加密货币:拒绝服务攻击：成也矿工，败也矿工

来源：头等仓

摘要：我们发现了一种针对类似比特币区块链的拒绝服务攻击，这种攻击模式比之前的攻击模式成本要低得多。区块链依赖于激励机制来保证系统安全。我们展示了攻击者如何破坏这些激励机制，从而导致理性的挖矿者停止挖矿。

自互联网诞生以来，拒绝服务攻击问题就一直在困扰着互联网。DoS攻击者以各种服务为目标，旨在获取乐趣和利润。最常见的是，他们会向服务器发送大量的请求，导致服务器太忙，以至于无法为正常用户提供服务。应对措施通常是通过识别洪水来源来防止这类攻击。

因此，在所谓的分布式拒绝服务攻击中，攻击者必须协调来自多台计算机的洪泛。

头等仓注：DDoS宽带消耗攻击可以分为两个不同的层次；洪泛攻击或放大攻击。洪泛攻击的特点是利用僵尸程序发送大量流量至受损的受害者系统，目的在于堵塞其宽带。放大攻击与其类似，是通过恶意放大流量限制受害者系统的宽带；其特点是利用僵尸程序通过伪造的源IP(即攻击目标IP)向某些存在漏洞的服务器发送请求，服务器在处理请求后向伪造的源IP发送应答，由于这些服务的特殊性导致应答包比请求包更长，因此使用少量的宽带就能使服务器发送大量的应答到目标主机上。

有趣的事实：分布式源通常是用户的受害机器形成了机器人网络或僵尸网络。

智利银行仍拒绝为加密公司客户提供服务:金色财经报道，智利银行和加密货币交易所之间的冲突仍在发展，因为一些银行不愿为这类机构服务。交易所准备的一份新报告称，大多数银行拒绝将加密货币公司作为客户，因为在服务其他类型客户的情况下，风险是可控的。这场法律斗争始于2018年，当时几家银行机构关闭了一系列交易所的银行账户，今年将在国家自由竞争法庭上确定。

智利交易所Buda.com准备了一份文件，得出的结论是，银行串谋拒绝向加密货币交易所提供服务，理由适用于其他业务，如经营珠宝、手表、各种车辆、艺术品或古董的公司。[2023/1/13 11:10:23]

像比特币这样的加密货币，则是DoS攻击一个特别有利可图的目标。理论上，期货市场和保证金交易允许攻击者做空一种加密货币，通过压低该货币的价格来获取利润。而竞争激烈的加密货币，以及担心加密货币影响金融主权的政府，则是其他潜在的攻击者。据我们所知，在实际操作中，还没有过对重要加密货币的成功DoS攻击。

原因是区块链协议的去中心化性质。在区块链的世界中，并没有可攻击的中心服务器。运行区块链的机器被称为矿机，它们会完全复制区块链数据。虽然发生过对个别机器的攻击，但几台机器的完全关闭，对整个系统的可用性几乎没有影响。

更有趣的事实：比特币的P2P网络是为了抵御攻击而构建的，它吸取了僵尸网络的教训。

实际上，针对比特币这类区块链的DoS攻击是非常昂贵的。中本聪提出的比特币协议依靠工作量证明机制来保证系统的安全性，矿工只能证明他们在系统外花费了资源来创建区块。仅当系统中的大部分计算能力运行正常时，才能维护区块链的安全。因此，攻击者要进行DoS攻击，其拥有的计算能力就要比其他参与者的总和都要高，即51%攻击。对于主要的加密货币来说，51%攻击的代价对于大多数实体而言都是难以承担的。

纽约州环境保护部拒绝比特币矿企Greenidge Generation的发电厂运营许可证申请:7月1日消息，纽约州环境保护部（NYSDEC）拒绝了比特币矿企Greenidge Generation申请继续在该地区运营所需的发电厂许可证。

NYSDEC表示，Greenidge的申请与该州《气候领导和社区保护法案》（CLCPA）制定的气候目标不一致，该法案旨在到2050年将纽约的温室气体排放量减少至少85%。

Greenidge一直受到环保人士的抨击，因为它使用化石燃料为其在纽约州北部Seneca Lake的PoW挖矿作业提供动力。NYSDEC在给Greenidge的拒绝信中指出，自气候法案生效以来，Greenidge位于Dresden的工厂的温室气体排放量“急剧”增加。该工厂由天然气提供动力，尽管它最初是一个燃煤设施，后来被Greenidge的母公司Atlas Holdings改造。（CoinDesk）[2022/7/1 1:44:03]

这类攻击在2018年底BitcoinABC和BitcoinSV之间的“哈希战争”中有过尝试，但没有成功。

BDoS的提出

我们发现，中本聪协议的固有特性，会使其容易受到明显更便宜的DoS攻击，我们利用了区块链协议依赖于安全性激励的这一事实。在区块链中，参与者因参与加密货币挖矿而获得奖励。当这些激励措施不再能够促进良好行为时，该系统就会处于危险之中。我们将这种攻击称为区块链DoS，它剥夺了矿工的理性，使得他们违反规则要比遵循规则更有利可图。

