Vitalik analiza el protocolo de confusión criptográfica Diamond iO y reduce la complejidad de «bajar de nivel» el código oculto

El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, publicó el 28 de julio en su blog oficial la segunda entrega de su serie sobre la confusión criptográfica, en la que analiza la arquitectura del protocolo «Diamond iO». En comparación con el tiempo de cómputo «a escala de galaxias» que requieren los protocolos iO convencionales, Diamond iO logra reducir la complejidad a «escala planetaria». Vitalik considera que, con solo unas cuantas optimizaciones clave, algunos casos de uso específicos podrían alcanzar una implementación comercial.

Avance en la arquitectura de Diamond iO: potencia de cómputo a escala planetaria

（Fuente：Vitalik.eth）

La tecnología iO tradicional suele realizar operaciones de cifrado totalmente homomórfico (FHE) dentro de un cifrado basado en atributos (ABE) y, luego, utiliza una sucesión de torres de protocolo apiladas para garantizar que los evaluadores solo puedan descifrar después de ejecutar correctamente la evaluación. Esta arquitectura conlleva una carga computacional devastadora. Diamond iO resuelve este problema mediante dos modificaciones centrales al esquema BGG+14 ABE: introducir un nuevo mecanismo de descifrado condicional FHE y un nuevo mecanismo de generación de codificación de entrada, logrando que la potencia de cómputo total se reduzca de forma notable, aproximadamente hasta el nivel de cifrado funcional (FE).

En el flujo de operación, los evaluadores obtienen ayudas, el FHE de la entrada oculta z, los bits de la entrada pública x y la clave de descifrado FHE de bajo rango s; el protocolo utiliza de manera ingeniosa el «operador de desplazamiento a la izquierda por lotes (Bucket-wise left shift)» para escalar los pesos de los bits y evitar la explosión de errores. Finalmente, mediante la extracción del resultado a través de una «puerta trampa (Trapdoor)», donde dicha puerta solo permite el paso de las operaciones que ejecutan correctamente la forma del circuito.

Suposiciones de seguridad: Evasive LWE y All-product LWE para bloquear ataques de anulación

La parte más controvertida, pero también más innovadora, de Diamond iO es su mecanismo de generación de codificación de entrada, que se apoya en dos supuestos criptográficos relativamente nuevos: Evasive LWE propuesto por Wee22 y All-product LWE, exclusivo de Diamond iO. Estas dos suposiciones evitan eficazmente que el evaluador divulgue secretos mediante operaciones como la sustracción, eludiendo los «ataques de anulación (Zeroizing attacks)» que en el pasado han derribado en repetidas ocasiones los primeros protocolos de ofuscación.

En términos de seguridad, el protocolo emplea la técnica «PROM bootstrap»: hacer que la entrada oculta z contenga el secreto real y una clave PRF aleatoria, calcular una nueva función con un desplazamiento y, luego, procesar mediante un hash XOR, convirtiendo con éxito la ofuscación de funciones pseudoaleatorias en un protocolo iO de propósito general.

Vitalik admite que estos supuestos son relativamente novedosos y que conllevan cierto riesgo; en el futuro, aún se necesita que la comunidad criptográfica dedique más esfuerzo a realizar análisis de seguridad y validaciones.

Direcciones futuras de optimización: PRF más eficiente, protocolos FHE avanzados e integración optimizada de STARK

Diamond iO actualmente enfrenta cuellos de botella de rendimiento como: el coste de evaluación BGG+ (el producto entre ABE y FHE), el uso interno de PRF con una dependencia profunda de la longitud de la entrada en el árbol Goldreich PRG, la tolerancia solo a circuitos de baja profundidad para evitar la acumulación de errores y la necesidad de utilizar parámetros de seguridad subexponenciales grandes. Las direcciones de optimización futuras propuestas por Vitalik son las siguientes:

· Usar un PRF más eficiente en lugar del árbol de Goldreich

· Cambiar a protocolos FHE más avanzados (como BGV/CKKS o packed GSW)

· Integrar adicionalmente las capas de ABE y FHE para reducir el coste

· Optimizar de forma específica el «programa iO completo» que combina pruebas STARK

Al final del artículo, Vitalik señala que el mayor valor de Diamond iO radica en que su estructura es relativamente simple y fácil de analizar; los desarrolladores no necesitan dominar todas las construcciones complejas de los últimos 20 años para comprender el núcleo. Espera que este artículo atraiga a más investigadores para enfocarse en análisis de seguridad y optimizaciones de eficiencia.

Preguntas frecuentes

¿Qué representa concretamente la complejidad «a escala planetaria» de Diamond iO?

En el artículo, Vitalik describe el tiempo de cómputo requerido por los protocolos iO tradicionales como «a escala de galaxias (Galactic)», lo que implica una cantidad de cómputo que es más larga que la vida útil del universo; Diamond iO logra reducir la complejidad a «a escala planetaria (Planetary)». Aunque, con las condiciones de hardware actuales, aún no es viable, ya acorta de manera significativa la distancia entre la teoría y la práctica. Vitalik considera que, después de algunas optimizaciones clave, ciertos casos de uso específicos podrían lograr adopción comercial.

¿De qué dependen los dos nuevos supuestos criptográficos de Diamond iO y qué problemas resuelven?

Diamond iO depende de Evasive LWE (propuesto por Wee22) y All-product LWE (exclusivo de Diamond iO). Estos supuestos evitan eficazmente que el evaluador divulgue secretos mediante métodos como la sustracción, eludiendo los «ataques de anulación (Zeroizing attacks)» que en el pasado han derribado en repetidas ocasiones los primeros protocolos de ofuscación. Vitalik afirma que estos supuestos son relativamente novedosos y que en el futuro se necesita que la comunidad criptográfica realice más análisis de seguridad.

¿Cuáles son los principales cuellos de botella de rendimiento que enfrenta Diamond iO actualmente?

Los principales cuellos de botella incluyen: el coste de evaluación BGG+ (el producto entre ABE y FHE), el árbol Goldreich PRG con uso interno de PRF que depende profundamente de la longitud de la entrada, que solo se pueden tolerar circuitos de baja profundidad para evitar una explosión de errores y la necesidad de usar grandes parámetros de seguridad subexponenciales; las direcciones de mejora sugeridas por Vitalik incluyen PRF más eficiente, protocolos FHE avanzados (como BGV/CKKS) y la combinación de las capas ABE y FHE.