區塊鏈公鏈“三元悖論”專題系列之安全性（Security）
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京東智聯雲潘熙之
上兩期我們講了區塊鏈公鏈系統“三元悖論”中的“可擴展性”和“去中心化”，本期我們結合區塊鏈公鏈系統中所存在的安全問題和挑戰，以及一些實際案例，來講一下這個系列文章的壓軸話題：安全性（Security）。
在很多人看來，對於一個系統來說，安全性是必要條件，而非充分條件；甚至有人說，“去中心化”和“可擴展性” 是“二元悖論”的說法反而比“三元悖論”更為精準，僅僅二元即可說明一個區塊鏈公鏈系統的性能狀況。但實際情況真的是這樣嗎？
首先，我想引用BTC系統在白皮書中對安全性的描述，來對區塊鏈公鏈系統的安全性進行一個範圍上的定義：以密碼學為基礎，基於工作量證明（POW）的共識機制，使得整個系統中只要惡意節點的總算力不超過50%，系統就能保證大概率上的安全，並且不會發生致命的“雙花”（ double spending雙重花費問題）欺詐。
所以，在筆者看來，安全性對於區塊鏈系統來說，既不能粗略的以充要條件的方式來定義，也不能脫離去中心化、可擴展性等場景需求而單獨評價；這也是區塊鏈安全技術中最有魅力的地方。
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（一）以共識機制為目標的針對性攻擊：共識機制是維持區塊鏈系統有序運行的基礎，相互間未建立信任關係的區塊鏈節點通過共識機制，共同驗證寫入新區塊中的信息的正確性。區塊鏈中使用的共識機制有很多，包括PoW、PoS、BFT等（之前兩篇文章中均有所提及）。目前，PoW、PoS和DPoS（DelegatedProof of Stake，委託權益證明）機制已經過大規模長時間的實踐檢驗，發展較為成熟。但在區塊鏈共識機制的長期發展應用中，也衍生出了算力攻擊、分叉攻擊、女巫攻擊等大量針對性的攻擊手段，造成鏈上記錄被篡改等後果，如下圖所示；
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（二）對區塊嵌入惡意代碼，利用分佈式存儲機制進行快速傳播：區塊鏈通過構建開源的共享協議，實現數據在所有用戶側的同步記錄和存儲。與傳統中心式數據庫在一個或幾個中心集中存儲數據的方式不同，在區塊鏈系統中，所有用戶側均有可能存放完整的數據拷貝，因此，單個或多個節點被攻擊均不會對全網數據造成毀滅性的影響，提高了存儲的可容錯性。但是這種分佈式的存儲機制也在一定程度上擴大了安全威脅面，最典型的是惡意節點可在新區塊中嵌入病毒、木馬等惡意代碼，利用分佈式機制自發向全網傳播，伺機發起網絡攻擊，如下圖所示；
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所以，儘管區塊鏈的防篡改、分佈式存儲、用戶匿名等技術優勢為其發展應用提供了大量的創新空間，但目前區塊鏈技術在各領域的應用模式仍處於大量探索階段，其深入應用仍需漫長的整合和發展過程；在《信通院區塊鏈安全白皮書》中，就對區塊鏈技術在應用中的安全問題進行了描述，總結後如下所示：
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區塊鏈典型應用架構對應的安全風險
上圖中，對於四個層級的安全風險歸納如下：
存儲層：主要風險來源於環境的安全威脅，如基礎設施的安全風險、網絡攻擊威脅、數據丟失和洩露等，最終影響區塊鏈數據文件的可靠性、完整性及存儲數據的安全性，具體包括以下三點：基礎設施安全風險、網絡攻擊威脅、數據丟失和洩露；
而綜上所述，目前應對以上風險的措施簡單總結如下圖所示：
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區塊鏈風險應對框架
這裡我們列出幾個具體方法作為參考：
（一）提升參與同步與驗證節點的數量：在區塊鏈公鏈系統中，公鍊網絡的正確性與安全性依賴於一些節點的背書。例如，在比特幣或以太坊中，根據協議，每一個礦工挖出區塊時，要保證新區塊和歷史上的每一個區塊每筆交易都是正確的。也就是說，比特幣礦工出塊時，在為之前所有的區塊進行正確性背書；在EOS 中，超級節點通過簽名對區塊的正確性背書。我們這裡稱為“參與共識的節點”。所以，如果每一個被確認的交易，都得到過更多參與共識節點（攻擊者除外）的同步與驗證，這樣就能夠提高系統整體的安全性。
總之，區塊鏈系統安全設計的挑戰，是保障該系統不能被壞人破壞；在一個開放並與經濟利益掛鉤的區塊鏈系統中，不僅會有好人加入這個系統，也會有更多的壞人企圖希望通過破壞該系統獲利；那麼，如何在系統內部存在壞人的情況下，保證系統的安全性，這已不僅是傳統意義上安全架構的技術挑戰，也是安全機制設計的挑戰；
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區塊鏈在網絡安全領域的典型應用
最後，如上圖所示，我們講一下如何利用區塊鏈技術的特性，來對傳統網絡安全領域的安全性進行加固。
由於區塊鏈分佈式、點對點的通信具有易連接、大協作的特點，基於哈希加密的匿名性也能夠很好保護用戶隱私和證明唯一性，依托公私鑰的權限控制方式更是賦予數字資產豐富的管理權限，因此，這些技術特性使得區塊鏈可以成為解決網絡和數據安全存儲、傳播和管理問題的有效手段，在攻擊發現和防禦、安全認證、安全域名、信任基礎設施建立、安全通信和數據安全存儲等方面得到了積極的探索。
（三）Blockstack安全域名：將域名基礎設施建立在區塊鏈之上，建立域名哈希映射，在每個網絡節點處進行域名註冊、轉移等操作，存儲域名所有人的公私鑰對並記錄解析後的域名，分散了原本集中的域名服務，由於不存在可被黑客攻擊或修改的中心化記錄，也防止了域名劫持、緩存投毒等傳統攻擊行為。
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區塊鏈系統安全性的核心：共識
作為這個系列文章的結尾，筆者認為，無論從可擴展性、去中心化、還是安全性來說，區塊鏈技術最核心的屬性都是“共識”這兩個字；因為有了“共識”這個屬性，一個系統才得以從“管理者”轉變為“組織者”；參與系統搭建的各節點通過共同的努力，來維護一個區塊鏈系統的正常運轉，這樣即能達到系統自治的目的，也能夠很大程度上抵禦各種外部攻擊，最終保證了系統的整體安全性。
不可能三角”並不是一個嚴格經過論證而得出的結論，它只是業內對各公鏈的實際運行狀況作出的一個總結；不可能三角的意義，是在告訴設計者，在進行區塊鏈系統架構設計時，必鬚根據具體的應用場景做出取捨，而無需過多的花精力研究如何兼顧這三要素。
