区块链:从传统网络安全视角 区块链安全有何不同？

原文标题：《区块链安全和传统安全有什么不同》

撰文：卫剑钒

说起传统安全，很多朋友都比较熟悉，基本而言，就是针对漏洞（管理、技术、人性）的攻击，和针对攻击的防护。

但说起区块链安全，很多人就不太了解了。有人说区块链本身是安全的，传统攻击根本奈何不了它；但也经常看到区块链里的安全事件，似乎一点也不少。

那到底和传统安全有什么区别呢？

本文就是讲一讲这个。

区块链在设计上大量采用密码学技术，在业务层、通信层、数据层均使用了加密、签名、Hash 等技术，再加上区块链的去中心化设计，使得区块链所承载业务的保密性、完整性、可用性，达到了史无前例的高度。

但从本质上讲，区块链仍然是一个软件系统，软件可能存在的安全问题，区块链一样有。

即便区块链在底层无懈可击，其上层运行的各种 Dapp、Web3 应用仍可能漏洞百出。

这就好比，地基做得再安全，也不能保障其上的建筑没有安全问题。

本文的结构：

安全主要看什么？

传统安全的问题主要在哪里？

区块链，解决了什么安全问题？没有解决什么？

其实，安全说来说去，就三个东西，至今没有超越：

保密性、完整性、可用性。

这三性简称 CIA（三个英文单词的首字母缩写）。

即便有其他的说法，也都不在一个层次上，比如认证性、可控性、可审计性、防抵赖性等等，这些都是 CIA 的附属或延伸，都是为 CIA 服务的。

NFT铸造平台Zora宣布推出了新的Layer-2:金色财经报道，NFT铸造平台Zora宣布推出了新的Layer-2扩展网络，以促进更快、更便宜的链上艺术品铸造，目前已获得OpenSea的支持。这意味着在Zora网络上铸造的艺术品现在可以在OpenSea上买卖，并且OpenSea的NFT相关工具套件现在将能够在Zora的扩展网络上铸造资产。Zora网络建立在现有扩展网络Optimism的技术堆栈之上。[2023/7/8 22:25:21]

如何深刻理解 CIA？

熟悉 UNIX 的同学会比较容易理解一些，在 UNIX 的思维里，一切都是文件，而文件的安全，最终落实到读、写、执行（rwx）上。用户对某个文件的访问权限，就是是否可读、是否可写、是否可执行。这大体就对应了保密性、完整性、可用性。

保密性，就是不想让别人知道的就不让别人知道。

实现的思路无外这么几种：

不记录，不留任何书面记录，只留在脑海里，且不露声色。

锁起来，不管是物理性还是技术性的锁，实现对访问者的访问控制，被授权者才能访问。

藏起来，只让授权者知道在哪里，其他人不知道在哪里，隐写术也可以归到此类中。

加密，使用编码（code）或者密码（cipher）的方式，有密码本或者密钥才能访问。

完整性的概念不太好理解，最简单的理解就是，如果没有授权，对一个东西的任何部分都不能添加、减少、更改，如果非授权地做了这些，就破坏了完整性。

此外，完整性还有一个比较直观的含义：一致性。也即系统数据和真实世界一致，正如完整性的英文 integrity 本身有「诚实」含义一样，数据被篡改就肯定破坏了一致性。

比特币矿企Luxor与Cryptodrilling合作，以扩大东南亚业务:金色财经报道，比特币矿企Luxor希望通过与挖矿服务提供商Cryptodrilling合作，以扩大其在东南亚的业务。该公司将把Luxor的软件、固件和衍生品集成到自己的hashOS平台上。它还将获得挖矿咨询。Cryptodrilling帮助矿企建立关键基础设施，并就如何谈判电力合同、建造设施和购买机器提供建议。（The Block）[2023/2/23 12:25:50]

可用性相对比较好理解，系统瘫了、慢了，数据不可用了，都是可用性出了问题。凡是系统提供的服务给人「用不成」、「没法用」、「不起作用」、「不好使」的感觉，那就是可用性出问题了。

信息系统，要保障的就是这三点。

而通常用来保障 CIA 的做法，就是认证、授权、访问控制、校验、加密、检测、备份、多活等等。当然，这些工作往往没有做好，会有各种各样的漏洞，一方面，发现了赶紧补上，另一方面，从源头做起，尽量减少漏洞的发生。

传统安全的主体差不多就是这些。

如果你已经是安全圈的老手，可以跳过这一节。

安全漏洞有很多种，本文不会一一列举，只是简单举一些例子，让大家看看大致情况。

从最高层面上讲，漏洞的共同特点是：攻击者的行为，使得软硬件的行为，超出了系统设计者的预期，产生了负面的效果。

所谓 SQL 注入，就是在页面输入栏中或者在 URL 等处，黑客没有按照程序员预期的内容输入正常数据，而是在夹杂了 SQL 关键字，程序在处理输入数据时，用到了 SQL，并把输入内容作为 SQL 语句的参数。这样，SQL 语句可能就会执行黑客巧妙插入的 SQL 内容，使得黑客可以执行程序员预期外的数据库操作。

