نظرة معمّقة على آلية عمل المدققين الموزعين

تقسيم مفتاح المُصدِّق وتوليد المفتاح الموزع (DKG)

توليد المفتاح الموزع (DKG)
في أنظمة إيثيريوم التقليدية، يستخدم المُصدِّق مفتاحًا خاصًا منفردًا لتوقيع الرسائل، والمصادقة على الكتل، واقتراح كتل، وغالبًا ما يُخزن هذا المفتاح في جهاز واحد. عند تعطل الجهاز أو اختراقه، يتعرض المُصدِّق لخطر الانقطاع أو الحذف. تتغلب تقنية DVT على هذا التحدي من خلال إلغاء فكرة وجود مفتاح كامل لدى جهاز واحد، حيث يُنشأ المفتاح بشكل موزع منذ البداية، عبر عملية تسمى توليد المفتاح الموزع (DKG).

خلال DKG، يتعاون عدة أطراف لتوليد مفتاح خاص مشترك دون أن يطلع أي طرف منفرد على السر الكامل. في نهاية العملية، يحصل كل مشارك على جزء من المفتاح الخاص بالمُصدِّق. وتعتمد آلية التوليد على تقنيات تشفير متقدمة لضمان أن الناتج النهائي هو مفتاح BLS العام المعتمد في طبقة إجماع إيثيريوم. وترتبط أجزاء المفتاح رياضياً ليتمكن المشاركون لاحقاً من استخدامها معاً لإنتاج توقيعات صحيحة باسم المُصدِّق.

يعد تقسيم المفتاح عبر DKG ركيزة أمنية أساسية في DVT، إذ لا يمتلك أي مشارك منفرد السيطرة الكاملة على المفتاح، مما يعزز مقاومة النظام لأي اختراق. وحتى في حال اختراق عقدة أو تعطلها، يمكن للمجموعة مواصلة العمل شرط توفر الحد الأدنى المطلوب من أجزاء المفتاح لإجراء التوقيع.

توقيعات BLS الحدية والحوسبة متعددة الأطراف (MPC)

بعد توزيع أجزاء المفتاح، يتعين على مجموعة المُصدِّقين تنفيذ التوقيعات واقتراح الكتل وتقديم المصادقات، من دون تجميع المفتاح الخاص الكامل. في هذا السياق تبرز أهمية توقيعات BLS الحدية والحوسبة متعددة الأطراف (MPC).

تتيح خوارزمية توقيع BLS المعتمدة في طبقة إجماع إيثيريوم التوقيع الحدي؛ ففي أنظمة DVT، يجب أن يتعاون عدد محدد مسبقًا من المشاركين لإنتاج توقيع صالح. على سبيل المثال، في مجموعة تضم خمس عقد، قد تتطلب العملية توقيع ثلاثة منها على الأقل. يُحدد هذا الحد الأدنى المطلوب عند توليد المفتاح، ويحدد قدرة المجموعة على مواصلة العمل في حال تعطل بعض أعضائها.

وتُجرى عملية التوقيع عبر الحوسبة متعددة الأطراف؛ إذ يوقع كل مشارك على الرسالة بجزءه الفريد من المفتاح، ثم تُجمع التوقيعات الجزئية في توقيع BLS كامل يُقدَّم إلى سلسلة بيكون إيثيريوم. ولا يُعاد أبدًا تجميع المفتاح الخاص الكامل أو كشفه خلال هذه العملية.

توفر الحوسبة متعددة الأطراف ضمانات أمنية تسمح للمُصدِّقين بالعمل بكفاءة حتى بوجود عقد غير موثوقة أو ضعيفة الأداء، وتحقق ضمانات تشفيرية تمكّن مجموعة من العقد المستقلة من التصرف كجهة تحقق واحدة أمام الشبكة. هذا ما يجعل DVT متوافقًا مع شبكة إيثيريوم دون أي تعديل في بروتوكولها أو قواعد الإجماع.

التنسيق عبر بروتوكول الترويج والتوافق مع العملاء

تتكون مجموعة DVT من عدة عقد تعمل ضمن عميل مُصدِّق موزع، ويتعين على هذه العقد التنسيق المستمر لضمان تزامنها، وتتقاسم المهام، وتبادل معلومات كاقتراح الكتل، والمصادقات، والتوقيعات الجزئية. ولهذا الغرض، تعتمد أنظمة DVT عادة على طبقة اتصال بين الأقران قائمة على بروتوكول الترويج.

