giới thiệu

Liên kết gốc:

https://zengo.com/make-micro-payments-in-a-flash-the-power-of-lngate/

giới thiệu

Hãy tưởng tượng bạn đang lái xe ra khỏi thị trấn để tham dự một cuộc họp quan trọng, đi qua ba trạm thu phí trên đường đi. Sau đó, nếu bạn phải trả phí cầu đường, bạn không cần phải giảm tốc độ xe và lãng phí thời gian. Điều này tạo ra nhu cầu về một "hệ thống thanh toán tự động".

Các khoản thanh toán nguyên tử dựa trên giao tiếp giữa thiết bị với thiết bị (D2D) mà không cần sự can thiệp của con người là một giải pháp lý tưởng cho vấn đề này. Mặc dù có thể liên kết các thiết bị này với các hệ thống thanh toán truyền thống như thẻ tín dụng, nhưng điều này giới thiệu một bên thứ ba có thể chuyển chi phí quản lý cho bạn hoặc thậm chí thu thập quyền riêng tư của bạn. Nhìn theo cách này, tiền điện tử có thể tạo ra một hệ thống thanh toán thuận tiện hơn. Do đó, việc kết hợp IoT (Internet of Things) và tiền điện tử (như Bitcoin, Ethereum) có thể giải quyết những vấn đề này.

Với khái niệm sổ cái phi tập trung, Bitcoin đã trở thành một hệ thống thanh toán lật đổ, nhưng đối với các kịch bản thanh toán, nó có một số sai sót lớn, chẳng hạn như phí xử lý cao và thời gian xác nhận giao dịch lâu.

Lightning Network (LN) đã giải quyết những vấn đề này bằng một cách tiếp cận táo bạo - thanh toán ngoài chuỗi. Với sự tiến bộ này, Bitcoin cũng hứa hẹn cho các khoản thanh toán vi mô và có thể được chấp nhận bởi nhiều ứng dụng IoT. Tuy nhiên, việc lưu trữ các nút Lightning Network và Bitcoin trên các thiết bị IoT là không khả thi do chi phí lưu trữ, bộ nhớ và xử lý của chúng.

Kể từ khi thành lập, Lightning Network đã phát triển lên hơn 20.000 nút. Các thiết bị IoT có khả năng tính toán, giao tiếp và lưu trữ rất hạn chế; do đó, không thể cài đặt nút Lightning trên hầu hết các thiết bị IoT cấu hình thấp. Cụ thể, việc sử dụng Lightning Network yêu cầu bạn chạy nút Lightning và nút đầy đủ Bitcoin, cùng nhau yêu cầu hơn 340 GB dung lượng lưu trữ. Để tham gia xác thực các khối Bitcoin, kết nối internet đáng tin cậy và sức mạnh tính toán tương đối cao cũng rất cần thiết.

Cân nhắc tất cả các yếu tố này, chúng tôi cần một giải pháp gọn nhẹ. Chúng tôi đề xuất một giao thức dựa trên mã hóa ngưỡng, trong đó một cổng Lightning Network đáng tin cậy chịu trách nhiệm lưu trữ các nút Lightning Network và nút Bitcoin hoàn chỉnh, cho phép các thiết bị IoT bắt đầu các hoạt động của Lightning Network thông qua cổng này.

Các cổng LN cũng có thể được khuyến khích cung cấp dịch vụ này bằng cách trả phí giao dịch.

Giao thức được đề xuất của chúng tôi có các đặc điểm sau:

• Khả năng thanh toán ngay lập tức

• Có thể chạy trên mạng băng thông thấp

• mạng sét

mạng sét

Giao thức của chúng tôi sử dụng Lightning Network. Lightning Network được hình thành vào năm 2015 và nhanh chóng được triển khai trên Bitcoin bởi Lightning Labs và các nhóm khác. Nó là mạng lớp 2 ngang hàng trên mạng chuỗi khối Bitcoin.

Lightning Network hoạt động để giải quyết vấn đề về khả năng mở rộng của Bitcoin. Tận dụng khả năng hợp đồng thông minh của Bitcoin, Lightning Network cho phép người dùng mở các kênh thanh toán an toàn, tận hưởng chuyển Bitcoin nhanh và rẻ, đồng thời cho phép thanh toán gián tiếp nhiều chặng trên mạng.

