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區塊鏈:一文淺析區塊鏈分叉帶來的安全挑戰

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原文作者:Johan

區塊鏈分叉分為軟分叉和硬分叉。本文主要探討的是硬分叉,一種不支持向后兼容的軟件升級方式。硬分叉是共識的分裂或者改變,共識就是區塊鏈系統中各節點達成數據一致性的算法,正常情況下每個節點需要運行相同規則的算法,例如比特幣運行的是基于PoW共識,以太坊曾經也是PoW共識,最近通過“TheMerge”切換到了PoS共識算法。

分叉的原因有很多,在區塊鏈當中是一種很常見的現象,通常是短距離的分叉,這和共識算法有關,同一個高度上有時會出現相互競爭的區塊,但最終有的區塊會被放棄,只保留一個區塊。但硬分叉不同,這一種是有計劃有目的的分叉,一些節點客戶端部署了與原網絡不同的程序版本,生產出的區塊只能在分叉鏈上通過驗證,無法被原網絡接受,也不接受原網絡的區塊。例如近期熱門的EthereumPoW分叉。

如果要成功分叉一條區塊鏈并不容易,并非直接復制原網絡的代碼即可,需要進行基本的修改才能保證它安全運行,為此,我們總結了幾種常見的安全問題及防護方法。

Mori Finance已上線alpha主網:8月14日消息,據官方消息,以太坊上的原生穩定資產DeFi協議Mori Finance宣布已上線alpha主網。Mori是建立在ETH和LSD基礎上的原生穩定資產協議,可以將抵押品分為低波動性的穩定資產ETHS(ETH Stable)和高波動性的衍生資產ETHC(ETH Coin),以滿足不同風險偏好用戶的需求。[2023/8/14 16:25:05]

網絡層

由于分叉鏈是獨立于原網絡的區塊鏈,首先需要在網絡層進行隔離:

1、種子節點

種子節點,也稱bootnode或者seednode,是區塊鏈啟動時網絡首先會嘗試進行連接的節點。分叉鏈在啟動時首先連接種子節點列表里的節點,從而進一步發現網絡中其它的對等節點,然后才能進一步同步區塊,達成共識。因而必須要修改種子節點列表,防止連接到原網絡的節點。

Curve創始人目前在四個平臺上的債務規模約為4870萬美元:金色財經報道,截至目前的鏈上數據顯示,Curve Finance創始人Michael Egorove在四個平臺上還有2.698億枚CRV抵押,價值約合1.66億美元,在四個平臺上的債務規模約為4870萬美元。

此前今日早上報道,Curve創始人自8月1日開始OTC出售CRV以來,已累計向30家投資者/機構出售了1.4265億枚CRV,換得資金5706萬美元。[2023/8/6 21:28:05]

2、異形攻擊

即使種子節點列表改變了,但并不代表分叉網絡不會連接到原網絡,因為雙方的P2P協議是相同的,如果有一個節點無意中添加了另外一個網絡的節點連接,那么兩個節點將成功握手,并將對方添加到節點地址池。不僅如此,雙方節點還會將自己節點里的地址分享給對方,進而造成雙邊網絡節點池互相污染。關于這個問題,慢霧此前曾單獨披露過《沖突的公鏈!來自P2P協議的異形攻擊漏洞》。

比特幣Ordinals團隊創建非營利組織Open Ordinals Institute:金色財經報道,Ordinals 背后團隊宣布已經創建了一個非營利組織,以支持其協議的開發,該協議旨在將類似NFT的資產“寫入”比特幣區塊鏈,團隊表示,迄今為止,銘文鑄造總數已突破 2100 萬個。

據報道,這家位于加利福尼亞州的非營利組織被命名為Open Ordinals Institute,將通過資助其核心開發人員團隊來支持該協議的開發,其中包括該項目的匿名首席維護者 Raph。預計有四人將在該組織的董事會任職:Raph、Rodarmor、Hell Money播客主持人 Erin Redwing 以及匿名Ordinals技術研究員Ordinally。[2023/8/2 16:12:58]

為了解決地址池互相污染的問題,需要在通信協議上做網絡識別。早期的以太坊并不支持網絡分隔,但后續的版本中在協議里加入了NetworkID做為網絡區分的標志,NetworkID通常是每個鏈的ChainID,例如以太坊主網的NetworkID和ChainID都為1,而ETHW初始版本中并未對NetworkID進行分叉,可能存在異形攻擊漏洞。

數據:大約有4000萬個以太坊錢包持有少于0.0005ETH:金色財經報道,鏈上數據顯示,大約有4000萬個以太坊錢包持有少于0.0005ETH,由于20gwei的gas費需要大約0.0005ETH,因此人們通常不值得將其發送到交易所。[2023/3/22 13:19:31]

在比特幣網絡中,使用的是Magic值來標識不同的網絡,通常在chainparams里進行定義,例如比特幣主網值為F9BEB4D9,測試網值為FABFB5DA。

共識層

1、交易隔離

通常與區塊鏈交互時,我們需要用自己的私鑰簽署一筆交易,隨后這筆交易被廣播到網絡,并被礦工或者出塊節點打包到區塊中。但如果區塊鏈出現分叉,這筆交易可能會被兩個網絡分別打包到不同的區塊當中,假設這是一筆原鏈上的轉賬,那么分叉鏈上也會有相同的一筆轉賬,顯然這是一個非預期行為,會造成資產損失。

知情人士:投資者正敦促Zipmex首席執行官辭職:金色財經報道,知情人士表示,加密貨幣交易所Zipmex的一些股東和潛在投資者正在敦促首席執行官Marcus Lim辭職,因為他們認為管理決策導致了Zipmex嚴重的現金緊縮。周一,新加坡高等法院給予其三個多月的保護,使其免受債權人影響。這將為該公司提供額外的喘息空間,以制定融資計劃。?

