Vitalik의 최근 연설: 51% 중복 공격은 PoW 블록체인에 치명적인 위협이 되며, PoS는 유일한 탈출구입니다.

편집자 주: 이 기사는 Free and Easy에서 번역하고 Vitalik Buterin(V God)이 저술한 Babbitt에서 작성했으며 승인을 받아 Odaily에서 복제했습니다.

베이징 시간 2월 20일부터 22일까지 Findora가 주최하는 2020 Stanford Blockchain Conference가 Stanford University에서 개최되었습니다. 방법 및 실증 분석 등을 통해 블록체인 시스템의 보안을 강화합니다.

이미지 설명

(사진설명: Vitalik이 2020 Stanford Blockchain Conference에서 연설을 하고 있다)

다음은 Vitalik의 연설 내용입니다.

51% 공격은 무엇을 할 수 있습니까? 다양한 종류의 51% 공격이 있으며 서로 다른 애플리케이션에서 서로 다른 작업을 수행하고 서로 다른 결과와 결과를 생성할 수 있습니다. 친숙한 51% 공격 유형 중 하나는 블록을 롤백하는 것입니다. 거래를 하고, 거래소에 돈을 보내고, 그 코인을 다른 코인으로 교환하고, 그 코인을 인출하고, 51% 공격을 하여 입금 거래를 되돌립니다…

이것이 지난 10년 동안 논의해 온 51% 공격의 주요 유형이며 가장 많이 고려한 유형입니다.

1. 기타 51% 공격 유형

1.1 트랜잭션 검토 공격 사실 트랜잭션 검토는 또 다른 51% 공격입니다! 레이어 2 프로토콜과 DeFi가 모두 최근의 메가트렌드라는 점을 감안할 때 트랜잭션 검열은 특히 위험합니다. 많은 레이어 2 프로토콜 환경(플라즈마, 채널, 일반 상태 채널, 라이트닝 네트워크, 낙관적 롤업, 대화형 컴퓨팅, TruBit 등 포함)에서 검토는 절도를 의미합니다!

따라서 챌린지 거래를 조사할 수 있다면 사람들로부터 돈을 훔칠 수 있습니다. 이것은 zk Rollup에는 적용되지 않지만 이 공격은 사람들이 현재 고려하고 있는 대다수의 프로토콜에 적용됩니다. 검열은 시장을 조작하고 가치를 포착할 수 있는 도구이기 때문에 DeFi의 맥락에서 특히 위험합니다.

Uniswap과 관련된 모든 이더리움 블록체인 트랜잭션을 조사하고 하루를 기다릴 수 있다면 이더 가격이 약간 변동될 수 있으며 이 공격에서 많은 차익 거래 가치를 추출할 수 있을 것입니다.

검열은 위험하다고 할 수 있으며, DeFi 프로토콜과 레이어 2 프로토콜에서 트랜잭션 검열도 절도와 동일하게 간주할 수 있습니다.

1,2 라이트 클라이언트 공격 많은 사람들이 라이트 클라이언트를 실행하고 있으며 라이트 클라이언트를 실행 중인 경우 51% 공격으로 인해 라이트 클라이언트가 완전히 유효하지 않은 트랜잭션 블록이 포함된 체인을 수락할 수 있습니다. 허위 서명, 잘못된 거래, 승인되지 않은 서명(한 계정에서 자금을 훔쳐 다른 계정으로 이체), 그들은 네트워크에서 허용되는 사용 가능한 블록을 얻을 수 있습니다. 1.3 데이터 비가용성 공격 여기 누가 데이터 가용성 문제에 대해 잘 알고 있습니까? 글쎄, 모든 사람은 아니지만 많은 사람들이 그것을 얻었습니다. 여기서 아이디어는 블록 헤더를 게시하는 체인을 만들 수 있다는 것입니다. 라이트 클라이언트는 체인을 볼 수 있지만 데이터의 일부 또는 전체를 블록 본문에 게시할 수 없습니다. 데이터가 게시되지 않은 경우 사실일 수도 있고 아닐 수도 있으며 그것이 사실일 수 있다는 증거를 다른 사람에게 생성할 방법이 없고 향후 트랜잭션 정보를 생성하려는 사람들을 거부하기 때문에 이것은 좋지 않습니다. 즉, 사용할 수 없는 블록도 위험합니다. 1, 4 낙담 공격 낙담 공격은 다른 행위자를 악의적으로 방해하여 수입을 잃게 만들고 귀하와 공모하거나 강제로 그만두게 만드는 것을 의미하는 용어입니다. 컴퓨팅 파워의 1/3 이상을 차지하는 이기적인 채굴이 그 예입니다. 즉, 51% 공격은 매우 강력한 설득 공격이기도 합니다. 1.5 블록체인의 변조 불가능한 수정에 대해 51% 공격은 매우 강력하며 이러한 유형의 공격은 블록체인의 변조 불가능한 수정에 위협이 됩니다.