?ChatGPT概念继续走强:2月6日消息，ChatGPT概念股继续走强，科创板海天瑞声再度触及涨停，近6个交易日股价翻倍。汉王科技、天娱数科、高鸿股份等涨停，福石控股、拓尔思、云从科技等继续走高。[2023/2/6 11:49:40]

程序员应该多检查一下的，绝不能允许输入中含有这类攻击尝试，但大多数程序员并没有安全知识，即便有一点，也未必能做好，黑客就还有可能绕过。

黑客破坏了什么安全性质？黑客写入了系统预期外的数据，破坏了系统的完整性。黑客如果通过 SQL 语句还拖了库，就进一步破坏了系统的保密性。

程序什么地方没有做好？访问控制，就不该让什么数据都进来的。

缓冲区是内存中存放数据的地方，通常都会有一个预设的大小。在将用户输入的数据放到内存中时，如果不做好检查，就可能超出内存预先设定的空间，发生缓冲区溢出。由于程序的运行代码也在内存中，如果黑客设计得足够精巧，就可以通过溢出覆盖掉原先的代码，使计算机最终执行了黑客的代码。

这和 SQL 注入有异曲同工之妙，黑客利用输入数据的机会，写入了可执行代码，而受害主机居然执行了它！

黑客肆意乱写内存区，一样是破坏了系统的完整性。

程序则没有做好访问控制。

比如一个网站给了用户上传 jpg 照片的入口，由于未做检查，黑客成功上传了 JSP 文件，然后黑客找到该上传文件的 URL，就可以执行他写好的脚本，这个脚本完全可以是一个木马。

和前面一样，由于检查不严，让黑客钻了空子，写了设计者预期外的文件，运行了设计者预期外的程序。

程序的访问控制没有做好。

Floating Point Group聘请Chris Hazelton为其营销总监:金色财经报道，加密大宗经纪公司Floating Point Group聘请Chris Hazelton为其营销总监。Hazelton曾领导托管技术提供商Fireblocks、移动安全公司Lookout和黑莓企业软件部门的营销团队。

一个月前，Floating Point Group聘请了富国银行的前电子交易销售主管来监督美国和整个亚太地区的业务发展。（blockworks）[2022/9/23 7:17:23]

劫持有很多种，比如 TCP 劫持、HTTP 劫持、DNS 劫持、证书劫持、密钥协商劫持等等。

共同的特点是，A 以为自己是在和 B 交互，B 以为自己在和 A 交互，但实际上，他们都是和中间的 C 在交互。A 和 B 的所有内容都经过了 C，C 看得见 A 和 B 通信的内容，C 还可以修改 A、B 间通信的内容。

这至少破坏了 A 和 B 通信的保密性，如果 C 还修改了数据，就破坏了完整性。

程序的认证没有做好。

如果用户口令比较弱，黑客尝试多次后，可能破解出口令并进入系统。

这种事，有人可能认为责任在用户，但一般而言，现代的应用系统都会对用户所设口令的强度进行强制要求。

因为黑客一旦得手，系统的完整性会遭到破坏（系统接受黑客就表明一致性失效），并可能造成进一步的破坏，比如黑客进入后看到了不该看的东西，保密性被破坏。

系统的认证没有做好。

在某个网站里，用户 A 和 B 都是普通用户，按道理只能操作自己的个人信息，A 如果通过某种黑客手法，可以操作 B 的个人信息，这就是平行越权；如果 A 是普通用户，B 是管理员，A 如果能通过某种黑客方法，执行 B 才能做的操作，这就是垂直越权。

交易员预测美联储6月加息“75-100个基点”的可能性为99.9%:6月15日消息，根据芝商所FedWatch最新数据显示，交易员们预计美联储6月加息“75-100个基点”的可能性为99.9%，即截至6月年内的累计加息将达到150-175个基点。[2022/6/15 4:29:48]

越权漏洞通常是权限校验逻辑不够严谨导致的。

程序的权限管理没有做好。

明星在网站官宣新闻，导致大量群众涌入围观，以至于该网站瘫掉或者响应很慢。

这是典型的系统可用性出现问题。

系统什么没有做好？可扩展性没有做好。

2015 年，谷歌位于比利时的数据中心由于遭遇了 4 次闪电袭击，导致磁盘受损，虽然谷歌对这些磁盘进行了紧急修复，但部分数据仍然永久丢失了。谷歌特别强调，丢失的数据非常非常少，只占该数据中心的 0.000001%。即便如此，一些谷歌用户永远失去自己的部分个人数据。

