การแนะนำ

ลิงค์ต้นฉบับ:

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

การแนะนำ

ลองนึกภาพว่าคุณกำลังขับรถออกไปนอกเมืองเพื่อเข้าร่วมการประชุมที่สำคัญ โดยผ่านด่านเก็บค่าผ่านทางสามด่านตลอดทาง แล้วถ้าต้องเสียค่าผ่านทางจะได้ไม่ต้องชลอรถให้เสียเวลา สิ่งนี้ทำให้เกิดความต้องการ "ระบบชำระเงินอัตโนมัติ"

การชำระเงินปรมาณูที่อาศัยการสื่อสารแบบอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์ (D2D) โดยปราศจากการแทรกแซงของมนุษย์เป็นทางออกที่ดีสำหรับปัญหานี้ แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะเชื่อมโยงอุปกรณ์เหล่านี้กับระบบการชำระเงินแบบดั้งเดิม เช่น บัตรเครดิต แต่นี่จะเป็นการแนะนำบุคคลที่สามที่อาจส่งต่อค่าใช้จ่ายในการดูแลระบบให้กับคุณ หรือแม้แต่เก็บข้อมูลส่วนบุคคลของคุณ เมื่อมองด้วยวิธีนี้ สกุลเงินดิจิทัลสามารถสร้างระบบการชำระเงินที่สะดวกยิ่งขึ้น ดังนั้นการรวม IoT (Internet of Things) และ cryptocurrencies (เช่น Bitcoin, Ethereum) จึงสามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้

ด้วยแนวคิดของบัญชีแยกประเภทแบบกระจายอำนาจ Bitcoin ได้กลายเป็นระบบการชำระเงินที่ถูกโค่นล้ม แต่สำหรับสถานการณ์การชำระเงิน มันมีข้อบกพร่องที่สำคัญบางประการ เช่น ค่าธรรมเนียมการจัดการที่สูงและเวลาในการยืนยันธุรกรรมที่ยาวนาน

Lightning Network (LN) ได้แก้ปัญหาเหล่านี้ด้วยวิธีการที่ชัดเจน - การชำระเงินแบบออฟไลน์ ด้วยความก้าวหน้านี้ Bitcoin ยังมีแนวโน้มสำหรับการชำระเงินขนาดเล็กและได้รับการยอมรับจากแอปพลิเคชัน IoT จำนวนมาก อย่างไรก็ตาม การโฮสต์ Lightning Network และโหนด Bitcoin บนอุปกรณ์ IoT นั้นไม่สามารถทำได้ เนื่องจากพื้นที่จัดเก็บ หน่วยความจำ และการประมวลผลโอเวอร์เฮด

นับตั้งแต่ก่อตั้ง Lightning Network ได้เติบโตขึ้นเป็นมากกว่า 20,000 โหนด อุปกรณ์ IoT มีความสามารถในการประมวลผล การสื่อสาร และพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่จำกัดมาก ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะติดตั้งโหนด Lightning บนอุปกรณ์ IoT ที่มีโปรไฟล์ต่ำส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้เครือข่าย Lightning คุณต้องเรียกใช้โหนด Lightning และโหนดเต็มของ Bitcoin ซึ่งต้องใช้พื้นที่เก็บข้อมูลรวมกันมากกว่า 340 GB ในการเข้าร่วมในการตรวจสอบบล็อก Bitcoin การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่เชื่อถือได้และพลังการประมวลผลที่ค่อนข้างสูงก็เป็นสิ่งจำเป็นเช่นกัน

เมื่อคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมด เราจึงต้องการโซลูชันที่มีน้ำหนักเบา เราเสนอโปรโตคอลตามการเข้ารหัสเกณฑ์ โดยที่เกตเวย์ Lightning Network ที่เชื่อถือได้มีหน้าที่รับผิดชอบในการโฮสต์โหนด Lightning Network และโหนด Bitcoin ที่สมบูรณ์ ทำให้อุปกรณ์ IoT เริ่มการทำงานของ Lightning Network ผ่านเกตเวย์นี้ได้

เกตเวย์ LN ยังสามารถจูงใจให้ให้บริการนี้ได้โดยจ่ายค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรม

โปรโตคอลที่เราเสนอมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• ความสามารถในการชำระเงินทันที

