Distributed multi-party fair exchange

Abstract

Over the years, researchers focused on either two-party cases or multi-party computation securely, fairly and optimistically. Most of the studies in the literature require a trusted third party (TTP) to be present for fairness either at every step of the protocol or only optimistically intervene in case of malicious actions. However, having a single TTP creates a single point of failure (in terms of security) in the protocol. To distribute this responsibility, literature has different solutions. Blockchain is one of the most used solutions for decentralizing exchange protocols and multi-party computations. Secret sharing is another procedure used for distributing responsibility, however, it is mostly used for 2-party settings. As far as we know, there is no optimistic multi-party fair exchange solution using multiple TTPs in the literature. In this work, we present a Distributed Multi-Party Fair Exchange Protocol, building on top of a previous research [Alper and Küpçü, 2021], by distributing the responsibility of a single TTP to multiple (m) TTPs. We are using secret sharing to distribute the decryption share used for fairness to TTPs. Even with a malicious subset of TTPs, the protocol provides a fair result, as long as there are threshold-many honest TTPs. Even though the performance of the protocol is worse (slower, as expected) than the previous study, it carries the importance of being the first optimistic multi-party fair exchange protocol with multiple trusted third parties in the literature.

Adil Takas protokolleri, 2 veya daha fazla tarafın takas yapılan öğenin ya tüm taraflar tarafından elde edilebilir olduğu ya da hiçbirinin elde edemeği protokollerdir. Bu protokollerde adalet genellikle güvenilir bir üçüncü şahıs tarafından sağlanır. İlk çalışmalar güvenilir üçüncü şahsın protokolün bütün adımlarında dahil olduğu protokollerdir. Sonrasında "iyimser" dediğimiz, güvenilir üçüncü şahsın sadece bir problem çıktığı durumda dahil olduğu protokoller sunulmuştur. Güvenilir üçüncü şahsın bulunması, güvenlik açısından protokolde tek arıza noktası yaratmaktadır. Bu sorumluluğun dağılması için literatürde farklı çalışmalar bulunmaktadır. Blok zincir uygulaması, özellikle çok taraflı adil takas protokollerinde en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Ayrıca sır paylaşımı gibi methodlar da kullanılmaktadar; ancak bu çalışmalar genellikle iki taraflı adil takas protokollerinde görülmektedir. Çok taraflı adil takas protokollerinde tek güvenilir üçüncü şahıs yerine birden fazla güvenilir "iyimser" üçüncü şahıs kullanılan bir çalışma şu anda literatürde bulunmamaktadır. Biz bu çalışmada tek güvenilir üçüncü şahıs yerine birden fazla (m tane) şahsın bulunduğu bir çok kişilik adil takas protokolü sunuyoruz. Protokolümüzün temeli, daha önce tek güvenilir üçüncü şahısla çalışan Alper ve Küpçü tarafından öne sunulan çok taraflı güvenilir ve adil takas protokolüne [Alper and Küpçü, 2021] dayanmaktadır. Biz bu protokoldeki, güvenilir üçüncü şahsın adaleti sağlaması için paylaşılan şifrelenmiş kilit açma anahtarını birden fazla (m tane) şahısa sır paylaşımı methodunu kullanarak paylaştırıyoruz. Bu şekilde şahıslardan bazıları hile yapsa bile, kalan şahısların ellerindeki sırlarla adaleti sağlayabiliyoruz. Ortaya koyduğumuz protokol, tek güvenilir üçüncü şahıs bulunan önceki protokole kıyasla (beklendiği üzere) daha yavaş çalışmaktadır, ancak bu alandaki ilk çok kişilik ve birden fazla güvenilir "iyimser" üçüncü şahıs bulunan adil takas protokolü olma özelliğini taşımaktadır.