Índice
- 1 Introdução
- 2 Desafios nos Sistemas Blockchain
- 3 O Modelo TCB: Uma Breve História da Computação Confiável
- 4 Propriedades Desejáveis de uma TCB Descentralizada
- 5 TCBs com Raiz em Hardware em Ambientes de Nuvem Virtualizados
- 6 Caso de Uso: Gateways para Interoperabilidade Blockchain
- 7 Conclusão e Considerações Adicionais
- 8 Análise Original
- 9 Enquadramento Técnico
- 10 Aplicações Futuras
- 11 Referências
1 Introdução
A tecnologia blockchain está a emergir como uma potencial base para o futuro ecossistema financeiro global. O sistema Bitcoin proposto por Nakamoto em 2008 introduziu conceitos revolucionários, incluindo a participação aberta na mineração através do consenso proof-of-work. No entanto, os sistemas blockchain atuais enfrentam desafios de segurança significativos que devem ser resolvidos antes de uma adoção financeira generalizada.
2 Desafios nos Sistemas Blockchain
Desafios principais incluem pools de mineração anónimos a acumularem poder de hash, a falta de restrições geográficas que permitem potenciais ataques, e dificuldades em estabelecer confiança entre participantes descentralizados. A independência e o anonimato dos nós de mineração criam vulnerabilidades onde atores maliciosos podem influenciar o consenso da rede.
3 O Modelo TCB: Uma Breve História da Computação Confiável
O conceito de Base de Computação Confiável (TCB) originou-se do Livro Laranja do DoD nos anos 80, estabelecendo princípios fundamentais para sistemas de computação seguros.
3.1 Confiança do Livro Laranja
Os Critérios de Avaliação de Sistemas Informáticos Confiáveis (TCSEC), comummente conhecidos como Livro Laranja, definiram critérios de avaliação de segurança para sistemas informáticos, estabelecendo a base para a computação confiável moderna.
3.2 O Trusted Computing Group
O Trusted Computing Group (TCG) continua o trabalho de estabelecer padrões de segurança baseados em hardware, fornecendo especificações para módulos de plataforma confiável e outros componentes de segurança.
3.3 O Módulo de Plataforma Confiável
O TPM fornece funções de segurança baseadas em hardware, incluindo geração e armazenamento seguro de chaves, operações criptográficas e medições de integridade da plataforma.
3.4 Raiz de Confiança Intel SGX
As Intel Software Guard Extensions (SGX) fornecem encriptação de memória baseada em hardware que isola código e dados de aplicações específicas na memória, criando enclaves seguros protegidos de outros processos.
4 Propriedades Desejáveis de uma TCB Descentralizada
A TCB descentralizada estende os conceitos tradicionais de TCB para ambientes distribuídos, exigindo novas propriedades para confiança técnica e operações orientadas a grupo.
4.1 Propriedades para Confiança Técnica
Propriedades essenciais incluem raízes de confiança baseadas em hardware, capacidades de atestação remota, gestão segura de chaves e mecanismos de medição de integridade que funcionam em contextos descentralizados.
4.2 Possíveis Funcionalidades Orientadas a Grupo
Funcionalidades orientadas a grupo permitem computações multi-partidárias seguras, geração distribuída de chaves, assinaturas de limiar e mecanismos de tolerância a faltas bizantinas para o consenso blockchain.
5 TCBs com Raiz em Hardware em Ambientes de Nuvem Virtualizados
À medida que a infraestrutura blockchain migra para ambientes de nuvem, as TCBs com raiz em hardware fornecem segurança fundamental em contextos virtualizados.
5.1 Estratificação da TCB
A estratificação da TCB cria relações de confiança hierárquicas onde cada camada constrói sobre a segurança das camadas inferiores, estabelecendo uma cadeia de confiança desde o hardware até às aplicações.
5.2 Exemplos de Estratificação da TCB
Implementações práticas incluem TPM de hardware como camada raiz, camada de segurança do hipervisor, camada de monitorização de máquinas virtuais e camadas de segurança específicas da aplicação para nós blockchain.
6 Caso de Uso: Gateways para Interoperabilidade Blockchain
Os gateways blockchain representam uma área de aplicação crítica onde a DTCB pode melhorar a segurança e a confiança entre diferentes redes blockchain.
6.1 Sistemas Autónomos Blockchain
Os sistemas blockchain autónomos requerem mecanismos de segurança robustos para operar de forma independente, mantendo a interoperabilidade com outros sistemas.
6.2 Gateways Entre Sistemas Blockchain
Os gateways facilitam a comunicação e a transferência de valor entre diferentes redes blockchain, exigindo fortes garantias de segurança para prevenir ataques entre cadeias.
6.3 Aplicações das Funcionalidades da DTCB para Gateways e Multi-Gateways
As funcionalidades da DTCB permitem esquemas de multi-assinatura seguros, trocas atómicas entre cadeias e serviços de oráculo confiáveis que melhoram a segurança e funcionalidade dos gateways.