• สามารถทำงานบนเครือข่ายแบนด์วิธต่ำ

• เครือข่ายฟ้าผ่า

เครือข่ายฟ้าผ่า

โปรโตคอลของเราใช้เครือข่าย Lightning Lightning Network กำเนิดขึ้นในปี 2015 และนำไปใช้อย่างรวดเร็วบน Bitcoin โดย Lightning Labs และกลุ่มอื่นๆ เป็นเครือข่ายเลเยอร์ 2 แบบ peer-to-peer ที่ด้านบนของเครือข่าย Bitcoin blockchain

Lightning Network ทำงานเพื่อแก้ปัญหาความสามารถในการปรับขนาดของ Bitcoin Lightning Network ใช้ประโยชน์จากความสามารถในการทำสัญญาอัจฉริยะของ Bitcoin ทำให้ผู้ใช้สามารถเปิดช่องทางการชำระเงินที่ปลอดภัย เพลิดเพลินกับการโอน Bitcoin ได้ทันทีในราคาถูก และเปิดใช้งานการชำระเงินทางอ้อมแบบ multi-hop ทั่วทั้งเครือข่าย

ตั้งแต่เริ่มก่อตั้ง จำนวนผู้ใช้ที่ใช้ Lightning Network ได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ปัจจุบัน Lightning Network มีทั้งหมด 59,192 ช่องที่ถือครอง 1,986.06 btc

ลองใช้ตัวอย่างเพื่ออธิบาย Lightning Network ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น:

คำอธิบายภาพ

- ภาพที่ 1 วงจรชีวิตของช่องสัญญาณ Lightning Network -

ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 รากฐานที่สำคัญของ Lightning Network คือการทำธุรกรรมแบบผูกมัด ธุรกรรมข้อผูกมัดมีสามเอาต์พุต

ผลลัพธ์สามรายการของธุรกรรมข้อผูกมัดที่ออกโดย Alice โดยทั่วไปคือ:

1. กำหนดยอดคงเหลือปัจจุบันของอลิซในช่อง แต่ด้วยการล็อคเวลา จะใช้เวลาสักครู่ก่อนที่เธอจะสามารถใช้งานได้

2. กำหนดยอดเงินปัจจุบันของ Bob ในช่อง ซึ่งสามารถใช้ได้ทันที

3. สัญญาการชำระเงิน (โดยหลักแล้วคือ HTLC, สัญญาล็อคเวลาแฮช)

ชื่อระดับแรก

พื้นฐานเทคโนโลยีเครือข่ายสายฟ้า (BOLT)

สำหรับโปรโตคอลของเรา เราได้แก้ไข Lightning Network Technical Foundation #2 ของ Lightning Network พื้นฐานทางเทคนิคของ Lightning Network คือโปรโตคอลโหนดแบบ peer-to-peer ที่ใช้โดย Lightning Network เพื่อจัดการช่องสัญญาณ ซึ่งใช้เพื่อรับรู้การชำระเงิน Bitcoin นอกเครือข่ายที่ปลอดภัย

BOLT #2 มีสามขั้นตอน:

• การจัดตั้งช่อง

• การทำงานปกติของช่อง

• ชื่อระดับแรก

การเข้ารหัสเกณฑ์

นวัตกรรมหลักของเราคือการเพิ่มการเข้ารหัสเกณฑ์ให้กับ Lightning Network

การแบ่งปันความลับเป็นเรื่องปกติในชีวิตจริง แต่เราจะยืมมาจากโลกดิจิทัล

"การเข้ารหัสเกณฑ์" เป็นส่วนย่อยของ Secure Multiparty Computation ซึ่งเกี่ยวข้องกับการดำเนินการเข้ารหัสที่เกี่ยวข้องกับฝ่ายมากกว่าหนึ่งฝ่าย

ในโลกของสกุลเงินดิจิทัล การขโมยคีย์ส่วนตัว (ซึ่งควรเป็นค่าที่เป็นความลับ) อาจส่งผลให้สูญเสียเงินได้ ดังนั้นผู้คนจึงเกิดความคิดที่จะแยกคีย์ระหว่างหลายฝ่าย ในรูปแบบเกณฑ์ คีย์จะถูกแบ่งระหว่างหลายฝ่าย และเกณฑ์จะถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า ด้านล่างซึ่งจำนวนผู้เข้าร่วมไม่สามารถรู้อะไรเกี่ยวกับคีย์ได้

เพื่อใช้เครือข่าย Lightning บนอุปกรณ์ IoT โดยไม่ต้องใช้หน่วยความจำทั้งหมด เราใช้ประโยชน์จากการเข้ารหัสเกณฑ์

