以太坊:V神最新演讲：覆巢式51%攻击成PoW区块链致命威胁，PoS或是唯一出路

编者按：本文来自巴比特，译者洒脱喜，作者VitalikButerin，Odaily星球日报经授权转载。

北京时间2月20日-22日，由Findora主办的2020斯坦福区块链大会在斯坦福大学举行，本次会议重点关注了区块链系统中的安全工程和风险管理方法,探讨通过加密技术的应用、去中心化协议、形式化方法和实证分析等，来提高区块链系统的安全性。在第二天的会议上，以太坊联合创始人VitalikButerin发表了题为《越过51%攻击》的演讲，在会议中，他首先提到了51%攻击的不同类型，例如最常见的回滚交易攻击，此外还有审查攻击、轻客户端攻击、劝阻攻击，以及最严重的覆巢式攻击，他认为工作量证明加密货币很容易受到这些攻击的影响，而权益证明加密货币，可以通过99%容错共识、及时性检测器等技术来检测攻击链以及审查攻击，从而消除51%攻击带来的威胁。

(图：Vitalik在2020斯坦福区块链大会演讲)以下是Vitalik的演讲内容：51%攻击能做什么？51%攻击有不同的种类，它们可以对不同的应用执行不同的操作，并产生不同的结果和后果。你可能熟悉的一种51%攻击是回滚区块。你进行了一笔交易，把钱发送到了一家交易所，然后用这些币换取了另一个币，你提走这些换得的币，然后进行一次51%攻击，恢复你的存款交易……这就是过去10年来，我们一直在讨论的主要的51%攻击类型，也是我们考虑最多的一类。一、其他类型的51%攻击1、1交易审查攻击实际上，交易审查也是另一种51%攻击！鉴于layer2协议和DeFi都是最近的大趋势，交易审查变得尤其危险。在很多layer2协议的环境中，审查就意味着盗窃！因此，如果你能够审查挑战交易，那么你就可以从人们那里偷到钱。这不适用于zkRollup，但这种攻击确实适用于人们现在正在考虑的绝大多数协议。在DeFi的背景下，审查尤其危险，因为它是一种工具，你可以通过它操纵市场，然后获取价值。如果你能审查每一笔接触Uniswap的以太坊区块链交易，然后等待一天，那么以太币的价格可能会有点波动，我就能从这次攻击中提取出大量的套利价值。可以说，审查是危险的，在DeFi协议和layer2协议中，交易审查也可以被视为与盗窃相等。1、2轻客户端攻击很多人都在运行轻客户端，如果你运行的是轻客户端，那么51%攻击可能会导致这些轻客户端接受包含完全无效交易区块的链。错误的签名、格式错误的交易、未经授权的签名，他们可以得到网络接受的可用区块。1、3数据不可用攻击这里谁熟悉数据可用性问题？好吧，虽然不是所有人，但有很多人了解了它。这里的想法是，你可以在发布区块头的地方创建一条链。轻客户端可以看到这条链，但不能在区块体中发布部分或全部数据。这是糟糕的，原因是，如果数据没有发布，那么它可能是正确的，也可能不是，而且又没有办法生成证据向其他人证明它可能是正确的，并且你拒绝了人们可能要创建未来交易的信息。也就是说，不可用的区块也是很危险的。1、4劝阻攻击劝阻攻击是一个术语，它指恶意破坏其他参与者，导致其他参与者失去收入，并驱使他们与你合谋，或者被迫退出。1/3以上算力的自私挖矿就是这样的一个例子。也就是说，51%攻击也是非常强大的劝阻攻击。1、5关于区块链的不可篡改性所以说，51%攻击是非常强大的，这类攻击对于区块链的不可篡改性而言是个威胁。谁还记得这个？一家交易所被盗走了一堆钱，他们考虑推动比特币区块链为期一天的逆转，以便拿回这些钱。如果这样的事情是可能的，那么区块链内部的东西就可能被还原，区块链就失去了其成为区块链的关键属性，这是可怕的。另外，51%攻击不是民主的，它们是富豪统治的，所以作为一种民主方法，对他们而言是没有什么好处的。二、现实中发生过的51%攻击，以及最糟糕的51%攻击场景

声音 | V神：以太坊2.0版完全实现时 确认交易时间将减少到3至6秒:韦氏评级（Weiss Crypto Ratings）今日发布推文称，以太坊创始人Vitalik Buterin说，当以太坊2.0版完全实现时，确认交易所需的时间将从几分钟减少到3至6秒——大约相当于刷卡所需的时间。[2020/1/13]

