhütler) kullanır ve tarafların geçersiz paylara itiraz edebildiği şikâyet turları ekler. Ortaya çıkan DKG, uyarlamalı saldırganlara karşı güvenlidir ve güvenli DKG için standart kuramsal başvuru noktası hâline gelmiştir.

GJKR DKG üç tur gerektirir: taahhüt turu (her taraf VSS taahhütlerini yayınlar), paylaşım turu (taraflar payları birbirlerine eşler arası gönderir) ve şikâyet turu (taraflar geçersiz paylarla ilgili şikâyetleri yayınlar). Şikâyetleri çözemeyen taraflar elenir. Dördüncü tur, geçerli tarafların katkılarını son açık anahtar ve dağıtılmış özel anahtar paylarında birleştirir.

Ethereum'un doğrulayıcı anahtarı yönetimi, dağıtık doğrulayıcı teknolojisi (DVT) için DKG kullanır. EIP-4844 ve DVT ekosistemi (Obol Ağı, SSV Ağı), doğrulayıcı komitelerinin hiçbir tek operatör tam doğrulayıcı anahtarını bilmeden blok imzalayabilmesini sağlamak üzere BLS12-381 üzerinde eşik BLS imzaları kullanır. Bu, doğrulayıcıların arızalara dayanıklılığını artırır ve anahtarın ele geçirilmesinden kaynaklanan kesinti cezası riskini azaltır.

DRAND, Ethereum işaret zincirinin öngörülemeyen rastgele sayılar üretmek için kullandığı dağıtık bir rastgelelik işaretçisidir. DRAND, bir eşik BLS anahtarı üretmek için bir entropi ligi düğümleri kümesi (Cloudflare, EPFL, Protocol Labs vb.) arasında DKG çalıştırır. Her turda, t-of-n düğüm kısmi imzalara katkıda bulunur ve bu imzalar öngörülemeyen bir rastgele değerde birleşir. Tek bir düğüm bile çıktıyı yönlendiremez veya öngöremez.

DKG, Schnorr/EdDSA eşik şemaları için ECDSA'ya kıyasla çok daha basittir. Schnorr eşik şemalarında dağıtılmış özel anahtar, tarafların gizli değerlerinin basitçe toplamıdır (x = x1 + x2 + ... + xn) ve açık anahtar, açık anahtar paylarının toplamıdır (X = X1 + X2 + ... + Xn). ECDSA'da doğrusal olmama nedeniyle DKG'nin çarpımsal paylar üretmesi gerekir; bu da daha karmaşık protokoller gerektirir.

Uzun ömürlü eşik anahtarı payları, bir saldırganın zaman içinde tarafları yavaş yavaş ele geçirmesi durumunda aşamalı olarak tehlikeye girebilir. Proaktif gizli paylaşım (yenileme protokolleri), temel anahtarı değiştirmeden payları düzenli aralıklarla yeniden rastgeleleştirir. Yenilemeden sonra, yenileme öncesine ait paylar işe yaramaz hâle gelir ve güvenlik açığı penceresi sınırlanır. GJKR ve onun türevleri, ilk DKG ile aynı yapıda çalışan yenileme protokollerini içerir.

DKG, çeşitli üretim sistemlerinde uygulanmaktadır. Ethereum DVT istemcisi Obol Charon, BLS12-381 üzerinde Pedersen VSS'ye dayalı bir DKG töreni kullanır. Silence Laboratories'ın Silent Shard ürünü, mobil MPC cüzdanları için DKG kullanır. dkg-go kütüphanesi, Go uygulamaları için GJKR'yi uygular. Threshold Network (eski adıyla Keep Network), Bitcoin üzerinde tBTC'yi güvenceye alan eşik ECDSA hizmeti için DKG kullanır.

Pedersen DKG'yi tek bir güvenilir dağıtıcı kurulumundan üstün kılan temel özellik nedir?

DKG, tüm n tarafın hiçbir taraf özel anahtarı bilmeden ortaklaşa bir eşik anahtar çifti üretmesini sağlayarak güvenilir dağıtıcıyı ortadan kaldırır. Pedersen DKG'de her taraf kendi katkısı üzerinde VSS çalıştırır. GJKR, şikâyet turlarıyla uyarlamalı güvenlik ekler. DKG, Ethereum DVT'nin (Obol, SSV), DRAND rastgelelik işaretçisinin ve üretim ortamındaki MPC cüzdan kurulumlarının temelini oluşturur. Yenileme protokolleri, payları düzenli aralıklarla yeniden rastgeleleştirerek güvenliği artırır.