Dall'estate DeFi del 2020, guidati dal continuo avanzamento delle infrastrutture blockchain, i protocolli DeFi si sono evoluti dallo Swap al Lending al Yield Farming fino a protocolli sempre più sofisticati, coprendo strategie di Yield Farming AMM (automated market making) basate su derivati blockchain, piattaforme di prestito strutturate costruite su infrastrutture di lending e protocolli di prestito on-chain che collegano garanzie del mondo reale, ecc.

Uno dei fattori chiave dietro il boom dell'innovazione DeFi è un concetto chiamato componibilità. La maggior parte delle volte, quando viene rilasciato un nuovo protocollo DeFi, anche la maggior parte del suo codice sorgente viene reso disponibile al pubblico. Ciò significa che i codici sorgente degli smart contract di uno o più protocolli DeFi possono essere facilmente composti insieme per crearne uno nuovo. Funzionano come blocchi Lego - blocchi di forme diverse possono essere utilizzati per costruire progetti unici, riducendo significativamente il costo dell'innovazione.

Sorprendentemente, alla luce di tali massicce innovazioni, il numero di utenti DeFi non ha visto alcuna crescita significativa dal 2020. Nel frattempo, le istituzioni tradizionali non hanno immesso liquidità nello spazio blockchain. Una delle principali cause di ciò è la preoccupazione per la sicurezza della DeFi.

La finanza del mondo reale dispone di un sistema sicuro ben consolidato. Ad esempio, quando si spostano fondi dalla Banca A alla Banca B, ci saranno furgoni blindati e agenti di polizia armati per mantenere i fondi al sicuro, il che è un processo rassicurante. Inoltre, le banche saranno anche responsabili della proprietà di un cliente e offriranno un risarcimento per qualsiasi perdita durante il processo. La DeFi, tuttavia, differisce dal sistema finanziario tradizionale. Gli smart contract sono immutabili per progettazione. Sono essenzialmente scatole nere che non invieranno log leggibili, quindi le persone non possono avere una visione chiara dei processi interni. La maggior parte degli audit degli smart contract non aiuta poiché si concentra solo su forme note di attacchi, piuttosto che su nuovi tipi di falle che hanno alta probabilità di verificarsi. Nel frattempo, molti protocolli DeFi si etichettano come prodotti "da utilizzare a proprio rischio". Questo può spaventare gli utenti comuni e far sì che non abbiano fiducia nel depositare la maggior parte dei loro risparmi bancari in un ecosistema DeFi. La DeFi non ha deluso coloro che non si fidavano. Finora, la DeFi ha visto 82 violazioni della sicurezza, con un importo iniziale hackerato di oltre 1,8 miliardi di dollari. In particolare, il flash loan è l'attacco più comune, con 33 casi. Una delle ragioni di sicurezza alla base di un attacco flash loan è la mancanza del concetto di tempo accurato e di un meccanismo di conferma nelle blockchain . Esamineremo le ragioni specifiche nei capitoli seguenti.

I. Il Tempo e la Rete Temporale dei Computer

Guardiamo prima come funziona il tempo nei programmi informatici convenzionali.

Il tempo è un concetto essenziale per i programmi informatici. Senza il concetto di tempo, è impossibile accedere a qualsiasi sito web abilitato TLS, creare entropia per determinati algoritmi, scambiare segreti o autenticare licenze Windows. Diamo per scontato il mantenimento del tempo sui computer, ma scambiare e tenere traccia del tempo è un problema incredibilmente difficile da risolvere quando si tratta di operazioni reali.

Il tempo è essenzialmente una rappresentazione dello stato globale attuale dell'universo. Ciò significa che per qualsiasi momento dato, ogni singola entità deve condividere esattamente lo stesso valore. Questo è ovviamente un enorme problema per i computer: Supponiamo che ci sia un enorme orologio atomico altamente accurato nel centro dell'universo che trasmette dati temporali attraverso Internet. Un problema durante questo processo è che la trasmissione dei dati richiede tempo di per sé. Quando un dispositivo riceve dati temporali su Internet e li applica ai propri sistemi, lo stato globale dell'universo (tempo) sarebbe già cambiato. In altre parole, è impossibile per un dispositivo di rete essere perfettamente aggiornato con il valore temporale globale effettivo.