สิ่งนี้สามารถทำได้เช่นกัน เนื่องจากเราได้แยกโหนดเครือข่าย Lightning ออกแล้ว และอุปกรณ์ IoT จำเป็นต้องเข้าร่วมในการเข้ารหัสคีย์เท่านั้น

ชื่อระดับแรก

คำอธิบายภาพ

- รูปที่ 2 แผนผังของโหมดระบบ -

ระบบของเรามีสี่ส่วนหลัก: (1) อุปกรณ์ IoT (2) เกตเวย์ Lightning (3) การเชื่อมโหนด Lightning (4) การกำหนดเป้าหมายโหนด Lightning

ตัวกลางอื่นๆ ได้แก่: (1) Threshold Client; (2) IoT Device Gateway; (3) Bitcoin Core Lightning Network Node for Lightning Network Gateway; (4) Threshold Server

ข้อสันนิษฐานบางประการ:

อุปกรณ์ IoT สามารถเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านเกตเวย์

อุปกรณ์ IoT และเกตเวย์ Lightning จะไม่ถูกตัดการเชื่อมต่อในกระบวนการส่งการชำระเงิน

มาตรการ

มาตรการ

สมมติว่าตอนนี้อุปกรณ์ IoT ต้องการชำระโหนด Lightning Network เป้าหมาย (เช่น การจ่ายค่าผ่านทาง)

• เริ่มต้นจาก IoT Gateway อุปกรณ์จะติดต่อกับ Lightning Network Gateway ซึ่งจัดการ Lightning Network Nodes, Bitcoin Nodes และ Threshold Servers

• เมื่อใดก็ตามที่อุปกรณ์ IoT เริ่มการร้องขอ Lightning Gateway จะเปิดช่องทางที่มีโหนด Bridge Lightning เพื่อเชื่อมต่อกับโหนดเครือข่ายเป้าหมาย

• โหนดเครือข่ายบริดจ์สามารถเรียกเก็บค่าธรรมเนียมการกำหนดเส้นทางไปยังเกตเวย์เครือข่าย Lightning ที่เริ่มต้นการชำระเงิน

• การชำระเงินสำหรับอุปกรณ์ IoT จะถูกส่งผ่านโหนดบริดจ์ไปยังโหนดเป้าหมายที่กำหนด

• การวิเคราะห์ความปลอดภัย

การวิเคราะห์ความปลอดภัย

ในที่นี้ เราสันนิษฐานว่าระบบของเราจะเผชิญกับภัยคุกคามสามประการ ได้แก่ การโจมตีแบบสมรู้ร่วมคิด การสมรู้ร่วมคิดกับอุปกรณ์ IoT ด้วยเกตเวย์ฟ้าผ่า และการโจมตีแบบเรียกค่าไถ่

สมรู้ร่วมคิดในการโจมตี:

1. เกตเวย์สายฟ้าและการสมรู้ร่วมคิดของโหนดบริดจ์

ในระบบของเรา การชำระเงินจะถูกส่งจากอุปกรณ์ IoT ไปยังโหนด Lightning เป้าหมายเสมอ ซึ่งจะเพิ่มความสมดุลของโหนดบริดจ์ในช่องทางเสมอ ดังนั้นความสมดุลของสถานะช่องสัญญาณเก่าของโหนดบริดจ์จะต่ำกว่าสถานะล่าสุดเสมอ ดังนั้นการสมรู้ร่วมคิดนี้จึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ปัจจุบัน โปรโตคอลของเราจำกัดเฉพาะการชำระเงินทางเดียว และเป็นงานในอนาคตที่จะตระหนักถึงการชำระเงินแบบสองทางสำหรับอุปกรณ์ IoT

ตอนนี้ สมมติว่า Lightning Gateway ต้องการเผยแพร่สถานะเก่าไปยังเครือข่าย blockchain สิ่งนี้จะเป็นประโยชน์ก็ต่อเมื่อสถานะเก่าของ Lightning Gateway มีเงินทุนมากกว่าสถานะปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้เนื่องจาก Lightning Gateway จะเรียกเก็บเงินสำหรับการชำระเงินทุกครั้งของอุปกรณ์ IoT และยอดคงเหลือจะเพิ่มขึ้นเสมอ นอกจากนี้ ความสมดุลของโหนดบริดจ์แบบเก่าจะต้องต่ำด้วย ดังนั้น ทั้งคู่จึงมียอดคงเหลือในสถานะเก่าที่ค่อนข้างต่ำ และการสมรู้ร่วมคิดก็ไม่เป็นประโยชน์