누가 이것을 기억합니까? 거래소에서 많은 돈을 도난 당했고, 그들은 그것을 되찾기 위해 비트코인 ​​블록체인의 하루 반전을 추진하는 것을 고려하고 있습니다. 이와 같은 것이 가능하다면 블록체인 내부의 것들이 되돌릴 수 있으며 블록체인은 블록체인의 핵심 속성을 잃게 됩니다.

또한 51% 공격은 민주적이지 않고 금권적이므로 민주적 방법으로는 소용이 없습니다.

2. 현실에서 발생한 51% 공격과 최악의 51% 공격 시나리오

실제로는 51% 공격이 가능합니다.2015년 홍콩 비트코인 ​​스케일링 컨퍼런스에서 찍은 사진입니다. 이 사진에서 비트코인 ​​컴퓨팅 파워의 90%를 제어하는 ​​몇몇 사람들이 함께 앉아 "I have power" 자세를 취하고 있습니다. 하하.

51% 공격 가능.예를 들어 ETC, 비트코인 ​​골드 등은 모두 51% 공격을 당했다.1~2번의 공격은 놓친게 확실하다.이러한 공격은 이미 발생했다.

스폰 캠프 공격은 실제로 우리가 지금까지 본 51% 공격이며 최악은 아닙니다. 스폰 캠프 공격은 이러한 유형의 공격에 대한 최악의 악몽 시나리오입니다. 기본적으로 체인을 공격하기에 충분한 하드웨어를 확보하고 복구될 때까지 기다린 다음 다시 공격해야 합니다. 여전히 하드웨어가 있기 때문입니다. 결국 커뮤니티는 이 고문을 충분히 겪었을 것이고 짧은 기간에 ASIC을 구축할 방법이 없기 때문에 작업 증명(PoW) 알고리즘을 대체할 것입니다. 공격을 계속하기 위해 많은 CPU와 GPU 컴퓨팅 파워를 임대하고, PoS(Proof of Stake)로 전환하거나 완전히 중앙 집중화되지 않는 한 체인은 죽은 것입니다.

3. 지분 증명(PoS) 알고리즘이 이 사이클을 깨뜨릴 수 있습니까?

이것은 제가 2016년에 작성한 블로그 게시물로, PoS(Proof of Stake)가 무엇인지, 왜 PoS가 존재해야 하는지, 왜 의미 있는 것인지에 대한 철학을 설명하려고 했습니다. PoS(Proof of Stake)는 보상만 있는 작업증명(PoW)과 달리 공격에 가담하거나, 공격에 가담하지 않으면 벌칙을 받는 비대칭성이 존재하며, 블록 보상 부분만 . 지분증명(PoS) 시스템에서는 당신의 공격을 탐지할 수 있으며, 당신이 잃는 보증금은 벌금을 물을 수 있는 서약금보다 훨씬 큽니다.

그들은 Casper CBC와 다양한 기타 보증금 및 슬래시 기반 지분 증명(PoS) 알고리즘에 투입됩니다. 이론적으로 이 디자인의 목표는 51% 공격을 극도로 비싸게 만드는 것입니다. 기본적으로 PoS 체인을 공격하려면 코인을 많이 사야 하고 시스템에 있는 코인의 50% 이상을 제어해야 하며 공격하려다 적발되면 벌금을 물게 됩니다. 다시 하고 싶다 공격을 시작하려면 더 많은 코인을 구매해야 합니다. 계속 구매하면 코인 가격 상승으로 인해 결국 파산하게 됩니다. 따라서 공격자가 PoW를 대상으로 하는 대신 우리의 목표는 체인을 PoS로 이동시키는 것입니다.

