Як працюють розподілені валідатори

Шардінг ключа валідатора та розподілене генерування ключа (DKG)

DKG
У стандартній моделі валідатора Ethereum для підписання повідомлень, підтвердження блоків і винесення нових пропозицій використовується єдиний приватний ключ, який зазвичай зберігається на одному пристрої. Якщо цей пристрій виходить з ладу або стає жертвою зловмисників, валідатор піддається ризику простою або санкцій за неправильну роботу. DVT вирішує цю проблему, усуваючи залежність від одного пристрою, що зберігає повний ключ. Замість цього ключ із самого початку генерується розподіленим способом — через процес розподіленого генерування ключа (Distributed Key Generation, DKG).

Під час DKG декілька сторін спільно генерують приватний ключ так, що жодна з них не має доступу до всього секрету. Кожен учасник отримує свою частку приватного ключа валідатора. Процес використовує передові криптографічні механізми, що гарантують відповідність фінального публічного ключа очікуваному BLS (Boneh–Lynn–Shacham) публічному ключу, який застосовується у консенсусному рівні Ethereum. Частки ключа мають математичний зв’язок і надалі можуть використовуватися разом для створення чинних підписів від імені валідатора.

Шардінг ключа за допомогою DKG — це основа безпеки DVT. Оскільки жоден окремий учасник не контролює весь ключ, конфігурація валідатора стає внутрішньо стійкою до компрометації. Навіть якщо один вузол скомпрометовано чи він виходить з ладу, інші члени кластера можуть продовжити роботу, якщо для підпису доступна необхідна кількість часток ключа.

Порогові BLS-підписи та багатосторонні обчислення (MPC)

Після розподілу часток ключів кластер валідаторів повинен виконувати всі функції підпису — пропонувати блоки, підтверджувати їх, — не відновлюючи повного приватного ключа. Саме тут використовуються порогові BLS-підписи та багатосторонні обчислення (MPC).

Схема BLS-підпису, яка застосовується у консенсусному рівні Ethereum, підтримує порогове підписування. У конфігурації DVT встановлюється мінімальна кількість учасників, які мають об’єднатися для формування підпису. Наприклад, у кластері з п’яти вузлів для створення чинного підпису достатньо згоди будь-яких трьох. Поріг визначається під час генерування ключа і впливає на відмовостійкість валідатора.

Процес підписування відбувається через захищені багатосторонні обчислення: кожен учасник підписує повідомлення своєю часткою ключа, а потім ці часткові підписи агрегуються у повний BLS-підпис, який подається до Ethereum Beacon Chain. Повний приватний ключ при цьому ніколи не відновлюється й не розкривається.

MPC гарантує, що валідатор працює безпечно навіть із ненадійними або нечесними учасниками. Це забезпечує криптографічний захист і дозволяє незалежним вузлам діяти як цілісний валідатор для мережі. Така абстракція робить DVT повністю сумісною з Ethereum, не вимагаючи змін у протоколі або консенсусних правилах.

Координація на основі gossip-протоколів і сумісність клієнтів

Кластер DVT складається з декількох вузлів, що функціонують як частина розподіленого клієнта-валідатора. Вони мають постійно обмінюватися даними, щоб залишатися синхронізованими, координувати ролі та передавати інформацію — такі як пропозиції блоків, атестації або часткові підписи. Для цього більшість DVT-систем застосовують комунікаційний peer-to-peer шар на основі gossip-протоколів.

У gossip-мережі вузли передають повідомлення певній частині своїх сусідів, а ті надсилають їх далі. Така децентралізована модель знижує ймовірність виникнення комунікаційних вузьких місць та унеможливлює концентрацію трафіку в одному вузлі. Gossip-протоколи стійкі до відмов вузлів чи перебоїв у мережі, тому ідеально підходять для координації між валідаторами.

Клієнти-валідатори з розподіленою архітектурою — такі як Charon від Obol або нодовий софт SSV.Network — реалізують механізми координації підписів, відновлення після збоїв і моніторингу участі. Їх проектують із сумісністю з ключовими стекками клієнтів Ethereum: Prysm, Lighthouse, Teku, Nimbus тощо. Кожен вузол DVT-кластера може працювати зі стандартними консенсусними клієнтами Ethereum та DVT-логікою паралельно.

Сумісність клієнтів визначає швидкість впровадження DVT. Операторам не потрібно оновлювати всю інфраструктуру — вони можуть користуватися звичним програмним забезпеченням, отримуючи водночас переваги розподілу ролей і покращеної стійкості до відмов. Завдяки архітектурі plug-and-play DVT легко інтегрується у вже наявні стейкінгові рішення без зростання операційної складності.

Затримка, розмір кворуму та припущення про чесну більшість

DVT підвищує децентралізацію й відмовостійкість, але це супроводжується певними компромісами. Одним із ключових питань є затримка: якщо у традиційного валідатора підпис формується миттєво на локальному пристрої, то у DVT підпис необхідно погоджувати між численними вузлами, кожен із яких надає свою частку — це додає комунікаційного навантаження і може призводити до затримок, особливо у випадку перевантаження мережі чи повільної реакції окремих учасників.

Щоб зменшити ці ризики, у DVT визначають кворум — мінімальну кількість вузлів, потрібних для формування підпису. Розмір кворуму балансує між безпекою й живучістю системи: менший кворум підвищує швидкість і стійкість до повільних вузлів, але зменшує запас міцності до відмов; більший — навпаки, підвищує відмовостійкість, але може затягувати процес підписання й робити роботу чутливішою до затримок.

Наприклад, у кластері DVT за схемою 5 із 7 для створення підпису достатньо п’яти вузлів, які залишаються онлайн і працюють коректно. Система витримує збій двох вузлів; якщо виходять із ладу три чи більше, валідатор не зможе підписувати і ризикує отримати штраф за простій. Параметри кворуму слід добирати з урахуванням цілеорієнтації кластера і просторового розташування учасників.

Усі операції DVT спираються на припущення про чесну більшість: протокол розраховує, що більша частина вузлів діятиме відповідально і в інтересах мережі. Якщо ж буде скомпрометовано надто багато вузлів або вони організують змову, вони можуть створювати недійсні підписи чи блокувати роботу валідатора. Такі сценарії хоч і малоймовірні для розумно організованих кластерів, мають враховуватись у планах безпеки й моделюванні ризиків.

На практиці DVT-кластери формують незалежні оператори або стейкінгові об’єднання зі спільними інтересами. Це мінімізує ризик змови та зміцнює безпеку системи. Із розвитком технології з’являться нові підходи до координації, довіри й репутації, що ще більше підвищать гарантії децентралізованої валідації.