Kể từ khi thành lập, số lượng người dùng sử dụng Lightning Network đã tăng lên đáng kể. Lightning Network hiện có tổng cộng 59192 kênh nắm giữ 1986,06 btc.

Hãy sử dụng một ví dụ để giải thích rõ ràng hơn về Lightning Network:

Mô tả hình ảnh

- Hình 1. Vòng đời của kênh Lightning Network -

Như có thể thấy trong Hình 1, nền tảng quan trọng của Lightning Network là giao dịch cam kết. Giao dịch cam kết có ba đầu ra.

Ba đầu ra của giao dịch Cam kết do Alice phát hành thường là:

1. Cấp cho Alice số dư hiện tại của cô ấy trong kênh, nhưng với khóa thời gian, cô ấy sẽ mất một lúc để có thể sử dụng nó

2. Chỉ định cho Bob số dư hiện tại của anh ấy trong kênh, số tiền này có sẵn ngay lập tức

3. Hợp đồng thanh toán (về cơ bản là HTLC, hợp đồng khóa thời gian băm)

tiêu đề cấp đầu tiên

Khái niệm cơ bản về công nghệ mạng Lightning (BOLT)

Đối với giao thức của chúng tôi, chúng tôi đã sửa đổi Nền tảng kỹ thuật Lightning Network #2 của Lightning Network. Cơ sở kỹ thuật của Lightning Network là giao thức nút ngang hàng được Lightning Network sử dụng để quản lý kênh, được sử dụng để thực hiện các khoản thanh toán ngoại tuyến Bitcoin an toàn.

BOLT #2 có ba giai đoạn:

• thành lập kênh

• kênh hoạt động bình thường

• tiêu đề cấp đầu tiên

Mật mã ngưỡng

Cải tiến chính của chúng tôi là bổ sung mã hóa ngưỡng cho Lightning Network.

Chia sẻ bí mật là điều rất phổ biến trong cuộc sống thực, nhưng chúng ta sẽ mượn nó từ thế giới kỹ thuật số.

"Mật mã ngưỡng" là một tập hợp con của Tính toán nhiều bên an toàn, xử lý các hoạt động mã hóa liên quan đến nhiều bên.

Trong thế giới tiền điện tử, việc đánh cắp khóa riêng (bản thân khóa này phải là một giá trị bí mật) có thể dẫn đến mất tiền. Vì vậy, mọi người nảy ra ý tưởng chia chìa khóa cho nhiều bên. Trong sơ đồ ngưỡng, khóa được chia cho nhiều bên và ngưỡng được xác định trước, dưới ngưỡng đó số lượng người tham gia không thể biết bất kỳ điều gì về khóa.

Để sử dụng Lightning Network trên các thiết bị IoT mà không tốn toàn bộ chi phí bộ nhớ, chúng tôi tận dụng mã hóa ngưỡng.

Điều này cũng có thể đạt được, bởi vì chúng tôi đã cách ly các nút Lightning Network và các thiết bị IoT chỉ cần tham gia vào mật mã khóa.

tiêu đề cấp đầu tiên

Mô tả hình ảnh

- Hình 2. Sơ đồ chế độ hệ thống -

Hệ thống của chúng tôi có bốn phần chính: (1) Thiết bị IoT; (2) Cổng Lightning; (3) Cầu nối các nút Lightning; (4) Các nút Lightning nhắm mục tiêu.

Các trung gian khác bao gồm: (1) Threshold Client; (2) IoT Device Gateway; (3) Bitcoin Core Lightning Network Node cho Lightning Network Gateway; (4) Threshold Server.

Một số giả định:

Các thiết bị IoT có thể kết nối với Internet thông qua các cổng.

