Внутреннее устройство распределённых валидаторов

Шардинг ключей валидатора и распределённое формирование ключа (DKG)

DKG
В традиционной архитектуре валидатора Ethereum используется один приватный ключ для подписания сообщений, подтверждения блоков и предложения новых. Обычно этот ключ хранится на одном устройстве. В случае сбоя или компрометации такого устройства валидатор рискует простоем или штрафом. Технология DVT устраняет эту проблему, отказавшись от концепции хранения полного ключа на одном устройстве. Вместо этого ключ изначально формируется распределённо с помощью процесса Distributed Key Generation (DKG) — распределённого формирования ключа.

В процессе DKG несколько участников совместно создают приватный ключ, при этом ни один из них не получает доступ ко всему секрету. Каждый участник получает свою долю приватного ключа валидатора. Этот процесс использует современные криптографические методы, обеспечивающие, что итоговый публичный ключ соответствует ожидаемому BLS-ключу (Boneh–Lynn–Shacham), применяемому в консенсусном слое Ethereum. Полученные доли приватного ключа математически связаны и в дальнейшем могут быть объединены для формирования действительных подписей от имени валидатора.

Распределение ключа через DKG — ключевая составляющая безопасности DVT. Так как ни один из участников не контролирует весь ключ, структура валидатора изначально устойчива к компрометации. Даже если один из узлов взломан или вышел из строя, остальные участники продолжают работу при условии наличия необходимого кворума долей для подписи.

Пороговые подписи BLS и многопользовательские вычисления (MPC)

После распределения долей ключа кластер валидаторов должен выполнять все подписи, предлагать блоки и подтверждать их, не восстанавливая полный приватный ключ. Для этого используются пороговые подписи BLS и многопользовательские вычисления (MPC).

Схема подписи BLS, действующая в консенсусном слое Ethereum, поддерживает пороговую подпись. В DVT-конфигурации определённое количество участников обязаны сотрудничать для формирования подписи. Например, в кластере из пяти узлов для корректной подписи может потребоваться участие трёх из них. Пороговое значение устанавливается при генерации ключа и определяет уровень отказоустойчивости валидатора.

Сам процесс подписи организуется через защищённые многопользовательские вычисления: каждый участник подписывает сообщение своей частью ключа, а затем эти частичные подписи объединяются в полную подпись BLS, которую можно отправить в Beacon Chain Ethereum. На всём протяжении этого процесса полный приватный ключ не восстанавливается и не раскрывается.

MPC гарантирует безопасную работу валидатора даже при наличии ненадёжных или недоверенных участников. Криптографические гарантии обеспечивают, что группа независимо функционирующих узлов может восприниматься сетью как единый валидатор. Такая абстракция позволяет внедрять DVT в Ethereum без необходимости изменять сам протокол или правила консенсуса.

Координация на основе gossip-протокола и совместимость клиентов

Кластер DVT состоит из нескольких узлов, работающих как распределённый клиент валидатора. Для поддержания синхронизации, координации задач и обмена такими данными, как предложения блоков, подтверждения и частичные подписи, между узлами требуется постоянная коммуникация. Обычно для этого в DVT-системах применяется одноранговый коммуникационный слой на основе gossip-протоколов.

В gossip-сети узлы распространяют сообщения, пересылая их части своих пиров, которые в свою очередь ретранслируют информацию дальше. Такая децентрализованная схема снижает риски возникновения узких мест, исключает единые точки отказа и устойчива к сбоям узлов или сегментированию сети. Gossip-протоколы демонстрируют высокую устойчивость, что делает их естественным выбором для координации валидаторов.

Распределённый клиент валидатора — например, Charon от Obol или программное обеспечение узла SSV.Network — реализует логику координации подписей, восстановление после ошибок и отслеживание участия. Эти клиенты рассчитаны на совместимость с основными стеками валидаторов Ethereum, такими как Prysm, Lighthouse, Teku и Nimbus. Таким образом, любой узел в DVT-кластере может работать с классическим консенсусным клиентом Ethereum, параллельно запуская DVT-логику.

Совместимость клиентов критически важна для внедрения DVT. Операторам не требуется полностью перестраивать инфраструктуру: они могут продолжать работу с привычными программными решениями, получая при этом повышение отказоустойчивости и распределение ответственности. Такой «plug-and-play» подход облегчает интеграцию DVT в существующие процессы стекинга без увеличения операционных сложностей.

Задержки, размер кворума и предположение о честном большинстве

Хотя DVT повышает децентрализацию и отказоустойчивость, система имеет и свои издержки. Ключевая из них — задержки. В традиционном валидаторе подписание происходит мгновенно на локальном устройстве; при внедрении DVT подпись формируется координировано между несколькими узлами, каждый из которых вносит свою частичную подпись. Это увеличивает коммуникационную нагрузку и может приводить к задержкам, если сеть перегружена или отдельные участники реагируют медленно.

Чтобы снизить эти издержки, в DVT-системах устанавливается кворум — минимальное число узлов, необходимых для создания подписи. Размер кворума балансирует между безопасностью и производительностью: меньший кворум увеличивает скорость и устойчивость к медленным участникам, но снижает общий уровень отказоустойчивости. Более крупный кворум повышает отказоустойчивость, но увеличивает задержки и делает систему более уязвимой к задержкам участников.

Например, в кластере DVT по схеме 5 из 7 для формирования подписи требуется, чтобы как минимум пять узлов были онлайн и реагировали. Такая архитектура допускает неработоспособность двух участников; если же сбой произойдёт у трёх или более, валидатор не сможет подписывать и рискует штрафами за простой. Настройку параметров следует осуществлять с учётом допустимых рисков и географического распределения узлов.

В основе всех операций DVT лежит предположение о честном большинстве. Протокол предполагает, что достаточное число участников будет следовать правилам и действовать в интересах сети. Если большинство узлов окажется скомпрометировано или вступит в сговор, они смогут формировать недействительные подписи или намеренно блокировать работу валидатора. Хотя такие сценарии маловероятны для устойчивых кластеров, их следует учитывать при анализе угроз и операционном планировании.

На практике кластеры DVT зачастую формируются независимыми операторами или стейкинг-коллективами с общими интересами, что минимизирует риск сговора и усиливает безопасность. По мере эволюции технологий появятся новые механизмы координации, модели доверия и системы репутации, способные дополнительно повысить надёжность распределённой валидации.