其中一位人士說,Zipmex的一位大股東已經寫信給Lim,要求他辭職,理由是合作伙伴之間失去了信任,以及Babel事件帶來的影響。目前還不清楚有多少投資者支持罷免Lim。(彭博社)[2022/8/15 12:26:34]

這時就需要對交易進行重放保護,在早期以太坊的版本中沒有做這樣的保護,后來EIP155之后在交易結構中加入了ChainID,確保用戶簽署的交易只用于當前網絡。如果對以太坊進行分叉,那么也需要對ChainID進行重新定義,當然這并不是只修改配置里的ChainID這么簡單,因為分叉鏈需要對舊的區塊做兼容,所以需要在分叉高度之后使用新的ChainID,才能保證分叉鏈正常運行。

比特幣的交易結構中不存在ChainID,那么它是如何做重放保護的呢?比特幣使用了一種叫做UTXO的模型,簡單說它是對一筆交易進行花費,而不是對賬號進行花費,通常全新啟動的網絡不會存在相同的兩筆交易,也就不存在重放的場景。

但是在硬分叉的情況下,還是會存在交易重放的問題,例如2017年的BCH分叉以及后來的BSV分叉。BCH通過在交易數據簽名添加SIGHASH_FORKID(0x40),使得BCH上的交易和BTC的交易不再互相兼容,從而達到重放保護的目的。

2、算力調整

在分叉前,原鏈占有全網所有的算力,那么依據PoW共識算法,它的出塊計算難度也是比較高的。分叉后,算力分散到不同的區塊鏈上,那么分叉鏈由于共識不足通常無法獲得足夠的算力去生產新的區塊,區塊的增長會陷入停滯。這時有必要降低分叉后的初始計算難度,給分叉鏈贏得一個快速調整算力的時間窗口。

3、防范51%攻擊

網絡和交易都隔離開了,區塊鏈分叉了,新區塊順利產出,一切都看似正常。然而安全問題依舊突出,它依舊存在一種更普遍、更難以防御的攻擊:51%攻擊。

挖礦是逐利的,當出現分叉幣時,哪邊的挖礦收益高礦工就會把算力切換到那個網絡,但現實是分叉幣往往幣價低,導致整體的算力十分低。以ETHW分叉為例,我們從2miners上看到,原ETH網絡算力峰值最高超過900TH/s,而在寫稿時ETHW的算力只有30TH/s左右,大量算力消失并不是好事,它隨時可以對ETHW發起51%攻擊。

對于這種51%攻擊的防范幾乎沒有什么很好的方法,只能通過增加確認數來防范。

智能合約,統歸為應用層。區塊鏈在分叉時,也會對運行在區塊鏈上的應用產生巨大影響。

1、簽名重放

簽名重放與上文提到的交易重放是相同道理的,有一些合約,例如GnosisSafe,它會在合約里驗證用戶的簽名,如果簽名里沒有包含ChainID,那么這個簽名非常可能可以在兩個鏈上重放,導致資產損失。

2、預言機失效

分叉后的區塊鏈多數智能合約依舊可以正常運行,例如Token合約、AMM合約,這些自運行系統不依賴于鏈下數據就可以穩定運行,但類似MakerDAO等借貸系統,高度依賴預言機的價格數據,在失去鏈下喂價支持后,它將無法繼續運行下去。

3、價格劇變

區塊鏈分叉了,一個應用同時運行在兩個鏈上,用戶該使用哪個鏈上的應用?哪個算是“正統”的呢?這個問題又回到了共識上,通常哪個區塊鏈擁有正統的共識,那么它上面的資產就會保留原有的價值共識,而另一個區塊鏈上的資產會在瞬間失去價值。

這種價格上的劇烈變化,會導致DeFi應用徹底崩潰,借貸應用永遠無法平倉,有一些有識之士會抓住分叉的時間窗口,把“歸零”的資產通過AMM等應用兌換成主鏈代幣,從而保留了一些價值,在ETHW分叉事件中,我們觀察到了大量分叉鏈上的套利行為。

總結

至此,我們從網絡層、共識層和應用層對區塊鏈分叉的安全性進行了分析,可以看到其中存在的技術風險,對于分叉我們需要十分審慎地對待。并且,不少分叉的背后不僅僅是技術變革的需要,有的可能存在商業上的直接利益,例如發起方在分叉中直接獲取大量的分叉幣,這些都需要用戶準確認識,避免不必要的損失。

區塊鏈是一種去中心化的系統,它的升級不依賴于單一個人或組織,因此分叉在區塊鏈里難以避免,雖然給社區用戶帶來混亂,但也促進了系統向前發展以更好地服務社會。

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