¿El ataque "doble gasto" que ni Spider-Man puede prevenir? Botanix teje una red de seguridad con cadenas de araña.

Título original: Cómo Botanix se protege contra los dobles gastos

Autor original: botanixlabs

Texto original de origen:

Compilado por: Daisy, Mars Finance

¿Cómo previene Botanix los ataques de doble gasto?

Uno de los principales desafíos que enfrentan las cadenas laterales de Bitcoin es mantener el equilibrio de flujo de fondos entre la cadena y la red de Bitcoin. Este principio se aplica tanto a las transacciones de depósito (anclaje de entrada) como a las transacciones de retiro (anclaje de salida). Sin una gestión efectiva, el sistema rápidamente caerá en un desequilibrio de activos debido a la aparición de transacciones de doble gasto y entradas en conflicto. Botanix aborda elegantemente este problema a través de Spiderchain, una cadena de prueba de participación conjunta diseñada específicamente para Bitcoin y basada en una arquitectura de billetera multisig rotativa.

Este diseño da lugar de forma natural a dos tipos de transacciones: depósito anclado y retiro anclado. El funcionamiento del depósito anclado consiste en enviar BTC a la billetera multifirma actual, mientras se acuña el activo representativo de BTC correspondiente en Botanix. En cuanto al retiro anclado, después de que el usuario quema el activo representativo de BTC en Botanix, Spiderchain devolverá el BTC real utilizando UTXO de multifirma como entrada. En Botanix, este tipo de transacción de Bitcoin debe ser validada por la firma múltiple del coordinador de Spiderchain en turno. Otro diseño clave es que Botanix vincula cada transacción con la transacción anterior e incrusta todos los datos de entradas "conflictivas", asegurando que cualquier intento de repetición o reproducción sea automáticamente rechazado por el mecanismo de consenso de Bitcoin.

¿Qué significa "multifirma" en este contexto?

El núcleo aquí es "multifirma" (multisig). La mayoría de los usuarios de web3 no deberían ser extraños a este término: generalmente se refiere a la capacidad de que varios usuarios firmen conjuntamente una transacción de billetera. Pero en el contexto de Botanix, "multifirma" (abreviatura de multi-firma) se refiere específicamente a aquellas direcciones de bitcoin que requieren la autorización conjunta de múltiples partes (generalmente utilizando un modelo de clave n-of-k) para ejecutar una transacción.

Cada ciclo de Spiderchain de Botanix crea una nueva "3 de 2+" billetera de firma múltiple de Bitcoin (se planea ajustar en el futuro a un modo 12/16, manteniendo aún una proporción superior a 2/3), controlada conjuntamente por los nodos coordinadores. Esto significa que cualquier transacción iniciada desde esta dirección (por ejemplo, un retiro anclado) requiere al menos el 67% de las firmas de los coordinadores designados. Estas billeteras de firma múltiple se actualizarán con cada rotación de bloques de Bitcoin, construyendo así una estructura en cadena para la custodia de depósitos y retiros de BTC.

Por lo tanto, aquí la "firma múltiple" no solo es una billetera compartida, sino que también es la base del diseño de minimización de confianza de Botanix y un puente entre Bitcoin y su cadena lateral. Este mecanismo no solo previene la posibilidad de que se extraiga BTC unilateralmente, sino que también garantiza la seguridad del proceso de anclaje y acceso a través de un grupo rotativo de firmantes verificables. Una función que parece simple e incluso común en otras cadenas juega un papel crucial en el ecosistema de Bitcoin.

Análisis del mecanismo de "entrada de conflicto"

El principio fundamental de este mecanismo radica en que: las entradas generadas por la transacción de extracción anclada anterior ya se han gastado en la transacción actual. Según el modelo UTXO de Bitcoin, una vez que un UTXO se incluye como entrada en una transacción confirmada, no puede ser utilizado nuevamente. Botanix aprovecha exactamente esta característica: utiliza las salidas gastadas de la extracción anclada anterior como entradas para la nueva transacción de extracción anclada, y cualquier intento de difundir un comportamiento de extracción anclada duplicada violaría las reglas de doble gasto de Bitcoin y sería rechazado.

Si el coordinador o el usuario intentan reutilizar el mismo UTXO para anclar la retirada, la transacción generada contendrá "entradas en conflicto" (es decir, dos transacciones intentan gastar el mismo UTXO) y, por lo tanto, será inválida. En otras palabras, los UTXO de múltiples firmas que ya se han gastado no son reutilizables, el sistema detectará el conflicto y rechazará las transacciones duplicadas.