في شبكات الترويج، تنقل العقد الرسائل إلى مجموعة فرعية من الأقران، الذين ينقلونها بدورهم إلى آخرين، ما يوفر بنية لامركزية تحد من ازدحام الرسائل ويحول دون تحول أي عقدة إلى مركز اتصال وحيد. وتعد البروتوكولات القائمة على الترويج شديدة التحمل للأعطال والانشقاقات، مما يجعلها مثالية لتنسيق مهام المُصدِّقين.

ينفذ عميل المُصدِّق الموزع—مثل Charon من Obol أو برمجية SSV.Network—منطق تنسيق التوقيع، واستعادة الأخطاء، وتتبع المشاركة. صُممت هذه الحلول البرمجية لتتوافق مع أهم برمجيات مُصدِّقي إيثيريوم مثل Prysm وLighthouse وTeku وNimbus، مما يمكّن كل عقدة في المجموعة من استخدام برامج إجماع إيثيريوم المعتمدة مع تشغيل منطق DVT بالتوازي.

التوافق البرمجي أمر حيوي لتعزيز الاعتماد، إذ لا يتطلب من المشغلين إعادة بناء بنيتهم من الصفر لدعم DVT، بل يمكنهم مواصلة استخدام البرمجيات المألوفة مع الاستفادة من زيادة تحمل الأعطال وتقاسم المسؤوليات. وتتيح قابلية الدمج الفوري دمج DVT بسهولة في أنشطة التخزين الحالية دون تعقيد عملياتي زائد.

زمنية التوقيع، حجم الحد الأدنى المطلوب، وافتراض الأغلبية النزيهة

رغم ما تحققه تقنية DVT من تعزيز اللامركزية وتحمل الأعطال، فإنها تفرض بعض التنازلات، أبرزها مسألة التأخير الزمني. ففي الأنظمة التقليدية، يتم التوقيع فورًا على الجهاز المحلي، أما مع DVT فيتطلب التوقيع تنسيقًا بين عدة عقد، إذ يضيف كل عضو توقيعه الجزئي قبل إنتاج النتيجة النهائية. هذا يؤدي إلى عبء اتصالي إضافي قد يتسبب في تأخيرات، خصوصًا إذا كانت الشبكة مزدحمة أو كان بعض الأعضاء بطيئي الاستجابة.

لتقليل هذا الأثر، تعين أنظمة DVT حدًا أدنى مطلوبًا من العقد اللازمة لإنتاج التوقيع. ويضمن حجم الحد الأدنى المطلوب الموازنة بين الأمان واستمرارية الخدمة؛ إذ يسرّع الحد الأدنى الأصغر الأداء ويزيد مرونة النظام أمام بطء العقد، لكنه يحد من تحمل الأعطال. في المقابل، يعزز الحد الأدنى الأكبر تحمل الأعطال لكنه قد يؤخر عملية التوقيع ويزيد من حساسية النظام لمشكلات الشبكة.

فمثلًا، في مجموعة DVT مكونة من خمسة من أصل سبع عقد، يجب أن تكون خمس عقد متصلة وفعالة لإنتاج التوقيع، ويمكن للمجموعة الاستمرار إذا تعطلت عقدتان فقط. أما تعطل ثلاث عقد أو أكثر فيعطل قدرة المُصدِّق على التوقيع، ويعرضه لعقوبات التوقف. لذا يجب اختيار هذه المعايير بعناية بناءً على مستوى المخاطرة وتوزيع العقد الجغرافي.

ترتكز عمليات DVT بأكملها على افتراض وجود أغلبية نزيهة من الأعضاء، حيث يُفترض أن العدد الأكبر منهم سيتبع القواعد ويخدم مصالح الشبكة. أما في حالة اختراق عدد كبير من العقد أو تواطؤهم عمدًا، فقد ينتجون توقيعات غير صحيحة أو يعطلون عمل المُصدِّق. ورغم ندرة هذه الحالات في المجموعات المستقلة أو في تجمعات التخزين المشتركة الحوافز، يجب وضعها بالحسبان عند بناء استراتيجيات الأمان ونماذج المخاطر.

في التطبيق العملي، عادةً ما تتشكل مجموعات DVT من مشغلين مستقلين أو عبر تجمعات تخزين مشتركة الحوافز، مما يقلل فرص التواطؤ ويعزز أمان النظام. ومع تطور التقنية، ستظهر آليات تنسيق وأنظمة سمعة ونماذج ثقة أكثر تقدمًا لتعزيز ضمانات التحقق الموزع.