比特币:区块链分叉带来的安全挑战

区块链分叉分为软分叉和硬分叉。本文主要探讨的是硬分叉,一种不支持向后兼容的软件升级方式。硬分叉是共识的分裂或者改变,共识就是区块链系统中各节点达成数据一致性的算法,正常情况下每个节点需要运行相同规则的算法,例如比特币运行的是基于 PoW(工作量证明)共识,以太坊曾经也是 PoW 共识,最近通过 “The Merge” 切换到了 PoS 共识算法。

分叉的原因有很多,在区块链当中是一种很常见的现象,通常是短距离的分叉,这和共识算法有关,同一个高度上有时会出现相互竞争的区块,但最终有的区块会被放弃,只保留一个区块。但硬分叉不同,这一种是有计划有目的的分叉,一些节点客户端部署了与原网络不同的程序版本,生产出的区块只能在分叉链上通过验证,无法被原网络接受,也不接受原网络的区块。例如近期热门的 EthereumPoW(ETHW)分叉。

Coinbase将Aavegotchi(GHST)和Litentry(LIT)添加至资产上线路线图:11月30日消息,据官方推特,Coinbase宣布将Aavegotchi(GHST)和Litentry(LIT)添加至资产上线路线图。

据悉,Aavegotchi是一款Aave生态NFT游戏。Litentry是波卡生态身份聚合协议。[2022/11/30 21:11:01]

如果要成功分叉一条区块链并不容易,并非直接复制原网络的代码即可,需要进行基本的修改才能保证它安全运行,为此,我们总结了几种常见的安全问题及防护方法。

网络层

由于分叉链是独立于原网络的区块链,首先需要在网络层(P2P)进行隔离:

1、种子节点

种子节点,也称 bootnode 或者 seednode,是区块链启动时网络首先会尝试进行连接的节点。分叉链在启动时首先连接种子节点列表里的节点,从而进一步发现网络中其它的对等节点,然后才能进一步同步区块,达成共识。因而必须要修改种子节点列表,防止连接到原网络的节点。

Nirvana协议Stablecoin池流动性已接近枯竭:7月28日消息,据算稳协议Nirvana页面信息显示,其Stablecoin池流动性已接近枯竭,USDC、DAI、USDT和USDH储备近乎为0,仅剩710.5万枚协议Stablecoin NIRV。

此前报道,算法稳定币协议Nirvana遭攻击,代币暴跌90%。[2022/7/28 2:43:24]

2、异形攻击

即使种子节点列表改变了,但并不代表分叉网络不会连接到原网络,因为双方的 P2P 协议是相同的,如果有一个节点无意中添加了另外一个网络的节点连接,那么两个节点将成功握手,并将对方添加到节点地址池。不仅如此,双方节点还会将自己节点里的地址分享给对方,进而造成双边网络节点池互相污染。关于这个问题,慢雾此前曾单独披露过《冲突的公链!来自 P2P 协议的异形攻击漏洞》。

为了解决地址池互相污染的问题,需要在通信协议上做网络识别。早期的以太坊并不支持网络分隔,但后续的版本中在协议里加入了 NetworkID 做为网络区分的标志,NetworkID 通常是每个链的 ChainID,例如以太坊主网的 NetworkID 和 ChainID 都为 1,而 ETHW 初始版本中并未对 NetworkID 进行分叉,可能存在异形攻击漏洞。

58COIN永续合约大户持仓情况20:00播报:截至20:00,据58COIN官方永续合约数据,大户持仓情况如下:

BTC永续合约账户中,多头平均持仓比例为15.79%、空头平均持仓比例为18.64%,空头暂时领先,领先数量(净头寸数量)为0.22万个BTC。

EOS永续合约账户中,多头平均持仓比例为15.20%、空头平均持仓比例为16.39%,空头暂时领先,领先数量(净头寸数量)为93.99万个EOS。

ETH永续合约账户中,多头平均持仓比例为16.46%、空头平均持仓比例为17.81%,空头暂时领先,领先数量(净头寸数量)为1.01万个ETH。[2020/9/18]

在比特币网络中,使用的是 Magic 值来标识不同的网络,通常在 chainparams 里进行定义,例如比特币主网值为 F9BEB4D9,测试网值为 FABFB5DA。

共识层

1、交易隔离

通常与区块链交互时,我们需要用自己的私钥签署一笔交易,随后这笔交易被广播到网络,并被矿工或者出块节点打包到区块中。但如果区块链出现分叉,这笔交易可能会被两个网络分别打包到不同的区块当中,假设这是一笔原链上 的转账,那么分叉链上也会有相同的一笔转账,显然这是一个非预期行为,会造成资产损失。

Coinbase聘纽交所资深人士担任财务副总裁:纽约证券交易所资深人士Eric Scro将担任Coinbase的财务副总裁。Coinbase在一份声明中表示:Eric Scro将专注于为公共机构客户提供服务,并对应业务及财务上日益复杂的监管要求。Eric Scro还将指导纽约办事处跨多个业务功能的工作进展,并协助Coinbase Custody等新产品的开发。[2018/3/9]