Un altro problema con il mantenimento del tempo in rete è che non possiamo prevedere perfettamente il tempo necessario per la trasmissione dei dati - le condizioni di rete cambiano costantemente e nessuno può garantire un'affidabilità perfetta nel mondo reale. Combinato con il primo problema, ciò significa che il destinatario non può replicare perfettamente il valore temporale, portando a incongruenze.

Il Network Time Protocol (NTP) risolve questo problema attraverso la struttura di verifica reciproca dei server di mantenimento del tempo distribuiti in tutto il mondo (fino a 15 strati) e costruendo un albero di copertura del percorso più breve di Bellman-Ford (che riduce sia la latenza che le incongruenze nel tempo di trasferimento). Questo funziona perfettamente per i computer personali e i servizi centralizzati, specialmente con applicazioni che si basano su temporizzazioni accurate (ad esempio programmi di crittografia). Anche se i timestamp derivati attraverso NTP sono mere stime, sono abbastanza accurati e maturi per le applicazioni time-critical su cui fare affidamento.

Fonte: https://medium.com/@gokhansengun/bilgisayarlar-zaman%C4%B1-nas%C4%B1l-do%C4%9Fru-tutar-78c1203397f0

II. Meccanismo Temporale nelle Reti Blockchain

Il concetto di tempo esiste anche sulle blockchain. Sebbene alcuni dicano che la blockchain stessa sia un derivato del concetto di tempo, l'elaborazione del tempo di una rete blockchain è estremamente imprecisa rispetto all'accuratezza a 64 bit del sistema NTP. Dopotutto, questo è anche perché i target di servizio del tempo blockchain non sono applicazioni smart contract sensibili al tempo come le applicazioni DeFi. Inoltre, mira a consentire l'esecuzione sicura ed efficiente del meccanismo di consenso. Un obiettivo così diverso rende anche le reti blockchain più tolleranti alle imprecisioni temporali. Nei paragrafi seguenti, discuteremo alcuni popolari meccanismi di consenso e come determinano il tempo. Detto questo, va notato che la conferma del tempo sulle blockchain è così generalmente imprecisa che non possono supportare le operazioni finanziarie e i controlli di sicurezza per gli asset on-chain che valgono decine di miliardi di dollari.

1. Bitcoin

Bitcoin presenta il concetto di tempo perché è richiesto per il suo meccanismo di consenso Proof-of-Work. Senza un timestamp valido, la rete non può verificare se una particolare transazione in fase di mining sta cercando di manomettere una precedente. Sebbene ogni blocco Bitcoin contenga un timestamp UNIX, il tempo di un blocco non è una rappresentazione accurata di un timestamp UNIX. Questo perché il consenso Bitcoin considera i timestamp solo come parte del sistema di sicurezza PoW, non come uno strumento effettivo per misurare il tempo sulla blockchain.

Citando Bitcoin Wiki, ogni blocco contiene un timestamp Unix fornito dai miner e sarà accettato come valido se è 1) maggiore del timestamp mediano degli 11 blocchi precedenti e 2) minore del tempo regolato dalla rete più 2 ore. Pertanto, la differenza tra i tempi dei blocchi e i tempi del mondo reale varia da un'ora a due ore.

Fonte: https://en.bitcoin.it/wiki/Block_timestamp

2. Ethereum

Nella rete Ethereum, i timestamp sono anche direttamente inviati dai miner con grande flessibilità. In parole semplici, un timestamp Ethereum potrebbe essere vero o falso, e non c'è modo per il meccanismo di consenso di confermarne l'accuratezza. Secondo un post sul forum Ethereum (fonte: https://ethereum.stackexchange.com/questions/413/can-a-contract-safely-rely-on-block-timestamp/428#428), diversi meccanismi possono essere utilizzati per prevenire l'eccessiva deviazione dei timestamp Ethereum: 1) Se il timestamp di un blocco devia significativamente dal tempo del mondo reale, nessuno sarà disposto a generare più blocchi con questo blocco come blocco genitore; 2) Il timestamp dell'ultimo blocco non può essere precedente al blocco genitore; 3) La difficoltà del blocco sarà la più bassa quando il blocco non è contrassegnato prima del necessario. Questi meccanismi potrebbero permettere ai miner di inviare volontariamente timestamp che ritengono corretti. Tuttavia, quando esistono altri incentivi esterni, la rete Ethereum non ha alcun meccanismo rigoroso per garantire che i miner continuino a inviare il timestamp corretto. Pertanto, la rete non può garantire il corretto funzionamento dei protocolli sensibili al tempo (ad esempio yield farming, lending). Di conseguenza, le grandi istituzioni non si fideranno di Ethereum con i loro soldi.

