区块链分叉带来的安全挑战_区块链:BAE Chain

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共识,以太坊曾经也是PoW共识,最近通过“TheMerge”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分叉。

区块链协会首席政策官:CFTC对DeFi的攻击违反了法院在Uniswap集体诉讼中的意见以及其自身的原则:金色财经报道,CFTC 发布命令称Opyn、ZeroEx和Deridex涉嫌运营未注册的交易平台并提供非法的数字资产杠杆交易。区块链协会首席政策官Jake Chervinsky在推文中表示:“也许我们应该放弃这样一种观点,即商品期货交易委员会 (CFTC) 是比美国证券交易委员会 (SEC) 更好的加密货币监管机构。CFTC对DeFi的攻击违反了法院在Uniswap集体诉讼中的意见以及其自身的原则。”[2023/9/9 13:28:13]

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,首先需要在网络层进行隔离:

声音 | 中国出版协会常务副理事长:区块链技术能够为知识溯源标底:据澎湃新闻报道,1月8日,中国出版协会常务副理事长邬书林表示,信息技术在整个出版业的应用是非常重要的,人工智能、大数据、区块链正在对出版业产生重大影响。借助于人工智能,可以对原本纷繁复杂的信息进行筛选分类;借助于大数据分析,可以更加高效的把杂乱无章的信息理出头绪;借助于区块链技术,能够更好的为知识溯源标底。[2020/1/8]

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。

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》。

动态 | 俄罗斯联邦储蓄银行和Interros集团完成基于区块链的外汇回购交易:据路透社俄罗斯消息,近日,俄罗斯联邦储蓄银行和Interros集团采用区块链智能合同完成外汇回购交易。[2018/12/2]

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。

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

声音 | 北京互金协会:防范以“虚拟货币”“区块链”“ICO” 及其变种名义进行非法集资的风险:今日,北京市互联网金融行业协会发布了《关于防范以“虚拟货币”“区块链”“ICO”及其变种名义进行非法集资的风险提示》。提示显示,近期,一些不法分子打着“金融创新”“区块链” “ICO”及其变种的旗号,通过发行所谓“虚拟货币”“虚拟资产”“数字资产”等方式吸收资金,侵害公众合法权益。此类活动并非真正基于区块链技术,而是炒作区块链概念行非法集资、、之实,严重扰乱了正常的金融经济秩序,带来社会风险隐患。北京互金协会提示各互联网金融企业,严格遵守国家法律法规,共同主动抵制和防范以“虚拟货币”“区块链”“ICO”及其变种名义进行非法集资行为和活动。同时,请广大公众理性看待区块链,不要盲目相信天花乱坠的承诺,树立正确的货币观念和投资理念,切实提高风险意识;对发现的违法犯罪线索,可积极向有关部门举报反映。[2018/8/30]

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。

俄罗斯私人商业银行 宣布加入到R3区块链联盟:Alfa-Bank是俄罗斯最大的私人商业银行,总部位于莫斯科。今天(4月2日),该行正式宣布加入到R3区块链联盟——该联盟总部位于纽约,是全球最知名的区块链联盟之一,其成员有多家全球银行,包括美国银行,瑞士信贷,高盛,摩根大通,巴克莱,德意志银行,德国商业银行,花旗银行,摩根士丹利等。[2018/4/3]

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。

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GnosisSafe,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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金宝趣谈

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