Các thiết bị IoT và cổng Lightning sẽ không bị ngắt kết nối trong quá trình gửi thanh toán.

giao thức

giao thức

Giả sử một thiết bị IoT hiện muốn thanh toán cho nút Lightning Network mục tiêu (chẳng hạn như thanh toán phí cầu đường)

• Bắt đầu từ Cổng IoT, thiết bị liên hệ với Cổng mạng Lightning, nơi quản lý Nút mạng Lightning, Nút Bitcoin và Máy chủ ngưỡng

• Bất cứ khi nào thiết bị IoT bắt đầu yêu cầu, Lightning Gateway sẽ mở một kênh với nút Bridge Lightning để kết nối với nút mạng đích

• Các nút mạng cầu nối có thể tính phí định tuyến cho các cổng Lightning Network bắt đầu thanh toán

• Thanh toán cho các thiết bị IoT được chuyển qua các nút cầu đến các nút mục tiêu được chỉ định

• phân tích bảo mật

phân tích bảo mật

Ở đây, chúng tôi giả định rằng hệ thống của chúng tôi sẽ đối mặt với ba mối đe dọa: tấn công thông đồng, thông đồng thiết bị IoT với cổng sét và tấn công đòi tiền chuộc.

Âm mưu tấn công:

1. Thông đồng cổng sét và nút cầu

Trong hệ thống của chúng tôi, các khoản thanh toán luôn được gửi từ thiết bị IoT đến nút Lightning mục tiêu, do đó luôn làm tăng số dư của nút cầu nối trong kênh. Do đó, cân bằng trạng thái kênh cũ của nút cầu sẽ luôn thấp hơn trạng thái mới nhất, do đó, sự thông đồng này không thể xảy ra. Giao thức của chúng tôi hiện bị giới hạn đối với thanh toán một chiều và công việc trong tương lai là hiện thực hóa thanh toán hai chiều cho các thiết bị IoT.

Bây giờ, giả sử Cổng Lightning muốn phát trạng thái cũ lên mạng chuỗi khối. Điều này chỉ có lợi nếu trạng thái cũ của Lightning Gateway có nhiều tiền hơn trạng thái hiện tại. Tuy nhiên, điều này là không thể vì Lightning Gateway sẽ tính phí cho mọi khoản thanh toán của thiết bị IoT và số dư của nó sẽ luôn tăng lên. Ngoài ra, trạng thái cân bằng cũ của các nút cầu cũng phải ở mức thấp. Do đó, cả hai đều có số dư trạng thái cũ tương đối thấp và thông đồng là không có lợi.

(Ghi chú của người dịch: Việc thêm một số thông tin cơ bản có thể giúp người đọc hiểu tại sao các mối đe dọa này cần được phân tích và cách xử lý các mối đe dọa này: Trong hệ thống này, các thiết bị và cổng IoT chia sẻ một ngưỡng khóa riêng để mở các kênh với các nút cầu nối (hợp đồng đa chữ ký ), nhưng mỗi giao dịch cam kết có một đầu ra để phân bổ tiền cho các địa chỉ được kiểm soát bởi thiết bị IoT và cổng, thay vì phân bổ tiền cho khóa riêng ngưỡng; do đó, kênh có thể làm cho số dư của cổng và nút cầu luôn tăng. Xem toàn văn đính kèm ở cuối để biết chi tiết.)

2. Thiết bị IoT và Cổng Lightning thông đồng: Vì tiền trong kênh của thiết bị IoT luôn giảm khi thanh toán xảy ra nên rất dễ thông đồng với Cổng Lightning để phát trạng thái lỗi thời lên mạng.

Nếu nút cầu nối không muốn mất tiền, nó không thể ngoại tuyến vào những thời điểm khác. Do đó, sự thông đồng này không dành riêng cho giao thức của chúng tôi, mà là một vấn đề với Lightning Network nói chung.

Tiền bị đánh cắp từ các thiết bị IoT:

Cổng Lightning có thể đánh cắp tiền mà các thiết bị IoT hứa hẹn bằng cách:

1. Gửi chúng đến các nút Lightning Network khác

2. phát trạng thái cũ lên mạng

3. Thông đồng với các nút Lightning Network khác

Nếu chúng tôi sử dụng cơ chế chữ ký ban đầu của Lightning Network, Lightning Gateway có thể lấy tiền của thiết bị IoT trong kênh mà không cần chữ ký từ thiết bị IoT. Sửa đổi mà chúng tôi đang đề xuất — sử dụng sơ đồ ngưỡng (2-2) trong Giao dịch cam kết của Lightning Gateway — chính xác là để bảo vệ các thiết bị IoT khỏi bị mất tiền (thiết bị IoT, vì kênh được mở bằng khóa riêng mà chúng cùng tính toán).

