La tesis de Dimitris Kolonelos desvela una solución eficiente para entornos descentralizados utilizando primitivas criptográficas sucintas
El investigador del Instituto IMDEA Software Dimitris Kolonelos, supervisado por el Prof. Dario Fiore, presentó ayer ante el tribunal su tesis doctoral: “Succinct Cryptographic Commitments with Fine-Grained Openings for Decentralized Environments” en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática (ETSIINF) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ante compañeros, familiares y amigos.
Contexto
Históricamente, la criptografía ha sido el arte de la comunicación segura. Durante muchos siglos, su propósito central fue ocultar el contenido de los mensajes escritos, mediante la producción de un código cifrado correspondiente al contenido real del mensaje. De este modo, sólo se podía descifrar el mensaje de origen conociendo el método. Los ordenadores son los que convirtieron la criptografía de “arte” a “ciencia”. Ahora, la criptografía es todo eficacia, sigue un proceso sistemático para lograr resultados convincentes.
Con el auge de la tecnología blockchain, es crucial avanzar en técnicas criptográficas que proporcionen soluciones eficientes. Teniendo en cuenta que la principal característica de una blockchain es la descentralización, es necesario que la información sea lo más concisa posible y que los procesos de verificación sean rápidos. Desde una perspectiva criptográfica, esto se traduce en un desiderátum central: la brevedad de las pruebas sucintas. Una construcción criptográfica se denomina sucinta si su algoritmo genera salidas que son (exponencialmente) más pequeñas que las entradas. Esto permite al criptosistema tratar datos de gran tamaño y producir salidas concisas que, sin embargo, preservan la funcionalidad deseada del sistema.
La tesis
La tesis se centra en el aspecto crítico de las primitivas criptográficas sucintas, con especial énfasis en los Compromisos Sucintos, los Compromisos Vectoriales y los Compromisos Funcionales.
La tesis explora el concepto de Compromisos Sucintos, construcciones criptográficas que juegan un papel fundamental en la comunicación segura dentro de las redes Blockchain. Mediante el desarrollo de pruebas sucintas de conocimiento-cero para la (no) pertenencia a conjuntos, la investigación introduce métodos eficientes para probar afirmaciones sin revelar información innecesaria. Esto incluye protocolos para la pertenencia y no pertenencia de elementos individuales, así como pruebas sucintas de conocimiento-cero para elementos múltiples en compromisos de conjuntos como los acumuladores RSA.
El estudio profundiza en los Compromisos Vectoriales, introduciendo la noción innovadora de Agregación Incremental. Este concepto permite la agregación de pruebas de apertura para varias posiciones en una única prueba concisa, presentando aplicaciones en la aceleración del cómputo de pruebas y el Almacenamiento Descentralizado Verificable. La tesis también presenta una construcción eficiente de Compromisos Vectoriales Incrementalmente Agregables a partir de Grupos de Orden Desconocido, mostrando versatilidad y aplicabilidad.
Una parte significativa de la tesis explora los Compromisos Funcionales, particularmente para funciones lineales. Esto implica comprometerse con un vector y posteriormente abrir una función pública aplicada a ese vector. La investigación introduce novedosos protocolos sucintos, incluyendo protocolos de cardinalidad para conjuntos comprometidos con acumuladores RSA, demostrando el compromiso con parámetros públicos de tamaño constante y pruebas.
Como resultado final, la tesis propone un método genérico para transformar cualquier Vector Commitment en un Key-Value Map Commitment para claves arbitrarias. Esta innovación, basada en aplicaciones criptográficas de Cuckoo-Hashing, ofrece una solución genérica con posibles implicaciones para las estructuras de datos que se utilizan ampliamente en las principales criptomonedas como Ethereum.
La investigación, esbozada en esta tesis, no sólo empuja los límites de la ciencia criptográfica, sino que también es muy prometedora para el futuro desarrollo de sistemas seguros y descentralizados. A medida que evoluciona el panorama de las cadenas de bloques, estos avances criptográficos están llamados a desempeñar un papel crucial para garantizar la integridad, seguridad y eficiencia de las tecnologías de cadena de bloques de próxima generación.