美SEC主席拒绝评论以太坊是否是一种证券:金色财经报道，美国证券交易委员会（SEC）主席Gary Gensler表示，Howey测试足够清晰，可以确定某种加密货币资产是否是证券。然而，虽然他过去反复声明比特币是一种商品，却回避了有关以太坊监管状况的问题。据悉，早在2018年，Gensler就声称有充分的理由将ETH归类为证券。[2021/8/4 1:32:29]

为了充分发挥效力，攻击者需要矿工了解这种攻击行为，以及让他们意识到可以通过此攻击行为增加利润的事实。显然，这种策略行为并没有在挖矿软件中预先编程。因此，我们认为，这种攻击并不会带来迫在眉睫的风险，因为矿工们在面对攻击时，必须重新编程挖矿设备，以最大化其利润。

这种攻击的存在，也许并不令人惊讶，它确实是BryanFord和RainerBhme所提出理论的一种表现，他们认为，从理性主体的角度分析系统效用是有限的，因为外在激励是无法与拜占庭行为进行区分的。

下面我们将概述这种BDoS攻击的机制。首先，让我们先从中本聪背景开始讲起。

背景

绝大多数加密货币都在使用中本聪为比特币提出的区块链协议。在中本聪区块链中，系统中的所有交易都被放在区块中，并形成一个不断增长的链。矿工们通过新交易组成的新区块来扩展这条链，并将其发布给所有其他系统参与者。区块生产的速度，是通过要求矿工们在区块中提供工作量证明来调节的。为了激励矿工们的工作，生产区块将获得一些固定的奖励。如果矿工规模不是太大，那么他们就会被激励来延长区块链，并获得相应的奖励。

Reddit联合创始人拒绝证实其平台整合加密货币的传闻:最近传言称Reddit正考虑将加密货币整合到其平台中，但其联合创始人Alexis Ohanian在4月21日接受采访时不愿证实这一点。“很遗憾，我不得不对此保持沉默。我一直认为Reddit的长期价值不会来自传统广告。”不过，他谈到自己对Reddit子社区内促进经济发展的前景感到兴奋，Reddit已经尽最大努力为真正具有社区意识和归属感的用户搭建了一个平台。

他对Kevin Costner参演的作品充满信心，“如果你能从数字商品和游戏中吸取最好的教训，并为此提供无缝的数字交易，这将会发生——这将会发生很多，”他指的是用户生成的数字商务的有机增长。他看到在目前新冠肺炎疫情导致封锁、UGC流量蓬勃发展环境下的机会，“现在是像Reddit这样的公司加倍增加收入来源的时候了，这些收入流建立在社区动态的基础上。”

据此前报道，Reddit区块链积分系统细节曝光，在以太坊上运行，积分总量2.5亿、可兑换会员福利。Reddit向Decrypt证实，确实在开发这样的系统，但目前只考虑在一个社区上使用。（CryptoGlobe）[2020/4/25]

由于矿工遍布全球，因此偶尔会有两个或多个矿工同时生产区块，而这些区块有相同的父块，这导致的结果就是分叉，也就是链出现了多个分支。而要确定哪条链是主链，中本聪提出的规则是：最长链就是主链，所有矿工都应该延长这个最长链，而与主链分离的区块以及它们的回报都会被忽略。

动态 | Payonee CEO拒绝透露是否将进入加密货币领域，称Facebook是有价值的客户:金色财经报道，跨境支付服务提供商Payonee今天宣布已收购德国初创公司Optile。合并后，Payonee下一步可能会进一步扩大业务范围，目前其市值已超10亿美元。该公司首席执行官Scott Galit称，跨境支付是一个价值50万亿美元的市场，但他拒绝透露扩张是否将包括向加密货币等领域。但在被问及Calibra时，他指出Facebook是一个有价值的客户。据悉，Payoneer被用于向企业付款，其用户包括Facebook、亚马逊、Airbnb和谷歌等。[2019/12/11]

为了避免失去奖励，矿工在接收并验证最新区块之前就开始采矿。一旦在最新区块的header中接收到它的元数据，矿工们就开始对它进行挖矿。这样就能避免了在旧区块上浪费挖矿资源，增加了挖取下一个区块的机会。通常，这不是好的做法，并引起了很多安全研究者的担忧。在轻量级客户端使用简化支付验证协议进行部分区块链验证之后，这种基于区块头的挖矿方法便被应用了，并被称为SPV挖矿。

攻击

我们提出的攻击者会使系统处于一种状态，在这种状态下，理性矿工的最佳行动就是停止挖矿。

为了诱发这种状态和相应的证明，攻击者生成一个区块，并只发布其区块头。而给定一个区块头，一个理性的矿工有三种可能的行动：其可以延长主链，然后忽略区块头；其可以扩展这个区块头；