(หมายเหตุผู้แปล: การเพิ่มพื้นหลังบางอย่างอาจช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจว่าทำไมต้องวิเคราะห์ภัยคุกคามเหล่านี้และวิธีจัดการกับภัยคุกคามเหล่านี้: ในระบบนี้ อุปกรณ์ IoT และเกตเวย์แบ่งปันคีย์ส่วนตัวที่เป็นเกณฑ์เพื่อเปิดช่องสัญญาณด้วยโหนดบริดจ์ (สัญญาแบบหลายลายเซ็น ) แต่ธุรกรรมข้อผูกมัดแต่ละรายการมีผลลัพธ์ในการจัดสรรเงินทุนไปยังที่อยู่ที่ควบคุมโดยอุปกรณ์ IoT และเกตเวย์ แทนที่จะจัดสรรเงินให้กับไพรเวตคีย์ตามเกณฑ์ ดังนั้น ช่องสัญญาณจึงสามารถทำให้สมดุลของเกตเวย์และโหนดบริดจ์เพิ่มขึ้นได้เสมอ ดูรายละเอียดในเอกสารฉบับเต็มที่แนบมาในตอนท้าย)

2. อุปกรณ์ IoT และ Lightning Gateway ทำงานร่วมกัน: เนื่องจากเงินทุนในช่องทางของอุปกรณ์ IoT มักจะลดลงเมื่อมีการชำระเงิน จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะร่วมมือกับ Lightning Gateway เพื่อเผยแพร่สถานะที่ล้าสมัยไปยังเครือข่าย

หากบริดจ์โหนดไม่ต้องการสูญเสียเงิน โหนดนั้นจะไม่สามารถออฟไลน์ได้ในเวลาอื่น ดังนั้น การสมรู้ร่วมคิดนี้ไม่ได้เฉพาะเจาะจงกับโปรโตคอลของเรา แต่เป็นปัญหากับ Lightning Network โดยทั่วไป

เงินที่ถูกขโมยจากอุปกรณ์ IoT:

เกตเวย์สายฟ้าสามารถขโมยเงินที่อุปกรณ์ IoT สัญญาไว้โดย:

1. ส่งไปยังโหนด Lightning Network อื่นๆ

2. ถ่ายทอดสถานะเก่าไปยังเครือข่าย

3. ร่วมมือกับโหนด Lightning Network อื่นๆ

หากเราใช้กลไกลายเซ็นดั้งเดิมของเครือข่าย Lightning เกตเวย์สายฟ้าจะสามารถรับเงินของอุปกรณ์ IoT ในช่องทางโดยไม่ต้องใช้ลายเซ็นจากอุปกรณ์ IoT การปรับเปลี่ยนที่เรากำลังเสนอ — โดยใช้โครงร่างเกณฑ์ (2-2) ในธุรกรรมความมุ่งมั่นของ Lightning Gateway — เป็นการปกป้องอุปกรณ์ IoT จากการสูญเสียเงินอย่างแม่นยำ อุปกรณ์ IoT เนื่องจากช่องสัญญาณถูกเปิดโดยใช้ไพรเวตคีย์ที่พวกเขาร่วมกันคำนวณ)

การโจมตีด้วยแรนซัมแวร์:

การโจมตีนี้เป็นกรณีที่ Lightning Gateway เบี่ยงเบนไปจากคำอธิบายของโปรโตคอล ตัวอย่างเช่น เกตเวย์สามารถบอกอุปกรณ์ IoT ว่า "ให้ bitcoin มากเท่าที่คุณต้องการ ไม่งั้นฉันจะไม่ปิดช่องให้คุณ" หรือ "จากนี้ไป คุณต้องยอมรับอัตราค่าบริการ 10% ทำไมคุณไม่ ฉันไม่ให้คุณเสิร์ฟ”

ในเวลานี้ วิธีที่ดีที่สุดสำหรับอุปกรณ์ IoT คือการปฏิเสธการแบล็กเมล์และใช้งานต่อไป จากนั้น Lightning Gateway จะระงับเงินทุนจากอุปกรณ์ IoT ทำให้ล่าช้าออกไปให้นานที่สุด นี่เป็นการวนซ้ำที่ไม่มีที่สิ้นสุดและทั้งสองฝ่ายต่างก็หมดแรง