这典型地破坏了数据的可用性。

系统的容灾备份没有做好。

区块链和传统系统的最大区别就是两点：一是使用了大量的密码技术，二是使用了去中心化的结构。

前者使得保密性和完整性大为增强，后者使得可用性大为增强。

先说一下密码技术使用带来的好处。

在早期的 WEB 世界里，比如在 IP 协议里，在 HTTP 中，在 FTP、TELNET 中，都不太使用密码学技术。因为当时互联网处于早期，主要目的是互联互通，而且主要在高校和科研机构之间使用，并没有太多精力和心思去考虑恶意攻击。程序员在这些方面总是心思纯净的，总以为别人都是可以信任的，总认为没有人「那么无聊」。

后来他们才发现，现实世界充满了攻击、破坏、仿冒和入侵，程序员们不得不引入各种安全技术，密码学也被因此被引入，SSL、SSH、HTTPS、IPSec 这些新一代的网络协议纷纷出现。

但这些大都处于传输层，主要是给传输数据加密的，并没有上升到业务层面或用户层面，最终用户并不能感受到密码学的好处。什么是用户层面的加密？举个例子：office 文档的口令加密、winrar 加密、truecrypt 全盘加密、网银中的 U 盾等等。

而区块链在设计的一开始，就内置了的加密算法，这使得：

1、区块通过 hash 链接起来，从第一个区块，直到最后一个区块，所有区块是否正确，都可以很容易地验证，这保证了所有区块数据的完整性。

2、伪造区块的 hash 并不容易，只有符合特定难度的 hash，才会被认可，伪造这样的 hash，需要付出大量的计算，和挖矿相匹敌的算力。

3、每个用户有一个私钥，用私钥对应的公钥生成一个可以公开的地址。攻击者无法通过暴力破解的方法获得私钥。

4、由于用户体系是建立在公钥体制之上的，对用户的认证、用户的签名，对称密钥的建立（如果需要）都变得极为容易和便利。

5、区块中的每个交易，都要提供签名才能完成。攻击者没有私钥，无法签名，无法伪造交易；同时，有了签名，用户无法抵赖自己发出过的交易。

可以看到，区块链对 hash 和公钥体制的内置采用，直接提供了密码学级别的完整性、保密性。

而密码学技术，经过近一个世纪的发展，已经建立起相当坚实的基础，现代密码学的一些公开算法提供着全球顶尖级别的安全保障。这些算法中的佼佼者，目前没有任何国家力量可以破解（即便有一些后门传说，都还仅限于传说之中，没有明确的证据表明传说属实）。

然后看看去中心化的好处：

1、多一个节点，多一个备份。

以比特币为例，全球接近 10000 个节点提供服务，导致比特币系统自诞生以来，一直稳定地运行，任何人都未能让它停摆。因为即便有 8000 个节点同时失效，还有 2000 个在工作。事实上，即便全网只有几个节点工作，这个网络就仍然可以运转。

2、部分变节，仍可工作。

系统的稳健性并不建立在某个操作系统或某种数据库的安全之上，而是建立在其独特的区块式数据结构之上，部分节点即便失陷，即便故意作恶，也不影响大局。具体能容忍多少个失陷变节，要看具体的共识算法。

3、不依赖于某人或机构

只要你愿意，下载一份软件（代码都是开源的），你就可以加入比特币或以太坊或任何一个公链，你不用征求任何人意见，也不会因为任何人的失踪和退出而担心这个软件的前途，你只是根据你的判断、你的兴趣和你的利益运行它，也就是说，没有单人、单机构可以控制它。

去中心化，大大增强了可用性。

从最基本的逻辑讲，区块链只是大大提升了安全性，但并不能确保没有问题。

我们已经在区块链安全经典案例「922 亿个比特币」和「The DAO 被盗」中看到：

比特币因为程序员未能注意到整数溢出的问题，闹了大笑话，说好的总量 2100 万个比特币，居然在某个交易中出现了 1845 亿个比特币！

构建在以太坊之上的 The DAO，由于开发者对重入攻击一无所知，导致用户众筹而来的 300 多万以太币被人盗走，落得尴尬收场。

这至少告诉我们两点：

1、作为区块链本身，虽然在设计上使用了大量密码学算法，但如果设计或编码不慎，就可能会有大漏洞。

2、即便区块链本身经过千锤百炼，提供了让人完全放心的安全，其上的智能合约也不能保证安全。

因为智能合约代码中的逻辑，如果和需求、设计、编码的预期不符，就会出问题。

这和传统安全没有任何不同。

此外，还有一点非常关键：

3、区块链所使用的密码学技术，可能本身也有漏洞。

毕竟，密码学也是人搞出来的。

只要是人做出来的东西，就总会有漏洞。

卫剑钒

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