Ejemplo específico:

Digamos que el TXn es la última transacción de Bitcoin que se vinculó, y su salida contiene cambio no gastado UTXO Un (para financiar la próxima billetera multifirma). Cuando se produzca la próxima toma de anclaje, el coordinador de Botanix construirá una transacción TXn₊₁ con Un como una de las entradas. En este punto, Un ha sido consumido por TXn₊₁. Si alguna de las partes (ya sea maliciosa o no) intenta retransmitir una copia de TXn₊₁, o construir otra transacción que cueste Un, la red reconocerá que Un ha sido gastado por el primer TXn₊₁ y tratará las copias subsiguientes como gastos dobles. Estas transacciones duplicadas no solo no se pueden empaquetar en la cadena, sino que ni siquiera se pueden propagar de manera confiable entre nodos porque el mecanismo de consenso de Bitcoin prohíbe el gasto secundario del mismo UTXO. Esencialmente, el diseño de usar el UTXO gastado como entrada hace que todas las transacciones de saque ancla sean naturalmente anti-repetición, y garantiza mecánicamente el principio de uso único.

Este mecanismo es similar a la cadena de transacciones de Bitcoin: cada nueva transacción gasta explícitamente la salida de la transacción anterior. Las transacciones exactamente iguales no pueden ser confirmadas dos veces, y cualquier intento de reutilizar la misma entrada en una nueva transacción será considerado inválido. En pocas palabras, Spiderchain garantiza la unicidad de cada anclaje extraído a través del modelo UTXO.

Demostración de la lógica de la cadena de transacciones:

UTXO de múltiples firmas anterior (M1) → [transacción de retiro anclada] → dirección del usuario (monto) + nuevo UTXO de múltiples firmas (M2)

En el siguiente bloque, M2 se convierte en "UTXO de extracción anclada anterior", que es consumido por la transacción de extracción anclada siguiente.

Cualquier transacción de retiro de anclaje repetido que intente gastar M2 nuevamente fallará porque M2 ya ha sido gastado.

A través de este diseño, dos transacciones de anclaje no pueden gastar la misma salida de bitcoin, ya que cada transacción debe incluir la salida más reciente como entrada. Los nodos de bitcoin rechazarán automáticamente cualquier intento de doble gasto de esa entrada, y cualquier transacción de reproducción activada accidental o maliciosamente será inmediatamente inválida.

Prevenir ataques de reproducción accidentales o maliciosos

El mecanismo de entrada conflictiva está diseñado para evitar extracciones de anclaje repetitivas accidentales e intencionales. Inesperadamente, un usuario o nodo no puede crear dos transacciones de retiro idénticas porque el segundo intento entrará en conflicto con la entrada que ya se ha gastado. Desde un punto de vista malicioso, un coordinador o un atacante externo no puede falsificar una segunda transacción de retiro ancla contra los mismos fondos. Si un atacante intenta gastar dos veces, debe crear otra transacción de Bitcoin que cueste el mismo UTXO; Sin embargo, dado que el UTXO ya ha sido consumido por la transacción de saque legalmente vinculada anteriormente, cualquier transacción secundaria que utilice la misma entrada se considerará doble gastada e invalidada.

Además, el mecanismo de gobernanza de Botanix impone sanciones a cualquier coordinador que intente firmar o transmitir una transacción de comida para llevar anclada en conflictos. Las reglas del sistema enumeran explícitamente "multisig inadecuado en Spiderchain, incluida la firma del ancla incorrecta para retirar transacciones o participar en un comportamiento de doble gasto" como una operación ilegal que puede confiscar la garantía. Dado que el código de puente entre cadenas construye la transacción completa (entrada, salida, cantidad) a través del determinismo de consenso en la cadena, el operador no puede manipular el contenido de entrada sin permiso. Por lo tanto, si el coordinador firma deliberadamente una transacción que entra en conflicto con otras transacciones (como intentar un doble gasto), el nodo correrá el riesgo de que se reduzca su garantía.

De esta manera, Botanix se basa tanto en el mecanismo de consenso de Bitcoin (rechazo automático de transacciones de doble gasto) como en sus propias reglas de minería y confiscación, garantizando de forma dual la unicidad del anclaje en las retiradas.

Análisis paso a paso del flujo de trabajo

Después de comprender en profundidad los principios del mecanismo, desglosaremos gradualmente el proceso operativo real. Aunque involucra múltiples aspectos técnicos, desde una perspectiva macro, la lógica general es extraordinariamente clara:

Depósito anclado (depósito)

Generar dirección de gateway

El protocolo Botanix genera una dirección "gateway" Taproot única al combinar la clave pública de la alianza FROST con la dirección Ethereum del usuario.

Transferir BTC a una dirección de firma múltiple

Los usuarios transfieren BTC a esta dirección de gateway. Los fondos reales ingresan a una billetera multisig de la alianza Spiderchain controlada por un coordinador. El BTC original siempre está bloqueado en una dirección de multisig de Bitcoin y no ha salido realmente de la red de Bitcoin.

