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Teechan: el nuevo protocolo que promete escalabilidad de Bitcoin con hardware confiable

Teechan es similar en diseño a la red Lightning, salvo por un factor crucial de diferenciación: aprovecha entornos de ejecución de confianza (TEE), es decir, componentes de hardware seguros encontrados en procesadores de productos recientes como el último lote de CPUs Intel con Software Guard Extensions (SGX).


Traducimos una información del equipo de creadores de Teechan, un nuevo protocolo de transacciones fuera de la cadena que promete mejorar la escalada de Bitcoin. Los desarrolladores son doctores, profesores y estudiantes de doctorado relacionados con dos importantes universidades: Imperial College de Londres y Cornell. 

Esta es la información publicada en el medio Hacking Distributed:

Bitcoin sufre de un límite fundamental que tiene relación sobre hasta cuánto puede escalar. Mientras que el número de transacciones enviadas por día ha estado creciendo exponencialmente desde el inicio de Bitcoin, el número de transacciones que el sistema puede borrar está firmemente limitado a 7 tx/seg bajo las mejores circunstancias y alrededor de 3,3 tx/sec con tamaños de transacción realistas. Esto significa que, por ejemplo, si Venezuela cambiara a Bitcoin hoy día, cada adulto sería capaz de realizar como mucho una transacción financiera cada 72 días. Y en el lado de latencia (retardo temporal de una red), cada transacción no trivial incurriría al menos una hora de retraso.

Han habido múltiples sugerencias para mejorar la escalada del protocolo. Una posibilidad es aumentar el tamaño del bloque. Mientras que un recurso provisional razonable es cambiar el tamaño del bloque, esto no mejora apreciablemente la latencia para las confirmaciones. Y un aumento de 2X o 4X en el tamaño de bloque proporciona como máximo una mejora de 2X o 4X en el rendimiento. Incluso un muy controvertido aumento de 10X en el tamaño del bloque permitiría solo una transacción por semana para los venezolanos, lo cual aún está muy lejos de la meta. Otra posibilidad, sugerida por grupos de investigación de Bitcoin-NG, ByzCoin y Hibrid Consensus y también el nuestro, es cambiar el protocolo para construir bloques de forma incremental con el tiempo, evitando los cuellos de botella de la centralización.  La comunidad de practicantes ha sido reticente acerca de la adopción de estas técnicas o incluso reconocer su existencia durante las discusiones de escala, según se informa, debido a que estas propuestas requieren cambios en el protocolo subyacente.

En su lugar, la mayoría de los profesionales se han centrado en la escalada fuera de cadena, a través de una técnica conocida como canales de pago. Los canales de pago, tales como la red Lightning Network (LN) y Duplex Micropayment Channels  (DMC), permiten transacciones eficientes en las que dos partes pueden participar en un gran número de transferencias de fondos fuera de la cadena. Si bien esto puede potencialmente mejorar la escala inmensamente, estos protocolos también requieren cambios sustanciales en el protocolo subyacente. Específicamente, las implementaciones de Lightning Network son vulnerables a la maleabilidad de las transacciones, cuya actual solución propuesta, SegWit, se ha sumido en controversia, en parte como resultado de su complejidad de implementación.

Una nueva solución

Hemos desarrollado una nueva solución de escalabilidad para Bitcoin, llamada Teechan. Se trata de un nuevo protocolo de transacciones fuera de cadena, de alto rendimiento y baja latencia, que se puede implementar de forma segura en la red Bitcoin, tal como existe hoy en día.

Teechan es similar en diseño a la red Lightning, salvo por un factor crucial de diferenciación: aprovecha entornos de ejecución de confianza (TEE), es decir, componentes de hardware seguros encontrados en procesadores de productos recientes como el último lote de CPUs Intel con Software Guard Extensions (SGX).

Esta tecnología clave permite a Teechan ofrecer garantías sorprendentemente fuertes. Específicamente:

  • Teechan no requiere ningún cambio en la red Bitcoin existente. Es seguro incluso en presencia de maleabilidad transaccional.
  • Teechan es eficiente: los pagos se completan con un solo mensaje. La latencia de la red no perjudica su rendimiento.
  • Teechan permite la reutilización infinita de canales siempre y cuando el saldo no supere el crédito del canal.
  • Teechan es eficiente en el espacio, requiriendo solamente dos transacciones para ser colocadas en la cadena de bloque en total en todos los escenarios. Como consecuencia de una menor dependencia de las transacciones en cadena, Teechan está menos abierto a los ataques basados ​​en la inundación Blockchain.
  • En consecuencia, Teechan se presta a una implementación eficiente. Nuestro prototipo alcanza un rendimiento de 2480 transacciones por segundo por canal, con una sobrecarga de latencia de asentamiento de 0,4 ms.