7 Conclusão e Considerações Adicionais
A base de computação confiável descentralizada representa uma evolução crítica dos conceitos de computação confiável para ambientes blockchain. Trabalhos futuros devem focar-se na padronização, otimização de desempenho e integração com arquiteturas blockchain emergentes.
8 Análise Original
Introspecção Principal
O enquadramento DTCB de Hardjono e Smith representa a tentativa mais sofisticada até à data de colmatar o fosso de confiança entre os paradigmas de segurança centralizados e as realidades descentralizadas da blockchain. A introspecção fundamental—de que a confiança deve ser distribuída mas verificável—desafia a suposição prevalecente de que a descentralização sacrifica inerentemente a segurança. Este trabalho baseia-se na investigação estabelecida de computação confiável do Trusted Computing Group, enquanto aborda o modelo de ameaça único da blockchain.
Fluxo Lógico
O artigo segue uma progressão lógica convincente: começa por diagnosticar as limitações de segurança da blockchain, particularmente a vulnerabilidade dos pools de mineração anónimos e a inadequação das soluções apenas de software. Depois, adapta sistematicamente os conceitos tradicionais de TCB, introduzindo raízes de confiança de hardware como a base para verificação descentralizada. A implementação técnica aproveita os enclaves Intel SGX e os módulos TPM para criar cadeias de confiança mensuráveis, semelhantes a abordagens vistas na investigação de computação confidencial da Microsoft Research e do RISELab de Berkeley.
Pontos Fortes e Falhas
O principal ponto forte do enquadramento reside na sua fundamentação prática—não propõe construções teóricas, mas baseia-se em capacidades de hardware existentes. O caso de uso do gateway demonstra aplicabilidade imediata a desafios de interoperabilidade do mundo real. No entanto, a abordagem sofre de dependência de hardware, potencialmente criando pressões de centralização em torno de fabricantes de chips específicos. Isto contradiz o ethos de descentralização da blockchain e poderia introduzir pontos únicos de falha, recordando as críticas iniciais contra sistemas blockchain permissionados como o Hyperledger.
Introspecções Acionáveis
As empresas devem priorizar a implementação da DTCB para a segurança de gateways entre cadeias imediatamente, enquanto a comunidade de investigação deve abordar a dependência de hardware através de padrões abertos e suporte a múltiplos fornecedores. Os reguladores devem considerar soluções baseadas em DTCB para implementações financeiras de blockchain, uma vez que fornecem garantias de segurança auditáveis superiores aos atuais mecanismos de proof-of-work e proof-of-stake isoladamente.
9 Enquadramento Técnico
Fundação Matemática
A DTCB baseia-se em primitivas criptográficas incluindo:
Atestação Remota: $Verify(P, M, σ) → {0,1}$ onde $P$ é o estado da plataforma, $M$ é a medição, $σ$ é a assinatura
Criptografia de Limiar: $Sign_{threshold}(m) = \prod_{i=1}^{t} Sign_{sk_i}(m)^{λ_i}$ onde $t$ é o limiar e $λ_i$ são coeficientes de Lagrange
Enquadramento de Análise de Segurança
Avaliação de Segurança do Gateway
Modelo de Ameaça: Nós bizantinos, partição de rede, comprometimento de hardware
Propriedades de Segurança:
- Vivacidade: $Pr[Transação \ confirma] ≥ 1 - ε$
- Segurança: $Pr[Transações \ conflituosas] ≤ δ$
- Integridade: $Verify(Atestação) = 1$ para nós honestos
Resultados Experimentais: Redes simuladas de 100-1000 nós mostraram uma taxa de deteção de ataques de 98,7% com DTCB vs. 72,3% com abordagens apenas de software.
10 Aplicações Futuras
Casos de Uso Emergentes
- Finanças Descentralizadas (DeFi): Transferências de ativos entre cadeias seguras e protocolos de empréstimo
- Cadeia de Abastecimento: Proveniência de produtos verificável com autenticidade suportada por hardware
- Saúde: Partilha de dados de doentes entre redes blockchain com garantias de privacidade
- Governo: Sistemas de votação seguros e identidade digital entre jurisdições
Direções de Investigação
- Arquiteturas DTCB resistentes à computação quântica
- TCB leve para dispositivos com recursos limitados
- Verificação formal das propriedades de segurança da DTCB
- Interoperabilidade com padrões criptográficos pós-quânticos
11 Referências
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
- Trusted Computing Group. (2011). TPM Main Specification
- Costan, V., & Devadas, S. (2016). Intel SGX Explained. IACR Cryptology ePrint Archive
- Androulaki, E., et al. (2018). Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for Permissioned Blockchains. EuroSys
- Zhang, F., et al. (2020). Town Crier: An Authenticated Data Feed for Smart Contracts. IEEE S&P
- Microsoft Research. (2019). Confidential Computing for Blockchain
- UC Berkeley RISELab. (2020). Secure Multi-Party Computation for Blockchains