Forjar BTC sintético en EVM

Cuando la transacción de depósito está suficientemente confirmada, el Sidecar (o el usuario a través del contrato puente) construye la Prueba de Inclusión de Merkle e invoca el contrato de acuñación de Botanix en la EVM de Spiderchain. La transacción de EVM destruirá la llamada de "prueba" de depósito ancla en la cadena y desencadenará un evento de acuñación, y el sistema luego acuñará el equivalente de BTC sintético a la cuenta de EVM del usuario (menos las tarifas de gas de Bitcoin y EVM).

El resultado final es: los usuarios tienen BTC sintético respaldado 1:1 por BTC bloqueado en una billetera multifirma de Spiderchain en Botanix EVM. El BTC gastado aparecerá como un nuevo UTXO en el conjunto UTXO de la billetera multifirma. Los nodos de validación de Botanix monitorean el estado en la cadena a través de instancias propias de Bitcoin, actualizando el conjunto UTXO y verificando la prueba correspondiente, asegurando que cada depósito desencadene la acuñación de tokens EVM solo una vez.

Retiro de anclaje

Destruir en EVM

El usuario inicia el retiro anclado al enviar una transacción para destruir BTC sintético en Spiderchain EVM. Esta transacción EVM deducirá (destruirá) la cantidad especificada (incluyendo la tarifa de gas EVM) del saldo del usuario.

Construir transacciones de Bitcoin

El valor del BTC sintético quemado debe desbloquearse en la cadena de Bitcoin. Después de que el coordinador (que también actúa como validador de EVM y tiene acceso a estos datos) detecta el evento de quema, todas las solicitudes de retiro pendientes son agregadas por el coordinador líder del ciclo designado en el próximo ciclo de Bitcoin. De acuerdo con las reglas de diseño de Spiderchain, el UTXO que se va a gastar se selecciona del grupo, utilizando una estrategia de (LIFO) último en entrar, primero en salir, para priorizar el último UTXO depositado, protegiendo así los depósitos tempranos de posibles adquisiciones maliciosas.

Construcción de transacciones

El coordinador continúa filtrando UTXO hasta que el valor total cubra el monto del retiro más la tarifa del minero de Bitcoin. Luego, se construye la transacción de Bitcoin original: las entradas son UTXO seleccionados, las salidas incluyen (a) la dirección de Bitcoin objetivo del usuario (recibiendo el monto del retiro), (b) el cambio se envía a una nueva dirección de firma múltiple de Spiderchain (asegurando que los fondos restantes permanezcan dentro del sistema).

Firma de umbral y difusión

Después de completar la construcción de la transacción, los miembros de la alianza utilizan fragmentos de clave FROST para firmar conjuntamente. Cuando se alcanza el umbral de firma ≥t-of-n, la transacción completa de Bitcoin firmada se transmite a la red de Bitcoin. En este momento, la quema de BTC en Spiderchain se convierte oficialmente en un gasto de Bitcoin en la cadena, y el usuario recibe finalmente BTC después de deducir la tarifa total (el monto quemado de EVM menos la tarifa de la red de Bitcoin).

Mecanismo de garantía de consenso y confiscación

Para garantizar un entorno confiable y mantener la solidez del mecanismo, Botanix aprovecha tanto la simplicidad y fiabilidad de Bitcoin como las capacidades avanzadas de los sistemas modernos. Esta solución híbrida refuerza la seguridad a través de la combinación de lo simple y lo complejo.

Por un lado, este mecanismo solo necesita seguir las reglas más básicas de UTXO/gastos de Bitcoin: "Un UTXO, una vez gastado, no puede ser reutilizado". Este es un principio fundamental en el consenso de Bitcoin, por lo que el mecanismo de entradas en conflicto en esencia solo opera según las reglas existentes de Bitcoin. Siempre que el coordinador incluya el UTXO de la transacción anterior en cada nueva transacción de anclaje, los nodos de Bitcoin rechazarán automáticamente cualquier transacción de repetición o copia.

Por otro lado, si el coordinador se comporta de manera maliciosa (por ejemplo, firmando una segunda transacción conflictiva para romper la multifirma), el protocolo PoS de Botanix y la cláusula de corte lo penalizarán. Este mecanismo es eficaz para frenar las acciones potencialmente maliciosas. Esencialmente, la estrategia de "entradas conflictivas" aprovecha directamente el propio modelo UTXO para imponer la unicidad de la búsqueda de anclaje: al vincular la entrada de cada búsqueda de anclaje con la salida de la transacción anterior, Botanix se asegura de que solo la primera transacción válida tenga éxito, y cualquier transacción duplicada es rechazada naturalmente por la red Bitcoin porque constituye un doble gasto. Este diseño protege inteligentemente contra transacciones duplicadas accidentales y ataques de repetición maliciosos, y su seguridad está garantizada tanto por las reglas de consenso de Bitcoin como por el mecanismo de corte interno de Botanix.