다른 유형의 공격은 어떻습니까? 이제 첫 번째 질문인 PoS가 다른 유형의 공격을 어떻게 해결합니까? 지금까지 우리는 최종성 반전에 초점을 맞추었습니다. 이것은 비잔틴 내결함성 합의 이론에서 상당히 일반적입니다. 기본 아이디어는 당사자의 2/3가 한쪽에 있고 다른 1/3이 다른쪽에 있는 경우... 검증자의 1/3이 두 개의 충돌하는 메시지를 보내야 하는 경우 이를 감지하고 처벌할 수 있다는 것입니다. 그래도 역으로 공격하는 것입니다.

다른 유형의 공격은 어떻습니까? 유효하지 않은 데이터, 사용할 수 없는 데이터, 검열, 기물 파손?

조금씩 해결해 봅시다. 데이터의 유효성에 대해 신경쓰지 않을 것입니다. 데이터 가용성을 보장하고 블록이 블록체인의 일부인 경우 모든 모든 데이터는 네트워크의 노드에서 다운로드할 수 있습니다. 검열 저항이 있는 경우 블록을 게시하면 결국 포함되고 이 두 가지에서 유효성을 얻습니다. 그 이유는 대화식 컴퓨팅, 롤업 및 이러한 기존 프로토콜입니다. 기본적으로 롤업을 사용하면 모든 데이터를 온체인에 게시한 다음 체인이 가용성을 보장하고 일부 사기 증거가 있으며 일부 계산이 유효하지 않은 경우 검열할 수 없는 사기 증거를 발행할 수 있으며 처리됩니다. 온체인 . 따라서 데이터의 유효성은 그다지 중요하지 않습니다. 첫 번째 레이어(레이어 1) 및 두 번째 레이어(레이어 2) 사기 방지가 이 문제를 해결할 수 있기 때문입니다.

다른 사람의 블록을 검열할 수 없다면 블록체인에 포함되는 것을 막을 수 없습니다. 따라서 인센티브에 대한 처벌이 억제되는 한 슬픔은 큰 문제가 되지 않아야 합니다.

데이터 가용성 공격과 검열 공격이라는 두 가지로 요약할 수 있습니다.

종이종이여기서는 기본적으로 블록체인 클라이언트가 실제로 모든 데이터를 다운로드하지 않고도 블록체인 데이터의 가용성을 확인할 수 있도록 하는 체계를 설명합니다.

이 체계의 간단한 허수아비 버전은 다음과 같습니다. 블록이 사용 가능한지 확인하는 가장 멍청한 방법은 전체를 다운로드하는 것입니다. 그러나 여기서 우리는 2MB/초 이상의 데이터가 체인에 업로드되고 클라이언트가 모든 것을 다운로드할 수 없는 확장 가능하고 샤딩된 블록체인을 가정합니다. 데이터 가용성을 확인하려는 클라이언트의 경우 무작위 샘플을 테스트하기만 하면 됩니다. 30개 조각, 40개 조각, 80개 조각과 같은 일부 데이터 조각을 무작위로 선택합니다... 수락한 모든 위치에서 유효한 응답을 받는 한 무작위로 위치를 선택하고 이러한 위치에 대한 머클 증명을 요청합니다. 그런 다음 블록을 유효한 것으로 수락합니다.

이 체계를 사용하여 차단을 수락하면 차단이 유효하다는 것을 알 수 있습니다. 사용 가능한 데이터가 50% 미만인 경우(예: 여기에서 왼쪽의 모든 데이터를 사용할 수 있고 여기에서 오른쪽의 모든 데이터를 사용할 수 있음) 검사 중 적어도 하나는 실패할 가능성이 높습니다.

이 체계를 통해 공격자는 몇 가지 특정 클라이언트를 스푸핑할 수 있습니다. 그러나 공격자가 충분한 클라이언트를 속여 전체 데이터의 절반으로 자엽 데이터를 다운로드하면 해당 클라이언트는 거기에서 데이터를 계속 재구성할 수 있습니다.

