Decentralizing Trust with Resilient Group Signatures in Blockchains

Blockchains have the goal of promoting the decentralization of transactions in a P2Pbased internetworking model that does not depend on centralized trust parties. Along with research on better scalability, performance, consistency control, and security guarantees in their service planes, other challenges aimed at better trust decentralization and fairness models on the research community’s agenda today. Asymmetric cryptography and digital signatures are key components of blockchain systems. As a common flaw in different blockchains, public keys and verification of single-signed transactions are handled under the principle of trust centralization. In this dissertation, we propose a better fairness and trust decentralization model by proposing a service plane for blockchains that provides support for collective digital signatures and allowing transactions to be collaboratively authenticated and verified with groupbased witnessed guarantees. The proposed solution is achieved by using resilient group signatures from randomly and dynamically assigned groups. In our approach we use Threshold-Byzantine Fault Tolerant Digital Signatures to improve the resilience and robustness of blockchain systems while preserving their decentralization nature. We have designed and implemented a modular and portable cryptographic provider that supports operations expressed by smart contracts. Our system is designed to be a service plane agnostic and adaptable to the base service planes of different blockchains. Therefore, we envision our solution as a portable, adaptable and reusable plugin service plane for blockchains, as a way to provide authenticated group-signed transactions with decentralized auditing, fairness, and long-term security guarantees and to leverage a better decentralized trust model. We conducted our experimental evaluations in a cloudbased testbench with at least sixteen blockchain nodes distributed across four different data centers, using two different blockchains and observing the proposed benefits.As blockchains tem principal objetivo de promover a descentralização das transações numa rede P2P, baseada num modelo não dependente de uma autoridade centralizada. Em conjunto com maior escalabilidade, performance, controlos de consistência e garantias de segurança nos planos de serviço, outros desafios como a melhoria do modelo de descentralização e na equidade estão na agenda da comunidade científica. Criptografia assimétrica e as assinaturas digitais são a componente chave dos sistemas de blockchains. Porém, as blockchains, chaves públicas e verificações de transações assinadas estão sobre o princípio de confiança centralizada. Nesta dissertação, vamos propor uma solução que inclui melhores condições de equidade e descentralização de confiança, modelado por um plano de serviços para a blockchain que fornece suporte para assinaturas coletivas e permite que as transações sejam autenticadas colaborativamente e verificadas com garantias das testemunhadas. Isto será conseguido usando assinaturas resilientes para grupos formados de forma aleatória e dinamicamente. A nossa solução para melhorar a resiliência das blockchains e preservar a sua natureza descentralizada, irá ser baseada em assinaturas threshold à prova de falhas Bizantinas. Com esta finalidade, iremos desenhar e implementar um provedor criptográfico modelar e portável para suportar operações criptográficas que podem ser expressas por smart-contracts. O nosso sistema será desenhado de uma forma agnóstica e adaptável a diferentes planos de serviços. Assim, imaginamos a nossa solução como um plugin portável e adaptável para as blockchains, que oferece suporte para auditoria descentralizada, justiça, e garantias de longo termo para criar modelo melhor da descentralização da base de confiança. Iremos efetuar as avaliações experimentais na cloud, correndo o nosso plano de serviço com duas implementações de blockchain e pelo menos dezasseis nós distribuídos em quatro data centres, observando os benefícios da solução proposta