La primera característica vale su peso en Bitcoin, ya que esto significa que todos los beneficios promocionados de los canales de pago se pueden tener en la parte superior del protocolo regular, sin modificar Bitcoin en este momento, evitando la discusión espinosa alrededor de SegWit y su despliegue. Vale la pena explicar por qué Teechan es capaz de proporcionar estas características.

Potencia del hardware seguro

SGX es un conjunto de extensiones de conjuntos de instrucciones para CPUs lanzadas en el otoño de 2015 y disponibles en CPUs recientes. La capacidad clave que ofrece SGX es la noción de ejecución privada y confidencial con garantías de integridad. En esencia, el chip tiene una construcción especial llamada enclave. Un enclave es como un programa ordinario, excepto que el contenido de memoria de un enclave está encriptado siempre que se encuentre fuera de chip y accesible sólo en el chip, y sólo mientras se esté ejecutando el código del enclave especial. Además, las claves de descifrado están disponibles únicamente para codificar con un hash determinado: si usted o un hacker hackearan el código del enclave y cambiaran su hash, ese código hackeado ya no tendría acceso a las claves de cifrado, rechazando los ataques.

Como resultado, esta ingeniosa tecnología no permite que nadie, ni siquiera el propietario de la máquina, pueda modificar el código arbitrariamente, echar un vistazo a los contenidos del enclave o modificar la ejecución dentro de un enclave.

Además, el hardware SGX permite la certificación remota, es decir, la capacidad de probar a un equipo remoto que un enclave dado está ejecutando una distribución de software en particular. En esencia, el chip es capaz de emitir una declaración que dice “Yo garantizo a cualquier parte remota que estoy ejecutando este código con este hash particular”, que es un mecanismo crítico bootstrapping (arranque o proceso de inicio de una computadora). Teechan se basa en estas dos características subyacentes, que, juntas, proporcionan un entorno de ejecución de confianza (TEE).

Ahora, SGX no es la única manera de construir un entorno de ejecución de confianza. Es muy posible hacer lo mismo utilizando, por ejemplo, los co-procesadores de hardware seguros conocidos como módulos de plataforma de confianza (TPM). Los TPM se pueden encontrar en casi todos los ordenadores portátiles y cuestan entre  1 y  5 dólares, y provienen de varios proveedores. Se dice que incluso se pueden fabricar con circuitos de autodestrucción en el embalaje para que el chip destruya su clave privada. Aunque el protocolo Teechan es adecuado para construir sobre cualquier plataforma que soporte TEEs, incluyendo TPMs, decidimos construir nuestra implementación de prototipos sobre SGX.

Lo bueno de SGX es que las garantías de seguridad están incorporadas en la CPU. Los enclaves SGX son seguros contra un atacante que ha colocado sondas en el bus del sistema, tiene hardware de ataque especial en los puertos USB, ha modificado el contenido del disco y es capaz de forjar paquetes de red de cualquier manera. La única manera de poner en peligro estas garantías es remover el envase de la CPU y colocar sondas en la oblea de silicio, una empresa costosa que requiere una sala limpia y un esfuerzo importante de ingeniería inversa. Y los usuarios actualmente confían en Intel (o AMD) para ejecutar correctamente su código de firma de transacciones.

Canales sobre hardware seguro

Teechan utiliza TEEs para construir canales de pago dúplex ligeros. En comparación con las implementaciones de software de los canales de pago, como la red Lightning, una implementación basada en hardware tiene varias ventajas: En primer lugar, las implementaciones de canales de pago actuales requieren que se active Segwit y se fije la maleabilidad de la transacción para reducir la complejidad de la implementación. Lightning ha sido el gran ímpetu detrás de SegWit, que actualmente está atascado sin suficiente apoyo de mineros. Teechan permite crear canales de pago seguros sin tener que cambiar el protocolo base, sin tener que pelear por SegWit. El envío de dinero con Teechan es increíblemente rápido, porque los pagos se completan con un solo mensaje. Las alternativas son DMC, que pone un límite en la cantidad máxima transaccionada en una sola dirección del canal (cantidad de depósito multiplicada por el número máximo de resetes de canal), o LN, lo que requiere múltiples viajes de ida y vuelta entre las dos partes para completar una sola transacción.

