ROL:如何防范对智能合约的审查攻击？

编者按：本文来自：以太坊爱好者，作者:EdFelten，翻译&校对:IANLIU&阿剑，Odaily星球日报经授权转载。在智能合约系统的设计中，一种常见的模式是要求客户端在某个时间节点前采取某些行为；如果客户端超过这个时间点没有响应，则智能合约会采取一些替代行动，而且通常来说是对逾时的客户端不利的行动。本文中，我的关注点是交互式rollup协议会用到的类似模式——由某一方提出“断言”，其他人如果觉得断言有问题，可以在“挑战窗口期”内提出挑战；如果挑战期内没有人提出任何挑战，则这个断言就会被视为有效的。这种设计模式在实践中会遇到的问题是审查攻击——攻击者阻挠其他人在时间窗口内提出挑战。在交互式rollup协议中，攻击者可能会提出虚假的“断言”，同时阻止其他人在窗口期发起挑战，最终导致虚假的断言反倒成为合法的。我们也假设，攻击者必须先投入一笔资金，一旦攻击失败，它会失去这笔钱；这样一来，我们不需要让系统被成功攻击概率为零，而只要确保攻击成功概率足够小，就不会有人愿意去尝试攻击整个系统。下文，我会总结有关审查攻击的知识，以及如何对抗审查攻击，最后给出我对这种风险的看法。审查攻击的类型

Genesis Mining运营主管：无论交易费用如何，比特币都是很好的价值存储手段:针对比特币及其区块链网络是否能在不需要第二层解决方案的情况下作为一种价值储存手段被主流采用，比特币采矿公司Genesis Mining运营主管Philip Salter表示，无论交易费用如何，比特币都是一种很好的价值存储手段。费用越高，能够有效转移的最小价值也就越大。然而，如今比特币被更多地视为一种价值储存手段，而非数字现金。Philip Salter认为，这种观念的转变仍可能引发一些问题。他说：“几年前，由于交易费用实际上为零，所以1美元的存储和传输是可行的。目前，发送一笔交易很容易花费15美元，所以再发送1美元是不明智的。如果这一趋势继续下去，由于更多的比特币使用和更高的比特币价格，它将禁止普通金额的价值转移，它将只会成为非常大金额的有效价值存储。”Salter补充道：“这就是为什么我认为第二层解决方案不仅对于比特币作为货币的使用是必要的，而且对于比特币作为价值储存手段的长期可行性也是必要的。”（Cointelegraph）[2021/1/22 16:48:07]

审查攻击主要有四种：分叉：矿工串通弃置包含正常挑战的区块，并通过分叉，使另一条没有包含任何挑战的区块链被接受。闪躲：矿工密谋在出块时不打包正常的挑战。干扰：攻击者通过传统的拒绝服务攻击，使得其他人无法提出挑战。速攻：攻击者在很短的时间内提出大量的链上断言，让其他人来不及在时间窗口内对所有断言进行检查和挑战。我们一个一个分别讨论。分叉攻击

直播｜小琬 > 挖矿小白如何区分Filecoin众多矿商的优劣:金色财经 · 直播主办的《 币圈 “后浪” 仙女直播周》第9期15:00正在直播中，本期“后浪”仙女Blocklike CEO 小琬将在直播间聊聊“挖矿小白如何区分Filecoin众多矿商的优劣”，感兴趣的朋友扫码移步收听。[2020/7/15]

分叉攻击是指在工作量证明区块链上，攻击者获得大多数挖矿算力，并根据需求使用这些算力来孤立包含挑战的区块。因为这类攻击要求攻击者控制绝大部分算力，所以很难发起——如果攻击者能够轻易获得大部分算力，表示这条区块链本身就有很大的问题。或者换个角度想，一个能够控制绝大部分挖矿算力的卡特尔，一方面会导致大家不信任他们所在的区块链，另一方面，可能也会有比审查攻击能更快从系统中榨出油水来的办法。你可能会说，慢着！算力垄断者可能并不会高调地声张，只是偷偷摸摸地搞审查；如果攻击者有能力这么做，他们可能会在避免整个区块链信誉受损的前提下，通过分叉进行审查攻击。这里引出第一个问题：审查攻击对于旁观者来说，是否易于察觉？为了证明分叉攻击是显而易见的，我模拟了分叉。假设攻击者控制了60%的算力，在前三十个区块中，出现三条分叉链，长度分别是1、6、5；这和一般的区块链完全不同。我又做了一次模拟，这次攻击者控制55%的算力，这时候一个较早期的分叉可长达48个块。根据简单的数学模型预测，当垄断了60%的算力，则每2.5块会发生一次分叉，分叉导致的孤链平均长度为5；当垄断了55%的算力，则每2.2块会发生一次分叉，分叉导致的孤链平均长度为10。可以看到，随着垄断的算力下降，分叉发生的频率及孤链长度反而增加了；但无论分叉长短，它们的共同之处是：在孤立分支上的首个区块一定包含有效挑战，而最终成为主链的分支则绝对不会包含这个挑战——提出该挑战的人一定会发现这点！所以审查攻击一旦发生，就一定会被人发现。我不知道你会怎么想，但如果我发现区块链中存在算力垄断现象，而且垄断者会时不时使用算力干扰应用层协议，我会感到非常担忧。如果其他人也有这种疑虑，整个区块链将不再被用户所信任——任何51%算力攻击皆会导致这个结果。换言之，这种攻击的问题并不是有人会审查你的应用层的交易，而是你所处的区块链存在算力垄断者，它可以为了利益不受约束地破坏规则。对于任何区块链应用来说，不论TA是否采用窗口期设计模式，只要出现了这种算力垄断，就是毁灭性的打击。如果你所在的区块链可能出现分叉攻击，你应考虑转移到其他区块链。闪躲攻击

