Les smart contracts confidentiels pour l'industrie 4.0

Alors que les smart contracts sur cryptomonnaies florissent, les industries hésitent à explorer les nouvelles opportunités qui viennent avec cette technologie. Cette hésitation a son origine dans la transparence de la technologie fondamentale, la blockchain. La blockchain est un registre distribué enregistrant des transactions dans des blocs pour les insérer dans la chaîne avant de parvenir à un consensus par les parties participantes (i.e. les nœuds) sur l’ordre des blocs. Les données stockées dans les blockchains publiques (permissionless) sont librement accessibles, ce qui est une inquiétude majeure des entreprises. Dans le cas des smart contracts, c’est le protocole transactionnel qui est stocké dans la blockchain et qui exécute les termes du contrat dès que les conditions sont satisfaites. Les smart contracts déployés en utilisant des implémentations traditionnelles (par ex. Ethereum) exposent les entreprises au risque que leurs actifs et interactions commerciales soient rendus publics. Le désavantage de ces implémentations est qu’elles ne garantissent aucune confidentialité pour protéger les données traitées (c’est à dire les actifs et interactions commerciales) ou le contrat lui-même. Des nouvelles technologies sont en développement pour permettre de surmonter ces obstacles.

Ces cinq dernières années, les fabricants de processeur d’ordinateur ont livré un nombre grandissant d’unités de traitement équipées d’un environnement d’exécution de confiance (trusted execution environment, TEE). Un TEE est un espace isolé du processeur dédié à l’exécution confidentielle des programmes qui empêche tout accès en dehors du périmètre de sécurité, même dans le pire des cas où un système d’exploitation serait compromis. Les TEE sont déjà présents dans nos smartphones et, actuellement, on les trouve aussi dans les ordinateurs personnels et les serveurs. En exploitant la garantie de confidentialité des TEE, les données des smart contracts peuvent être traitées de manière à être entièrement protégées du reste du processeur. Dès que les transactions d’un smart contract sont exécutées, ses données sont chiffrées et stockées dans la blockchain pour maintenir confidentielles les données critiques. A aucun moment les actifs ou interactions commerciales sont exposés publiquement durant leur traitement par les smart contracts confidentiellement exécutés dans le TEE. Cependant, les TEE ne peuvent pas être utilisés de manière générale pour protéger toute utilisation de la technologie blockchain. En particulier, les cryptomonnaies dépendant d’un protocole de consensus non définitif, tel que preuve de travail (proof of work ou PoW) ou preuve d’enjeu (proof of stake ou PoS) qui sont utilisés respectivement par les blockchains Bitcoin ou Ethereum, rendent les TEE vulnérables à un type particulier de problème de sécurité. C’est pourquoi les TEE sont préférablement utilisés avec des technologies blockchain qui dépendent d’un consensus définitif (par ex. la tolérance aux pannes byzantines ou le quorum), tel que Hyperledger Fabric ou le Confidential Consortium Framework de Microsoft. Un avantage majeur des protocoles de consensus définitif est leur garantie de cohérence stricte pour réduire la complexité algorithmique et les besoins énergétiques, qui sont devenus des problèmes cruciaux pour Bitcoin et Ethereum contribuant notamment à la pénurie actuelle des dispositifs informatiques au niveau mondial.

Hyperledger Fabric Private Chaincode et TZ4Fabric sont deux projets de recherche qui tentent d’isoler l’exécution des smart contracts dans le TEE, ce qui est le cas en particulier de l’infrastructure logicielle à code source ouvert Hyperledger Fabric. Ces solutions démontrent que les smart contracts confidentiels sont réalisables et surtout résistants à de multiples cyberattaques grâce aux TEE. TZ4Fabric est le prototype pour lequel la chaire de systèmes complexes de l’Université de Neuchâtel a participé à la collaboration et qui permet en particulier aux appareils mobiles et à l’Internet des objets (objets connectés) d’exécuter des smart contracts confidentiels en utilisant le TEE ARM TrustZone. Avec l’introduction des smart contracts confidentiels, les entreprises ont de nouvelles possibilités avec des garanties de sécurité supplémentaires par rapport aux technologies de smart contract actuelles. Quant à savoir si le statut juridique des smart contracts (confidentiels) sera reconnu au niveau mondial de manière à permettre de nouvelles relations commerciales numériques nationales et internationales, cette question reste pour l’heure ouverte.