在现实当中，51%攻击是可以完成的，这是一张来自2015年香港比特币扩容大会的照片。在这张照片当中，掌控比特币90%算力的一些人坐在了一起，摆出了一副“我拥有权力”的姿态，哈哈。51%攻击是可以完成的，例如ETC、BitcoinGold等都遭遇过51%攻击，我肯定我漏说了1-2个，这些攻击都是已经发生的。覆巢式攻击实际是，我们目前所看到的51%攻击，并不是最糟糕的。对于这类攻击来说，覆巢式攻击是最糟糕的噩梦场景。基本上，你需要获得足够的硬件来攻击一条链，等它恢复之后，然后再次进行攻击，因为你仍然持有这些硬件。最后，社区会受够了这种折磨，他们会更换工作量证明算法，由于在短时间内他们没有办法构建ASIC，所以你只需要租用大量的CPU和GPU算力继续攻击，然后，这条链就死了，除非他们切换到权益证明算法能打破这个循环吗？

这是我在2016年写的一篇博文，我试图描述什么是权益证明是不同的，在工作量证明中，你只有奖励，因此你对参与攻击或者不参与攻击的惩罚，只有区块奖励这部分。而在权益证明和第二层的欺诈证明可以解决这个问题。如果你不能审查别人的区块，那么你就不能阻止它们被纳入区块链。因此，只要激励措施的惩罚是有效控制的，那么恶意破坏(Griefing)也不会是什么大问题。我们可以归结为两件事：数据可用性攻击和审查攻击。数据无效和数据不可用这是我在2017年和musalbas等人共同撰写的一篇论文，我在其中描述了一种基本上允许区块链客户端不实际下载所有数据的情况下，验证区块链数据可用性的方案。这个方案的简单稻草人版本是这样的：检查一个区块是否可用最愚蠢的方法就是下载完整的东西。但在这里，我们假设一个可扩展的、可能是分片的区块链，其中有超过2MB/秒的数据会被上传到链上，而客户端将无法下载所有的内容。对于一个想要检查数据可用性的客户端，我们要做的就是随机抽样测试。它会随机选择一些数据片段，比如30个片段、40个片段、80个片段……它会随机选择位置，要求提供这些位置的merkle证明，只要你收到你接受的所有位置的有效回复，那你就会接受该区块，将其视为有效的。如果你接受使用此方案的区块，那么你很可能知道该区块是有效的。如果只有不到50%的数据可用，比如这里左边的所有数据都可用，这里右边的所有数据都可用，那么至少有一个检查将很有可能是失败的。通过这种方案，攻击者就能够少数特定的客户端。但是，如果攻击者了足够多的客户端，以至于它们下载的子叶数据占到了总数据的一半，那么这些客户端就可以继续从那里重建数据。这并不能证明区块是完全可用的，它可能缺少了一部分，但它确实证明至少有一半的区块是可用的。如果我们有一些技术可以从50%的数据中恢复整个数据块，那就太好了。擦除编码这就是擦除编码的用武之地，所以我们要取数据，假设它是一个多项式求值，我们将在更多的点上求值相同的多项式，现在，任何50%的数据都足以恢复所有数据。有了这个方案之后，你就可以验证区块是有用的，并且区块是潜在非常大的尺寸下是可用的，同时个人要下载20-200KB的数据。这是第一部分。这包括数据可用性攻击，它是以太坊2.0分片解决方案的一部分，这至少允许我们赋予分片区块链同样的可用性保证。证明正确性那如何证明一个根是此擦除编码的根呢？你如何证明自己没有把垃圾数据卡在里面？你可以使用欺诈证明，例如这个2D的，如果你编码错误，然后有人可以做一个简短的欺诈证明，你可以将它广播到网络，然后网络就可以拒绝该区块。这个2D方案是在2017年开始研究的。最近则有一些关于编码merkle树的东西，你在merkle树中编码每一个level，这有很好的特性。也有一些方法不依赖于欺诈证明，比如使用STARK或SNARK来证明merkle根的计算是正确的，而另一种可能则涉及多项式承诺——你会得到你的数据，你会把它解释为多项式的求值，你会计算出多项式，然后你在一大堆点上做一大堆多项式承诺的opening，你的数据可用性检查将是要求80个位置而不是80个opening，或者如果你使用聪明的代数得到某种多开口，你就可以获得更高的效率。这些方案的好处是，它们不依赖于欺诈证明，因此用于验证区块数据的方案已被发表了，它们不再有任何额外的内置延迟假设。分片：越过委员会目前存在的分片区块链，通常会依赖于委员会，其想法是，你有一大堆节点，你随机抽取一些节点，你需要其中的大多数或绝大多数节点在某个区块上签名，以便网络接受该区块是有效的。问题是，任何一种基于委员会的方案，都将受到超过某个阈值不良行为者的审查。如果我们要谈论抵抗51%攻击，那么我们就要谈论一个系统，在这个系统中，即使大多数人开始攻击，那么少数人应该能够继续操作系统本身。固定阈值的分片方案，并不能真正帮助到你。所以这里的解决方案是，协议需要更充分地依赖一组数据可用性检查方案，而不是依赖于委员会。