Advertencias

 Aunque Teechan representa una muy buena noticia para Bitcoin, viene con algunas advertencias:

  • Teechan requiere un entorno de ejecución de confianza. Esto requiere un hardware especial, por lo que puede que necesite una máquina especial con el tipo de hardware adecuado para crear un canal. Nuestro prototipo actual se implementa en la parte superior de Intel SGX, por lo que si desea utilizar este prototipo en particular, tendrá que confiar en Intel. Esto no es un requisito oneroso, ya que ya confía en Intel para la correcta ejecución de su código, y estas extensiones son sólo una parte del nuevo conjunto de instrucciones que está siendo implementado por Intel. Si actualmente no confía en Intel y utiliza AMD u otro proveedor en su lugar, tendrá que esperar a que el proveedor de la implementación de SGX, o bien el puerto de Teechan a otros entornos de ejecución de confianza. Tenga en cuenta que sólo las entidades en los dos extremos del canal, usted y la persona con la que está tratando, necesitan confiar en las TEE de cada uno. El Blockchain y el resto del mundo son inconscientes.
  • Nuestras medidas deliberadamente dejan de lado los efectos de la red, que dependen de su despliegue. Es necesario tener en cuenta la latencia de la red entre las dos partes, así como el ancho de banda del cuello de botella. Como se señaló anteriormente, una mayor latencia no perjudica el rendimiento de Teechan.
  • Todavía es desconocido por cuánto Teechan u otras soluciones ayudarán a escalar a Bitcoin. El beneficio exacto depende de la red de crédito emergente en la parte superior, que aún no ha surgido, ya que no ha sido posible implementar canales de pago de forma segura hasta ahora. Nuestra esperanza es que Teechan será utilizado en concierto con el diseño de la red de pago por LN y otros.
  • Los canales de pago dependen de la capacidad de colocar ciertas transacciones en la cadena cuando sea necesario. Esto requiere espacio en bloques en la cadena de bloques subyacente. Como se menciona en el papel de LN, bloques completos interfieren con esto y pueden abrir canales de pago para atacar.

Importante

Si usted tiene el hardware adecuado, puede ejecutar Teechan a través del protocolo de Bitcoin sin necesidad de modificar nada en este momento.

Nuestro prototipo no optimizado de Teechan es capaz de alcanzar 2.480 transacciones por segundo por canal, con latencias de transacción de 0,4 ms. Esto no sólo permite pagar por un café, sino que también permite a Bitcoin lograr un rendimiento agregado muy alto, para permitir micropagos baratos y rápidos, así como una serie de otros escenarios de uso que requieren pagos frecuentes y de alta velocidad.

¿A dónde vamos desde aquí?
Si está interesado en el funcionamiento del protocolo Teechan para crear canales de pago seguros en entornos de ejecución de confianza, se dispone de un borrador de trabajo. Estaremos haciendo pública la implementación de Teechan en las próximas semanas.

Advertencia: este código va a ser una versión alfa. Es muy posible que los errores de software lleven a la pérdida de monedas. El prototipo estará disponible tal y como está, sin garantía expresa de su idoneidad para cualquier propósito.

Esperamos construir un esfuerzo de código abierto alrededor de Teechan.

Resumen

Si bien Bitcoin tiene que adoptar la escala de la cadena para escalar no sólo, sino para garantizar la seguridad de los protocolos fuera de la cadena, es esencial abordar la escalabilidad en todos los niveles de los protocolos.

En general, hemos esbozado una mejor solución fuera de cadena para ayudar a la escala de Bitcoin. Teechan se basa en hardware seguro para producir una implementación de canal de pago seguro que consigue un alto rendimiento y extrae una sobrecarga de latencia muy baja. Sigue una polémica propuesta para cambiar el protocolo Bitcoin subyacente, y proporciona todos los beneficios de la red Lightning  hoy en día, sin tener que modificar el protocolo base en absoluto.

Fuente: Hacking Distributed

Traducido por Diario Bitcoin

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