这时就需要对交易进行重放保护,在早期以太坊的版本中没有做这样的保护,后来 EIP155 之后在交易结构中加入了 ChainID,确保用户签署的交易只用于当前网络。如果对以太坊进行分叉,那么也需要对 ChainID 进行重新定义,当然这并不是只修改配置里的 ChainID 这么简单,因为分叉链需要对旧的区块做兼容,所以需要在分叉高度之后使用新的 ChainID,才能保证分叉链正常运行。

比特币的交易结构中不存在 ChainID,那么它是如何做重放保护的呢?比特币使用了一种叫做 UTXO 的模型,简单说它是对一笔交易(UTXO)进行花费,而不是对账号进行花费,通常全新启动的网络不会存在相同的两笔交易,也就不存在重放的场景。

Coinbase加入区块链应用程序开发,招聘“高级工程师”:加密货币交易所和钱包服务提供商Coinbase日前正式加入了一个区块链应用程序研究工作组,称为“the Proof of Work Blockchain Common App”。Coinbase 在官推上称,“很高兴能成为其中一员,我们正在聘请全职高级工程师,从事比特币、以太坊、闪电网络和其他协议的研究”。加入Blockchain Common App工作组的其他成员还包括Sia、Zcash和OpenBazzar等,目前成员总数已达18家。[2018/3/4]

但是在硬分叉的情况下,还是会存在交易重放的问题,例如 2017 年的 BCH 分叉以及后来的BSV分叉。BCH 通过在交易数据签名添加SIGHASH_FORKID(0x40),使得 BCH 上的交易和 BTC 的交易不再互相兼容,从而达到重放保护的目的。

2、算力调整

在分叉前,原链占有全网所有的算力,那么依据 PoW 共识算法,它的出块计算难度也是比较高的。分叉后,算力分散到不同的区块链上,那么分叉链由于共识不足通常无法获得足够的算力去生产新的区块,区块的增长会陷入停滞。这时有必要降低分叉后的初始计算难度,给分叉链赢得一个快速调整算力的时间窗口。

3、防范 51% 攻击

网络和交易都隔离开了,区块链分叉了,新区块顺利产出,一切都看似正常。然而安全问题依旧突出,它依旧存在一种更普遍、更难以防御的攻击:51% 攻击。

挖矿是逐利的,当出现分叉币时,哪边的挖矿收益高矿工就会把算力切换到那个网络,但现实是分叉币往往币价低,导致整体的算力十分低。以 ETHW 分叉为例,我们从 2miners 上看到,原 ETH 网络算力峰值最高超过 900TH/s,而在写稿时 ETHW 的算力只有 30TH/s 左右,大量算力消失并不是好事,它随时可以对 ETHW 发起 51% 攻击。

对于这种 51% 攻击的防范几乎没有什么很好的方法,只能通过增加确认数来防范。

应用层

我们把建立在交易上的应用,如基于虚拟机的智能合约,统归为应用层。区块链在分叉时,也会对运行在区块链上的应用产生巨大影响。

1、签名重放

签名重放与上文提到的交易重放是相同道理的,有一些合约,例如 Gnosis Safe,它会在合约里验证用户的签名,如果签名里没有包含 ChainID,那么这个签名非常可能可以在两个链上重放,导致资产损失。

2、预言机失效

分叉后的区块链多数智能合约依旧可以正常运行,例如 Token 合约、AMM 合约,这些自运行系统不依赖于链下数据就可以稳定运行,但类似 MakerDAO 等借贷系统,高度依赖预言机的价格数据,在失去链下喂价支持后,它将无法继续运行下去。

3、价格剧变

区块链分叉了,一个应用同时运行在两个链上,用户该使用哪个链上的应用?哪个算是“正统”的呢?这个问题又回到了共识上,通常哪个区块链拥有正统的共识,那么它上面的资产就会保留原有的价值共识,而另一个区块链上的资产会在瞬间失去价值。

这种价格上的剧烈变化,会导致 DeFi 应用彻底崩溃,借贷应用永远无法平仓,有一些有识之士会抓住分叉的时间窗口,把“归零”的资产通过 AMM 等应用兑换成主链代币,从而保留了一些价值,在 ETHW 分叉事件中,我们观察到了大量分叉链上的套利行为。

总结

至此,我们从网络层、共识层和应用层对区块链分叉的安全性进行了分析,可以看到其中存在的技术风险,对于分叉我们需要十分审慎地对待。并且,不少分叉的背后不仅仅是技术变革的需要,有的可能存在商业上的直接利益,例如发起方在分叉中直接获取大量的分叉币,这些都需要用户准确认识,避免不必要的损失。

区块链是一种去中心化的系统,它的升级不依赖于单一个人或组织,因此分叉在区块链里难以避免,虽然给社区用户带来混乱,但也促进了系统向前发展以更好地服务社会。

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