其可以停止挖矿，既不消耗算力，也不赢得奖励；

如果理性矿工遵循选项1并扩展主链，找到并广播了新的区块，那么攻击者矿工将使用其相对较高的连接性并传播与区块头BA相对应的完整区块。这会导致两组矿工之间的竞争，其中一组先接收到攻击者的区块数据，另一组则先接收到理性矿工的区块。

理性矿工很有可能会输掉比赛，而区块Bi永远不会被包含在主链当中。与“无攻击”情况相比，这降低了在最后一个完整区块进行挖掘的预期收益。

如果理性矿工遵循选项2，并成功地扩展了攻击者的区块头BA，则攻击者就不会发布完整的区块BA。这导致理性矿工的区块永远不会包含在主链当中，从而导致该区块的预期回报为零。

因此，在这两种情况下，如果“无攻击”设置中的原始盈利能力不是太高，则攻击者都可以确保诚实的矿工最终会蒙受损失。因此，BDoS攻击者的威胁，意味着诚实矿工最好是放弃，而不是选择挖矿，即选择第三个方案。正如电影《战争游戏》中所说的那样，“唯一能赢的途径，就是不参与。”

BDoS攻击成功的条件

现在我们来说下BDoS攻击者成功的条件是什么。具体来说，对于特定的理性矿工i，我们要考虑在什么条件下，无论其他参与者的行为如何，i停止挖矿要比继续挖矿更有利可图。答案取决于三个因素：首先，如果攻击者的算力足够多，那么攻击将成功；其次，如果矿工i的算力足够少，那么他将成功；最后，如果矿工i一开始利润不高，那么他将成功；

矿工i的盈利因素是，如果没有发生攻击，其在挖矿中的每1美元投资都将获得回报。下面的图片显示，对于不同攻击者大小和矿工大小成功进行攻击的最大收益率。

在我们的分析中，我们使用了一个称为收益因子的属性，它代表每美元投资的回报。这取决于挖矿设备以及电力成本，以及相关加密货币的价格。

举个具体的例子，如果最大矿工拥有的算力占全网算力的20%，那么一个拥有全网20%算力的攻击者，就可以激励所有的矿工在其盈利系数低于1.37时停止挖矿。

目前，对于比特币而言，在电价为0.05美元/kWh的情况下，比特大陆S17Pro矿机的收益因子接近2，而S9的收益因子接近1。如果币价大幅下降，难度增加，攻击者将能够激励现有的矿工停止挖矿，从而导致比特币网络完全停止运行。此外，比特币区块奖励预计将在2020年减半，这相应会降低矿工的盈利能力。

两种币模型

请注意，我们的模型是保守的，在某种意义上低估了攻击者的机会。到目前为止，我们假设一个矿工在利润为0的情况下可以继续挖矿或停止挖矿。但是，加密货币矿工通常会将挖矿工作转移到第二种加密货币上，甚至是暂时性的。如果两种币的初始盈利能力是相似的，那么在攻击发生时，切换到另一种币上，几乎就是能盈利的。这意味着在这种情况下，我们称之为两种币模型的攻击威胁，甚至要比我们上面分析所显示的还要高。事实上，两种币模型更符合现实场景。例如，有证据表明，矿工们经常会根据盈利率在BTC和BCH之间进行切换。

缓解措施以及披露责任

我们没有租用挖矿设备来进行攻击，也没有做空比特币然后跑去躲避，而是遵循安全研究的最佳做法，并经历了一段负责任的披露期。我们向受影响的主要加密货币的开发人员发出了攻击警报，并讨论了缓解措施。

我们建议对共识规则进行小小的修改，这样矿工们就可以对区块header在body在之前某个阈值时间以上的区块给予较低的优先级。这将增加攻击者输掉区块传播竞赛的机会，因此可降低BDoS攻击的有效性。不幸的是，这一对策并不是根本性的。正如我们在论文中所解释的，攻击者可以使用智能合约或零知识证明来证明其找到了一个区块。使用这些技术，就会使得区块传播竞赛中的攻击者区块与理性矿工区块之间无法被区分，从而使缓解技术无效。

BDoS攻击的另一个可能解决方案，是使用叔块奖励机制，正如以太坊采用的方案。叔块奖励机制将奖励挖到非主链区块的矿工。如果使用了叔块奖励机制，理性的矿工在BDoS攻击中停止挖矿的的机会要低得多，因为即使其输掉了比赛，它也会得到奖励。不过，这是一个折衷方案，因为叔块会降低抵御自私挖矿攻击的安全性。此外，另一种类似BDoS的攻击可能会比区块头链更长，从而再次造成严重的竞争损失。

结论

BDoS对中本聪共识区块链而言是一种威胁，因为它允许攻击者使用远低于之前攻击的算力执行拒绝服务攻击。我们已经展示了攻击者如何扭曲激励机制，并引导追求利润的矿工停止挖矿活动。我们提出的缓解措施很容易实施，但仅会影响BDoS攻击的特定类型。如果没有更有力的缓解措施，中本聪共识区块链的活跃性，就取决于矿工在收入损失的情况下是否愿意遵守协议，也就是要有利他主义。

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