Proposition de citation : Göttel Christian, Les smart contracts confidentiels pour l’industrie 4.0, Blog du LexTech Institute, 11.05.2021

While smart contract cryptocurrencies are currently booming, industries are still hesitant to explore new opportunities with this technology. This hesitation origins in the transparency aspect of the underlying blockchain technology. A blockchain is a distributed ledger that records transactions in blocks and links them to a chain, before reaching consensus on the order of the blocks by the participating parties (i.e., nodes). As such, data stored in public (i.e., permissionless) blockchains is openly accessible, which is a major concern for companies. In case of smart contracts, it is the transaction protocol of the contract that is stored on the blockchain, which will execute the terms of the contract once all conditions are satisfied. By deploying smart contracts using traditional implementations (e.g., Ethereum), companies expose themselves to the risk that their assets and business interactions become publicly known. The disadvantage of these implementations is that they do not provide any confidentiality guarantees to protect the processed data (i.e., assets and business interactions) or the contract itself. Yet, novel technologies are on the rise, which can assist in overcoming these problems.

Over the past five years, computer processor manufacturers have been increasingly shipping processing units equipped with trusted execution environments (TEE). A TEE is an isolated area on a processor, that is dedicated to executing programs confidentially and rendering them inaccessible from outside the security perimeter even if the operating system itself is compromised. These TEEs have always existed in our smart phones and are now also commonly available in desktop and server-grade machines. By exploiting the confidentiality guarantees of TEEs, data of smart contracts can be processed confidentially while being shielded from the rest of the processor. Once the transactions of the smart contract have been executed, data is encrypted to maintain critical information confidential and stored on the blockchain. Never are assets and business interactions exposed publicly while being processed by these confidential smart contracts. However, TEEs should not be used in general to shield blockchain technologies. In particular with cryptocurrencies relying on non-final consensus, such as proof-of-work (PoW) or proof-of-stake (PoS) used in Bitcoin and Ethereum respectively, TEEs are susceptible to a particular type of security vulnerabilities. Therefore, TEEs are best combined with blockchain technologies relying on final consensus (e.g., Byzantine fault tolerance or quorum) such as Hyperledger Fabric or Microsoft’s Confidential Consortium Framework. A major advantage of these final consensus protocols is their strict consistency guarantee, which reduces computational complexity and energy requirements, that have become critical problems for Bitcoin and Ethereum and are contributing to today’s global shortage on computing devices.

Hyperledger Fabric Private Chaincode and TZ4Fabric are two research attempts which isolate the smart contract execution to the TEE, specifically for the open source Hyperledger Fabric blockchain framework. These solutions demonstrate that confidential smart contracts, i.e., smart contracts exploiting TEEs, are practical and most importantly resilient to a wide range of cyberattacks. TZ4Fabric is a prototype developed in joint collaboration at the complex systems research group at the University of Neuchâtel, which enables specifically Internet of Things (IoT) and mobile devices to execute confidential smart contracts using the ARM TrustZone TEE. With the introduction of confidential smart contracts, companies are provided with new opportunities and additional security guarantees over current smart contract technologies. Whether the legal status of (confidential) smart contracts will find global acceptance for enabling national and international novel digital business relations remains an open question.

Suggested citation: Göttel Christian, Confidential Smart Contracts for the Industry 4.0, Blog of the LexTech Institute, 11th May 2021

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