이것은 블록이 완전히 사용 가능하다는 것을 증명하지 않으며 일부가 누락되었을 수 있지만 블록의 절반 이상이 사용 가능하다는 것을 증명합니다. 데이터의 50%에서 전체 데이터 블록을 복구할 수 있는 기술이 있다면 좋을 것입니다.

이레이저 코딩 여기에서 이레이저 코딩이 시작되므로 데이터를 가져와서 다항식 평가라고 가정해 보겠습니다. 더 많은 지점에서 동일한 다항식을 평가할 것입니다. 이제 데이터의 50%이면 충분합니다. 모든 데이터를 복구합니다. 이 구성표를 사용하면 블록이 유용하고 블록이 잠재적으로 매우 큰 크기로 사용 가능한지 확인하면서 개인적으로 20-200KB의 데이터를 다운로드할 수 있습니다.

이것이 첫 번째 부분입니다. 여기에는 이더리움 2.0 샤딩 솔루션의 일부인 데이터 가용성 공격이 포함되며, 최소한 샤딩된 블록체인에 동일한 가용성 보장을 제공할 수 있습니다.

정확성 증명 그렇다면 루트가 이 삭제 코딩의 루트임을 증명하는 방법은 무엇입니까? 정크 데이터가 포함되지 않았다는 것을 어떻게 증명합니까? 이 2D와 같은 사기 증명을 사용할 수 있습니다. 잘못 코딩하면 누군가 간단한 사기 증명을 만들어 네트워크에 브로드캐스트할 수 있으며 네트워크는 블록을 거부할 수 있습니다. 이 2D 체계는 2017년에 연구되었습니다. 최근에는 좋은 속성을 가진 머클 트리의 각 레벨을 인코딩하는 머클 트리 인코딩에 관한 것이 있습니다. STARK 또는 SNARK를 사용하여 merkle 루트의 계산이 정확함을 증명하는 것과 같은 사기 증명에 의존하지 않는 접근 방식도 있으며, 다른 가능성은 다항식 약속을 포함합니다. 다항식 평가로 다항식을 계산한 다음 여러 지점에서 다항식 커밋된 개구부 전체를 수행하고 데이터 가용성 검사에서 80개 개구부 대신 80개 위치를 요청하거나 영리한 대수를 사용하여 일종의 다중 개방을 얻으면 훨씬 더 많은 효율성을 얻을 수 있습니다.

이러한 체계의 이점은 사기 증명에 의존하지 않기 때문에 블록 데이터를 검증하는 체계가 게시되었으며 더 이상 추가로 내장된 대기 시간 가정이 없다는 것입니다.

샤딩: 현재 위원회 너머에 존재하는 샤딩된 블록체인은 일반적으로 위원회에 의존합니다. 아이디어는 많은 노드가 있고 임의로 일부 노드를 선택하며 대부분 또는 대부분이 특정 영역에 있어야 한다는 것입니다. 블록은 이렇게 서명됩니다. 네트워크가 블록을 유효한 것으로 받아들입니다.

모든 종류의 위원회 기반 계획의 문제는 특정 기준을 초과하는 악의적 행위자의 조사를 받게 된다는 것입니다. 51% 공격에 대한 저항에 대해 이야기하려면 대다수가 공격을 시작하더라도 소수가 운영 체제 자체를 계속할 수 있어야 하는 시스템에 대해 이야기하고 있습니다.

임계값이 고정된 샤딩 체계는 실제로 도움이 되지 않습니다. 따라서 여기에서의 해결책은 프로토콜이 위원회보다 일련의 데이터 가용성 검사 체계에 더 전적으로 의존해야 한다는 것입니다.

검열에 대해 누가 여기에 있고 누가 검열을 중단하고 싶습니까? 좋아요, 사람이 많아서 현상 유지가별로 좋지 않습니다. 다음은 이더리움을 공식적으로 검증하는 작업을 수행한 nryuya의 기사입니다. 그는 현재 이더리움 2.0 설계에서 대부분의 사람들이 블록을 검토하는 몇 가지 전략이 있다고 말했습니다. 이러한 조사는 단일 블록과 구별할 수 없습니다. 지연되어 누가 책임을 져야 하는지 판단하기 어렵습니다.