关于审查在场的各位，有哪些人想阻止审查呢？可以，有很多人，所以，现状不是很好。这是nrryuya的一篇文章，他在形式化验证以太坊方面做了一些工作，他写了一篇文章说，在目前的以太坊2.0设计中，有一些策略可以让大多数人审查区块，这种审查与单区块延迟是不可区分的，很难去确定谁该负责。这里的攻击是相当卑鄙的，攻击者攻击一些验证者，并使它们为另一个区块投票，使用其他验证者为自己的区块投票，该区块实际上包含了要审查的内容...但他们自己的选票不足以超过51%，所以他们试图审查的内容，实际上永远不会被包含在内。这是多层次的间接作用。在以太坊1.0和以太坊2.0中，一个进行51%攻击的恶意方可以进行审查，而当审查力度足够大时，就很难确定是否需要对此采取措施。纳入叔块这是我们目前能做的最基本的事情：纳入叔块。这里的想法是，在以太坊1.0中，不属于区块链的区块可以稍后被包含进来，而新的方案则是，我们添加了协议规则，该规则表示叔块中的交易也会被处理。所以，你就有了这样一条区块链，其中，叔块也被纳入在里面。想法：及时性检测器想象一下，如果我们至少可以有在线的客户端，那么在网络上的客户端可以下载东西，并定期与其它客户端通信。让它们检查是否看到一个区块准时到达。如果它们看到某个区块是按时到达的，并且它们看到该区块在很长一段时间内没有被某条链接受，那么该区块将自动被取消资格。如果一个区块没有准时到达，那么你可以用它来进行51%回滚攻击。它的思路是，客户端在本地检测到某个区块是否在它应该到达的时候到达，并将其用作确定要遵循链的信息。不是每个节点都能遵循协议的，因为离线节点也会存在。除非51%攻击正在进行中，否则如果没有攻击发生，那么获胜的区块链将是一条好的链，如果攻击正在发生，而你又处于离线状态，那么你几乎必须检查社交层，看看发生了什么，但只有少数参与者会这样做，其他人会有一个相当明确的共识。问题：边缘攻击如果你生成一个区块，无论该区块的定义是什么，它都能准时到达，一些节点将看到它在不同的时间到达。因此，节点可能不同意一个区块“是否被审查太久”，以及一个区块“是否按时发布”，它们可能不同意这些时间参数。而攻击者可以利用这一点，导致其他人在攻击是否发生的问题上，产生长期的分歧，并带来很多治理问题。所以，这就要求我们有更好的及时性检测器改进版及时性检测器我们回到拜占庭将军问题，回到1982年由莱斯利·兰伯特(LeslieLamport)撰写的论文。事实证明，这篇论文包含了一个算法，而人们并没有真正去谈论这个算法，但他们可能应该多谈一些。它把这句话用不可伪造的书面信息抽象地隐藏起来。兰伯特声称，他有一个共识算法，可以容忍高达99%的错误攻击者。这个算法是有效的，它的优点是，只要你有同步性假设，它就可以工作，不仅是在做共识的矿工和验证者之间，而且是在矿工和客户端之间，以及客户端和其它客户端之间。它对谁应该在线有一个更强的假设，其使用这个假设来获得更高程度的容错，但它是一个非常危险的假设，我们不愿意自己去做。我将描述单个证明者的版本。在这里，假设一个证明者是诚实的，然后一共有n个证明者，我们就只需要1/n的证明者是诚实的。这里的想法是，假设一个区块被发布，然后客户端和证明者有一个期限，他们需要在这个期限之前接收该区块，以便认为该区块是准时的。对于客户端来说，最后期限是t，对于证明者来说，最后期限则是t+δ。所以这里的提议者将发布一个区块b，我们假设提议者有点邪恶，其试图进行边缘攻击，节点1在截止日期之前看到它，节点2也在截止日期之前看到它。证明者发送了该区块，但是由于网络同步性假设，如果有一个节点接受了该区块，那么这意味着证明者保证在他们的截止日期之前接受该区块，因为区块可以被发送给证明者。如果哪怕一个客户端认为某个区块是及时的，那么证明者也会保证在他们的截止日期之前看到它，因此证明者会添加他们自己的签名，并且由于网络同步性，另一个客户端将在一个签名区块的截止日期之前，看到该区块加上一个签名。将其扩展到多个证明者的方法是简单的，你有很多证明者，客户端将是t+δ*k。我在eth.research上有一篇文章是专门讲这方面的研究的，所以如果你想了解更多的细节，请随时查看。讲讲大概的想法，你有一组攻击者，每个攻击者都可以将截止日期延迟一点，因此如果一个攻击者接收到一个区块，那么只要网络延迟低于你的δ参数，它就会将一个区块的及时性传播到网络的其余部分。有趣的事实如果你有这种及时性检测器，你会按照自声明的时间顺序处理所有及时区块，就是这样。唯一的问题是，它需要很长的区块时间，如果你想处理验证者的存款、取款和罚没，那这可能是一个有趣的协议，但它不是运行区块链的最佳协议。更好的说法是，你可以使用及时性检测器检测攻击链以及审查攻击。四、总结