ชื่อระดับแรก

การประยุกต์ใช้และการทดลอง

สถานการณ์การใช้งานในข้อตกลงของเรารวมถึงกองชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า การขายข้อมูลเซ็นเซอร์ และระบบชาร์จที่จอดรถ ยกตัวอย่างด่านเก็บค่าผ่านทางที่จุดเริ่มต้นจะดีกว่า เพราะเราทำการทดสอบภาคสนามด้วย

การตอบสนองแบบเรียลไทม์เป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับด่านเก็บค่าผ่านทาง เนื่องจากสถานการณ์ในอุดมคติคือรถไม่ต้องหยุดเมื่อผ่านด่านเก็บค่าผ่านทาง และการชำระเงินสามารถทำได้โดยใช้ (ตัวอย่าง) เครือข่ายไร้สาย

เมื่อใดก็ตามที่ยานพาหนะเข้าสู่พื้นที่ให้บริการไร้สายของด่านเก็บค่าผ่านทาง มันจะเริ่มต้นคำขอชำระเงินไปยังเกตเวย์ฟ้าผ่าของด่านเก็บค่าผ่านทางผ่านเกตเวย์ IoT Lightning Gateway นี้จะส่งจำนวนเงินที่ร้องขอไปยัง Lightning Node ของบริษัทที่ชาร์จทันที หลังจากการชำระเงินเสร็จสิ้น ข้อความระบุว่า "การชำระเงินสำเร็จ" จะถูกส่งกลับไปยังรถผ่านเกตเวย์ IoT

เพื่อให้ระบบนี้ใช้งานได้จริง กระบวนการชำระเงินทั้งหมดจะต้องเสร็จสิ้นก่อนที่รถจะออกจากพื้นที่เครือข่ายไร้สายของตู้เก็บค่าผ่านทาง

เพราะการจ่ายเงินใช้เวลาเพียง 4.12 วินาที รถก็สามารถชำระเงินได้ทันเวลา

สำหรับค่าใช้จ่าย สมมติว่ารถยนต์จ่ายค่าผ่านทางวันละสองครั้ง สมมติว่ารถได้เปิดช่องไว้ล่วงหน้าแล้ว ค่าใช้จ่ายเดียวในการใช้บริการนี้คือค่าบริการที่เรียกเก็บโดย Lightning Gateway สำหรับการชำระเงินแต่ละครั้ง แม้ว่าอัตรานี้จะถูกกำหนดโดยเกตเวย์ แต่เราถือว่าจำนวนค่าบริการคือ 5% ของจำนวนค่าผ่านทางจริง หากมีค่าผ่านทาง 0.75 ดอลลาร์ต่อเที่ยว ค่าธรรมเนียมการจัดการต่อการชำระเงินคือ 0.0375 ดอลลาร์ และค่าบริการรายเดือนเพียง 2.50 ดอลลาร์ (0.0375*60)

สรุปแล้ว

สรุปแล้ว

ผลการประเมินของเราแสดงให้เห็นว่าโหนดเครือข่าย Lightning สามารถรองรับไมโครเพย์เมนท์ IoT ได้อย่างรวดเร็วและทันท่วงทีด้วยต้นทุนการดำเนินการที่ต่ำ

เป้าหมายของการวิจัยนี้คือเพื่อให้อุปกรณ์ IoT ที่มีทรัพยากรจำกัดสามารถโต้ตอบกับเครือข่าย Lightning (ซึ่งโดยทั่วไปไม่สามารถทำได้) และทำการชำระเงินขนาดเล็กกับผู้ใช้รายอื่น

เท่าที่เราทราบ นี่เป็นงานแรกที่ใช้การเข้ารหัสเกณฑ์ในเครือข่าย Lightning

คุณจึงเที่ยวได้อย่างสนุก มาถึงทันเวลา และไม่ต้องกังวลเรื่องค่าผ่านทาง!

โปรโตคอลของเรายังสามารถใช้ในแอปพลิเคชัน IoT micropayment อื่นๆ อีกมากมาย (เช่น ไม่จำกัดเฉพาะการชำระค่าผ่านทาง)

ผลลัพธ์ของเรายังเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเฟรมเวิร์กทั่วไปสำหรับการเข้ารหัสเกณฑ์สำหรับ Lightning Network สำหรับรายละเอียดทั้งหมดของโครงการทั้งหมด โปรดดูเอกสารของเรา

หวังว่าคุณจะได้รับบางสิ่งบางอย่าง!