여기서의 공격은 다소 고약합니다. 공격자는 일부 유효성 검사기를 해킹하고 다른 유효성 검사기를 사용하여 실제로 검열할 콘텐츠가 포함된 자신의 블록에 투표하도록 다른 블록에 투표하게 합니다. 51%를 넘으면 그들이 검열하려는 것은 실제로 포함되지 않을 것입니다. 다층 간접 효과입니다. 이더리움 1.0과 이더리움 2.0에서는 51% 공격을 하는 악의적인 당사자가 검열할 수 있으며 검열이 충분히 강하면 이에 대해 조치를 취해야 하는지 판단하기 어렵습니다.

엉클 블록 포함 지금까지 할 수 있는 가장 기본적인 작업은 엉클 블록을 포함하는 것입니다. 여기서 아이디어는 이더리움 1.0에서는 블록체인의 일부가 아닌 블록이 나중에 포함될 수 있는 반면, 새로운 체계는 삼촌 블록의 트랜잭션도 포함된다는 프로토콜 규칙을 추가한다는 것입니다.

따라서 삼촌 블록도 포함된 블록체인이 있습니다.

아이디어: 적시 탐지기(Timeliness Detector, TD) 우리가 최소한 온라인 클라이언트, 즉 콘텐츠를 다운로드하고 주기적으로 다른 클라이언트와 통신할 수 있는 네트워크 클라이언트를 가질 수 있다고 상상해 보십시오. 블록이 제 시간에 도착했는지 확인하도록 합니다.

블록이 제 시간에 도착한 것을 확인하고 해당 블록이 오랫동안 체인에서 승인되지 않은 것을 확인하면 해당 블록은 자동으로 실격 처리됩니다. 블록이 제 시간에 도착하지 않으면 51% 롤백 공격에 사용할 수 있습니다.

아이디어는 클라이언트가 블록이 도착해야 할 때 블록이 도착했는지 여부를 로컬에서 감지하고 이를 따라갈 체인을 결정하는 정보로 사용한다는 것입니다.

오프라인 노드도 존재하기 때문에 모든 노드가 프로토콜을 따를 수 있는 것은 아닙니다. 51% 공격이 진행되지 않는 한, 공격이 발생하지 않으면 승리한 블록체인이 좋은 체인이 될 것입니다. 공격이 발생하고 오프라인 상태이면 무슨 일이 있었는지 확인하기 위해 소셜 레이어를 거의 확인해야 합니다. 하지만 소수의 참가자만이 이를 수행하고 다른 참가자는 상당히 명확한 합의를 얻을 것입니다.

문제: 에지 공격 블록을 생성하고 블록의 정의가 무엇이든 제 시간에 도착하면 일부 노드는 블록이 다른 시간에 도착하는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 노드는 블록이 "너무 오랫동안 검토되었는지" 여부와 블록이 "정시에 게시되었는지 여부"에 대해 동의하지 않을 수 있으며 이러한 타이밍 매개변수에 대해 동의하지 않을 수 있습니다.

그리고 공격자는 이를 악용하여 다른 사람들이 공격이 발생했는지 여부에 대해 장기적인 의견 불일치를 일으키고 많은 거버넌스 문제를 제기할 수 있습니다.

따라서 이를 위해서는 더 나은 적시 감지기(TD)가 필요합니다.

수정된 적시 탐지기(TD) 비잔틴 장군 문제로 돌아가서 Leslie Lamport의 1982년 논문으로 돌아갑니다. 그 논문에는 사람들이 실제로 언급하지 않은 알고리즘이 포함되어 있는 것으로 밝혀졌지만 아마도 더 많은 이야기를 했어야 했을 것입니다. 위조할 수 없는 서면 메시지(디지털 서명이라고 함)로 이 진술을 추상적으로 숨깁니다. Lambert는 잘못된 공격자를 최대 99%까지 허용할 ​​수 있는 합의 알고리즘(즉, 99% 내결함성 합의)을 가지고 있다고 주장합니다.

이 알고리즘은 작동하며, 합의를 수행하는 광부와 유효성 검사기 사이뿐만 아니라 광부와 클라이언트, 클라이언트 및 다른 클라이언트 간에도 동기화를 가정하는 한 작동한다는 것이 장점입니다. 누가 온라인 상태여야 하는지에 대한 더 강력한 가정을 가지고 있으며 더 높은 수준의 내결함성을 달성하기 위해 이 가정을 사용하지만 우리가 스스로 만들고 싶지 않은 매우 위험한 가정입니다.