声音 | V神：ICO与区块链精神脱节:据AMBcrypto消息，在ETHWaterloo 2活动的一个讨论小组中，以太坊创始人V神（Vitalik Buterin）表示，整个ICO机制，即使它号称是一个去中心化的项目，这“与区块链的精神是脱节的”。他解释称：“这就像区块链一样，它们是关于去中心化和信任最小化的，ICO基本上会说，‘嗨，我是一个中央集权的国王，你应该给我1亿美元，因为你信任我，我将建立这个加密项目，我会把它做得很好。所以从哲学上来说，这是完全不一致的。”[2019/11/10]

反审查技术不如其他技术完美，因为它确实依赖于网络和客户端之间的同步假设，你可以将此持续时间设置为你想要的任何时间，但它与你愿意容忍的审查级别有关。你可以保证在线节点集之间的一致性，在发生攻击的情况下，你可以就“一条链是否是攻击链”，以及其他所有事情达成共识。你可以将此作为部分社会共识的开始，以确定恢复的方式，这有助于你为攻击者分配更强程度的惩罚，因为你可以更可靠地确定攻击者是谁。一般来说，如果攻击者发布了一条不可用的链，那么数据可用性检查将捕获它，如果其发布了无效区块，那么欺诈证明可以捕获它，如果你对区块进行长时间的审查，那么这条链将自动被网络忽略。如果你审查了一个中等时间的区块，那么你可以使用及时性检测器来干净地处理它，如果攻击者试图不参与或破坏委员会，则相应就不使用委员会。好了，我们有了一系列的工具，它们基本上可以大大降低我们对51%攻击的恐惧感，或者能够忽略它们，或者从中恢复过来。谢谢大家。

声音 | V神：我希望以太坊的登录可以标准化:今日有DApp开发者发推表示：“让用户选择通过MetaMask，WalletConnect，Portis，Bitski，Formatic，Ledger或Trezor连接到DApp，这是糟糕的用户体验。更多选择并不等于更好的体验，选择一个并围绕它构建整个体验。\"V神回复：“我希望以太坊的登录可以标准化，而不是“使用元掩码登录”（或分类帐和端口等登录方式）。为什么DApp用户界面显示所有这些选项，而不是钱包提供通用标准界面，这样DApp用户界面就能检测用户拥有的内容。”[2019/7/26]

声音 | V神：加密货币并不符合有效市场假说:V神在Twitter上回答问题时表示，“如果你分析一下经济学，那么加密货币就具有使EMH（有效市场假说）不能很好地运作的各种病态属性。”有效市场假说（EMH）是金融经济学中的一种理论，它表明资产价格完全反映了所有可用信息。[2019/5/13]

动态 | V神获得巴塞尔大学荣誉博士学位:据Bitcoin Magazine报道，以太坊创始人V神（Vitalik Buterin）获得了巴塞尔大学(University of Basel)商学院的荣誉博士学位。商业和经济学院院院长Aleksander Berentsen教授表示，V神的区块链创新“改变了游戏规则”，为科学和工业开辟了一条可以追随和共同努力的道路。[2018/12/1]

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