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如果算力垄断者不采用容易被发现的分叉攻击，还有别的诡计吗？有的，就是闪躲攻击。恶意矿工只要在出块时，拒绝打包包含挑战的交易就行了；只要确保挑战窗口期内所产的区块，都由恶意矿工产出，攻击就能成功。闪躲攻击成功的可能性有多大？可以这么解释：当垄断者控制的算力比例为f，挑战窗口期为n个区块，则攻击成功率为fn。举例来说，垄断者控制了90%的算力，挑战窗口期为50个区块，则攻击成功率为0.5%。如果攻击者要为攻击失败支付大量罚金——就像rolluo协议所设计的那样——他们就不会肆无忌惮地攻击；而且如果罚没的钱能返给受害者，大家还会喜闻乐见这些未遂的攻击。所以应对闪躲攻击的办法是确保挑战窗口期足够长，使得攻击成功概率低至用户能接受的范围；假设你能接受的攻击成功率为r，攻击者至多能控制f的算力，则安全的挑战窗口期为log(r)/log(f)个区块。这个建议在现实中也是合理的；假设攻击者能够垄断99%的算力，要保证攻击成功率低至0.1%，则挑战窗口期至少要等于log(0.001)/log(0.99)=687个区块，对于以太坊来说只需要不到三小时。干扰攻击

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在干扰攻击情况下，攻击者通过“传统的拒绝服务攻击”，来阻止其他人发出挑战；也就是“以DoS进行审查攻击”。干扰攻击的问题是，攻击者必须阻止“所有”可能提交挑战的参与方，如果这些参与方足够多，则干扰攻击就很难成功。对于攻击者来说还有个坏消息是，其他利益相关方可能会暗中雇用监视者——一个暗中观察协议运行的中间方，在参与者来不及或难以发出挑战时介入，对无效的断言发起挑战。攻击者没办法辨别这些潜伏的监视者，也就没办法对他们发起DoS。综上，对于攻击者来说，干扰攻击似乎不是个好选择。速攻

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速攻指的是，攻击者发布大量的断言，使得其他人来不及在挑战窗口期内检查所有断言。任何的rollup协议都需要有防御速攻的机制，其中一种方法是对提出断言的频率进行限制，保证协议在设定的挑战窗口期内的任何时间点，全网都有足够的能力去检查待处理的断言或挑战。这类机制会在一条rollup区块链上，针对智能合约的处理能力实施一种“速限手段”——即使存在某个能快速提出大量断言的人，他最终也不得不慢下来，确保其他正常参与者能跟上。所以要衡量一个rollup系统的可扩展性，其中一个很重要的指标就是它在保证安全的前提下的最大速度限制；速限指的是一个系统能安全处理事务的速率，而不是某个参与者能够产出断言的极限速率。总结

综上所述，有三种审查攻击能够通过合理的设计或实践来避免。防范闪躲攻击：评估攻击者的资源和风险承受能力，制定合理的挑战窗口期。防范干扰攻击：自行雇用潜伏的监视者，当你出差池的时候这些监视者能够代替你发起挑战。防范速攻：更细致的设计rollup协议。关于分叉类型的审查攻击则很难分析；因为某种程度上来说，成功的分叉攻击会留下明显的证据，证明该链上存在算力垄断者，而这些算力垄断者会更愿意采取其他更快获得收益的攻击——比如双花。任何存在算力垄断的区块链都已经病入膏肓，那又何必为这种情况下的审查攻击而操心呢？

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