Phần mềm tống tiền tấn công:

Cuộc tấn công này là trường hợp Cổng Lightning khác với mô tả giao thức. Ví dụ: cổng có thể nói với thiết bị IoT, "Hãy cho tôi bao nhiêu bitcoin tùy thích, nếu không tôi sẽ không đóng kênh cho bạn" hoặc "Từ giờ trở đi, bạn phải chấp nhận tỷ lệ dịch vụ 10%, tại sao không? Tôi không cho bạn Phục vụ."

Tại thời điểm này, cách tốt nhất cho các thiết bị IoT là từ chối tống tiền và tiếp tục tiêu thụ. Sau đó, Cổng Lightning sẽ giữ lại tiền từ thiết bị IoT, trì hoãn càng lâu càng tốt. Đây là một vòng lặp vô tận, và cả hai bên đều kiệt sức.

tiêu đề cấp đầu tiên

Ứng dụng và thí nghiệm

Các kịch bản ứng dụng trong thỏa thuận của chúng tôi bao gồm cọc sạc xe điện, bán dữ liệu cảm biến và hệ thống sạc bãi đậu xe. Tốt hơn hết là lấy trạm thu phí ngay từ đầu làm ví dụ, vì chúng tôi cũng đã thực hiện kiểm tra thực địa.

Phản ứng thời gian thực là quan trọng nhất đối với các trạm thu phí, bởi vì tình huống lý tưởng là xe không phải dừng lại khi đi qua trạm thu phí và việc thanh toán có thể được hoàn thành bằng cách sử dụng (ví dụ) mạng không dây.

Bất cứ khi nào một phương tiện đi vào vùng phủ sóng không dây của trạm thu phí, nó sẽ bắt đầu yêu cầu thanh toán tới cổng sét của trạm thu phí thông qua cổng IoT. Cổng Lightning này ngay lập tức gửi số tiền thanh toán được yêu cầu đến Lightning Node của công ty sạc. Sau khi thanh toán hoàn tất, một thông báo cho biết "Thanh toán thành công" được gửi lại cho phương tiện thông qua cổng IoT.

Để hệ thống này hoạt động trong thực tế, toàn bộ quy trình thanh toán phải được hoàn thành trước khi xe rời khỏi vùng phủ sóng mạng không dây của trạm thu phí.

Do việc thanh toán chỉ mất 4,12 giây nên chiếc xe có thể hoàn thành việc thanh toán kịp thời.

Đối với chi phí, giả sử rằng một chiếc ô tô trả phí cầu đường hai lần một ngày. Giả sử rằng chiếc xe đã mở kênh trước, chi phí duy nhất để sử dụng dịch vụ này là phí dịch vụ do Lightning Gateway tính cho mỗi lần thanh toán. Mặc dù tỷ lệ này được xác định bởi cổng, chúng tôi giả định rằng số tiền phí dịch vụ là 5% số tiền phí thực tế. Nếu phí cầu đường là 0,75 USD mỗi chuyến, thì phí xử lý mỗi lần thanh toán là 0,0375 USD và phí dịch vụ hàng tháng chỉ là 2,50 USD (0,0375*60).

Tóm lại là

Tóm lại là

Kết quả đánh giá của chúng tôi cho thấy các nút Lightning Network có thể hỗ trợ các khoản thanh toán vi mô IoT nhanh chóng và kịp thời với chi phí vận hành thấp.

Mục tiêu của nghiên cứu này là cho phép các thiết bị IoT bị hạn chế về tài nguyên tương tác với Lightning Network (điều này thường không khả thi) và thực hiện các khoản thanh toán vi mô với những người dùng khác.

Theo những gì chúng tôi biết, đây là công việc đầu tiên triển khai mật mã ngưỡng trong Lightning Network.

Vì vậy, bạn có thể tận hưởng chuyến đi của mình, đến đúng giờ và không phải lo lắng về việc trả phí cầu đường!

Giao thức của chúng tôi cũng có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng thanh toán vi mô IoT khác (nghĩa là không giới hạn đối với các khoản thanh toán phí).

Kết quả của chúng tôi cũng là một cột mốc quan trọng trong việc phát triển một khung chung cho mã hóa ngưỡng cho Lightning Network. Để biết tất cả các chi tiết của toàn bộ chương trình, vui lòng xem bài báo của chúng tôi.

Hy vọng bạn đạt được một cái gì đó!