3. Polkadot

Secondo il documento di Substrate, anche Polkadot contrassegna i blocchi con timestamp che sono direttamente forniti dai miner. Nel frattempo, non ci sono meccanismi rigorosi che confermino o sincronizzino tali timestamp. Il documento afferma anche che sebbene il tempo di un blocco non possa essere provato, i validatori possono concordare che sia entro un certo delta del loro orologio di sistema.

Fonte: https://wiki.polkadot.network/docs/build-protocol-info

4. Cosmos

Tendermint di Cosmos è l'unico algoritmo di consenso che incorpora il tempo nel meccanismo di consenso, dotandolo del concetto di tempo più robusto. Più specificamente, i nodi di un blocco voteranno sul tempo che è stato sottomesso per raggiungere un consenso, e solo il timestamp su cui i nodi concordano sarà incluso nel blocco.

Fonte: https://docs.tendermint.com/master/spec/consensus/bft-time.html

III. La Mancanza di un Sistema di Timestamping nei Blocchi

Le blockchain non sono solo imprecise in termini di generazione dei timestamp, ma mancano anche di un sistema o meccanismo di timestamping all'interno dei blocchi. Le transazioni nel mondo reale vengono inviate e poi confermate una per una, ognuna con un tempo e una sequenza chiari. In questo modo, molte transazioni false non possono verificarsi o essere confermate. In una rete blockchain, invece, le transazioni all'interno di ogni blocco sono impacchettate insieme e non sono contrassegnate con timestamp accurati una per una.

Sebbene tutte le transazioni possano essere verificate dopo la generazione del blocco, è impossibile determinare il tempo specifico di invio e la sequenza di ciascuna transazione. Questo spiega in parte perché molti attacchi (ad esempio prestiti flash o flash swap) possono essere eseguiti. Se fossero forniti marchi temporali accurati all'interno dei blocchi come prova per la verifica, i protocolli applicativi potrebbero sviluppare algoritmi più sicuri e stabili. Nel frattempo, grazie alle sue caratteristiche intrinseche, il tempo è una rete di consenso altamente sicura che è irreversibile e immutabile.

IV. Potenziali Soluzioni

La mancanza di tempo sulle blockchain può essere risolta internamente o esternamente.

Soluzione interna: Dovrebbe essere introdotto un meccanismo di conferma a livello di consenso che verifichi il tempo del blocco rispetto al tempo del mondo reale, oppure dovrebbe essere stabilito un sistema temporale indipendente con maggiore accuratezza.

Soluzione esterna: Le blockchain necessitano di una rete decentralizzata che utilizzi una rete oracolo del tempo simile a NTP per aggiungere timestamp precisi ai blocchi di rete e alle transazioni all'interno dei blocchi.

Alla luce della collaborazione multi-chain, la soluzione esterna potrebbe essere più adatta. Supponendo, per esempio, che Ethereum e Terra abbiano i propri orologi, se i timestamp forniti da questi orologi sono diversi, sarà difficile per noi determinare quale sia corretto durante le interazioni tra i due. Per esempio, in una rete informatica convenzionale, alla fine, solo un orologio master dice a tutti che ora è. Anche le blockchain necessitano di un orologio master.

Nel futuro multiverso abilitato da multiple chain, affronteremo un'altra sfida: il numero di orologi su tutti i diversi computer è molto più alto di quanto previsto. Per esempio, ci sono orologi di gioco, orologi di maturazione degli interessi DeFi, orologi blockchain, ecc. Poiché questi orologi disturberanno il tempo nei nodi meta, sarà necessaria una singola fonte affidabile di tempo per unificare e sincronizzare tutte le transazioni. Quando una tale rete oracolo del tempo sarà finalmente ampiamente adottata, fornirà un ulteriore livello di sicurezza, offrendo conferme temporali aggiuntive a ciascuna transazione, proprio come accade nel mondo reale. Il tempo diventerà anche un ulteriore livello di sicurezza per le reti blockchain.

Riferimenti:

CoinEx Research: Il Dilemma della Sicurezza degli Asset Blockchain: Perché il Tempo Reale è Necessario Come Livello di Sicurezza Aggiuntivo