단일 증명 버전을 설명하겠습니다. 여기서 한 명의 증명자가 정직하고 총 n개의 증명자가 있다고 가정하면 정직하기 위해 증명자의 1/n만 필요합니다.

여기서 아이디어는 블록이 게시되었다고 가정하면 클라이언트와 증명자는 블록이 제 시간에 맞춰진 것으로 간주하기 위해 블록을 수신해야 하는 데드라인이 있다는 것입니다. 클라이언트의 경우 기한은 t이고 증명자의 경우 기한은 t+δ입니다. 그래서 여기서 제안자는 블록 b를 게시할 것입니다. 제안자가 일종의 사악하다고 가정하고 한계 공격을 시도하고 노드 1은 마감일 전에 그것을 보고 노드 2도 마감일 전에 그것을 봅니다. 증명자는 블록을 보냈지만 네트워크 동기성 가정으로 인해 한 노드가 블록을 수락하면 블록을 인증자에게 보낼 수 있기 때문에 증명자가 마감일 전에 블록을 수락한다는 것을 의미합니다. 한 클라이언트라도 블록이 시기적절하다고 생각하면 증명자는 마감일 전에 볼 수 있으므로 증명자는 자신의 서명을 추가하고 네트워크 동기화로 인해 다른 클라이언트는 마감일 전에 블록과 서명을 볼 수 있습니다. 서명된 블록.

기사기사이 연구 분야에 전념하고 있으므로 더 자세한 내용을 원하시면 언제든지 확인하십시오. 대략적인 아이디어를 제공하기 위해 공격자 그룹이 있으며 각 공격자는 데드라인을 약간 지연시킬 수 있으므로 한 공격자가 블록을 수신하면 네트워크 지연이 델타 매개변수 미만인 한 공격자가 지연됩니다. 블록의 적시성은 나머지 네트워크로 전파됩니다.

재미있는 사실은 이 적시성 감지기가 있으면 자체 선언된 연대순으로 모든 적시 블록을 처리하는 것입니다. 유일한 문제는 블록 시간이 오래 걸린다는 것과 검증인의 입금, 출금, 삭감을 처리하려는 경우 흥미로운 프로토콜일 수 있지만 블록체인을 실행하기 위한 최상의 프로토콜은 아닙니다.

더 나아가 적시 감지기를 사용하여 공격 체인을 감지하고 공격을 검토할 수 있습니다.

4. 요약

검열 방지 기술은 네트워크와 클라이언트 간의 동기화 가정에 의존하기 때문에 다른 기술만큼 완벽하지는 않습니다. 이 기간을 원하는 대로 설정할 수 있지만 검열 수준과 관련이 있습니다. 참다. 온라인 노드 세트 전체에서 일관성을 보장할 수 있으며, 공격이 발생하는 경우 체인이 공격 체인인지 여부 및 기타 모든 것에 동의할 수 있습니다. 이것을 회복 방법을 결정하기 위한 부분적인 사회적 합의의 시작으로 사용할 수 있으며, 이는 공격자가 누구인지 더 확실하게 판단할 수 있기 때문에 공격자에게 더 강력한 처벌을 할당하는 데 도움이 됩니다.

일반적으로 공격자가 사용할 수 없는 체인을 게시하면 데이터 가용성 검사에서 이를 포착하고, 유효하지 않은 블록을 게시하면 사기 증거로 포착할 수 있으며, 블록에 대한 긴 검토가 있는 경우 이 체인은 자동으로 무시됩니다. 네트워크. 중간 블록을 검토하면 적시성 검사기를 사용하여 깔끔하게 처리할 수 있으며, 공격자가 위원회에 참여하지 않거나 파괴하려고 하면 그에 따라 위원회를 사용하지 않을 수 있습니다.

글쎄, 우리는 기본적으로 51% 공격에 대한 두려움을 크게 줄이거나 무시하거나 복구할 수 있는 많은 도구를 가지고 있습니다. 다들 감사 해요.