Постквантове шифрування та децентралізовані програми

Ми вирішили розповісти новим інвесторам і нагадати тим, хто був раніше, що таке Cellframe Network, як вона працює, чим корисна і чи залишиться безпечною в еру квантових комп’ютерів.

Cellframe Network — це сервісно-орієнтована блокчейн-платформа. API проекту дозволяє розробляти децентралізовані програми: аукціони, сховища даних, маркетплейси, ігри та інші. Розробники зосередилися на квантовій безпеці: система шифрування Cellframe Network витримує атаки з боку алгоритмів квантового злому і залишиться актуальною в пост-квантову еру.

Компанія масштабує проект за допомогою дворівневої технології шардинга, коли замість одного ланцюжка блоків або подій є багато ланцюжків, організованих за різними правилами. Код блокчейну написаний на C. Особливістю цієї мови є висока швидкість відповіді програми та низьке навантаження на центральний процесор та оперативну пам’ять. Все це робить платформу більш доступною, оскільки вузол можна запускати на слабкому обладнанні.

Основними функціями Cellframe є постквантове шифрування та дворівневе шардинг. Multi-Algorithm Signature допомагає краще захистити дані від методів квантового злому.

На верхньому рівні шарда виникають парачейни — незалежні блокчейн-мережі з їхнім консенсусом, але сумісні з рештою екосистеми і мають всередині шарди рівня 2.

 CN — це готове рішення для бізнесу: блокчейн працює «з коробки» і не вимагає особливих знань від співробітників. Його розширення можуть бути написані на Python, найпопулярнішій і найпростішій мові в світі.

Безпека

Мережа Cellframe використовує відразу кілька алгоритмів шифрування. Найперспективнішими є NewHope, NTRU, Frodo та SIDH. Ще один цікавий алгоритм — Picnic — квантовий підпис із нульовим знанням.

Кілька алгоритмів допомагають протистояти різним методам квантового злому. За замовчуванням мережа використовує цифровий підпис Crystal-Dilithium, але користувач має можливість застосувати мультиалгоритмний підпис для більшої безпеки.

масштабованість

Блокчейн Cellframe розділений на фрагменти. Шардінг допомагає розподілити навантаження на сервери шляхом розпаралелювання процесів. Такий підхід покращує продуктивність системи та пропускну здатність блокчейна. Це також вирішує проблему горизонтальної масштабованості: замість одного блокчейна ми маємо кілька ланцюжків сегментів.

Кожен обліковий запис прив’язаний до певного шарду. Користувач може приєднатися до найближчого сегмента або подати запит на створення нового. Розмір сегмента обмежений, тому переповнені фрагменти можуть заборонити реєстрацію користувачів. Усі запити на сегменти здійснюються через повідомлення в блокчейні рівня 0. Розробники зробили цей крок, щоб збалансувати навантаження на шарди (і сервери).

Рішення для підприємства

Архітектура проекту є сервіс-орієнтованою. На його основі можна легко створювати протоколи другого рівня зі спеціалізованими сервісами, а приватні шарди з вбудованою платіжною системою дозволяють зосередитися на розвитку сервісу.

Екосистема Cellframe Network складається з мереж (парачейнів), головною з яких є Core Network або Backbone. Хребет влаштований як типовий парачейн і складається з нульового ланцюга, який є блокчейном, загальним для всіх шардів, і плазми (DAG, розбитий на шарди). Крім того, існують додаткові підланцюги — ланцюг підтримки, загальний для всіх, ланцюг щурів, ланцюг потоків лінійних блокчейнів, розділений на сегменти, і кілька інших, специфічних для конкретних служб Node, зареєстрованих на магістралі.

Майже всі вузли мережі мають однакові привілеї, тому мережу можна назвати одноранговою мережею. Система включає декілька типів вузлів: легкий, повний, архівний, головний, кореневий. Окремо виділяється сервісний вузол, який повинен бути головним вузлом на магістралі, але в інших парачейнах ситуація може бути іншою. Важливим типом сервісного вузла є так званий мостовий вузол.

Під час підключення до мережі вузол запитує корінь внести вузли та їх IP-адреси в білий список, проводить пінг на найближчі та підключається до 2-5. Тоді перший вузол дає вам новий ідентифікатор, який генерується на основі ключа для нього, і блокчейн синхронізується з вузлами.

Після цього можна оголосити свою адресу та доповнити білі списки відкритим ключем вузла, прайс-листами на послуги, замовленнями тощо. Після перевірки вузол зможе поділитися своїм сервісом і стати головним або сервісним вузлом. Основними умовами є наявність даного сервісу (Proof-of-Service), а також наявність стеку токенів CELL, власних або делегованих за відсоток прибутку від послуг.

З розвитком квантових комп’ютерів значна частина алгоритмів шифрування піде в минуле, а потім і криптовалюти, які їх використовували. Біткойн чекає сумна доля: його цифрові підписи засновані на шифруванні ECDSA, вразливому для алгоритму Шора. Розробники Cellframe Network зосередилися на квантовому безпечному шифруванні даних. Cellframe використовує сигнатури Crystal Dilithium і Picnic.

Dilithium є однією з трьох схем підпису, які вважаються «фіналістами» процедури стандартизації NIST; він побудований на проблемах теорії решіток — MLWE та MSIS. Вважається, що або NIST, або FALCON незабаром будуть стандартизовані. Dilithium має найменшу пару відкритих ключів і підписів серед кандидатів NIST. Picnic є «альтернативним» кандидатом NIST. Його шифр не так добре зрозумілий, як AES, проте ключі Picnic набагато компактніше, ніж останні. Обидва ці сигнатури стійкі до алгоритмів Шора та Гровера. Це означає, що платформа залишиться актуальною і в постквантову еру.

У березні 2022 року компанія оголосила про випуск основної мережі, яка замінить існуючу тестову мережу SubZero.