新型攻擊模式BDOS

近日，康奈爾大學(xué)和以色列理工合作成立的研究機(jī)構(gòu) IC3 （The initiaTIve for cryptocurrencies and contracts）聯(lián)合宣布：“我們發(fā)現(xiàn)了一種針對(duì)中本聰共識(shí)協(xié)議區(qū)塊鏈（BCH和BTC）的拒絕服務(wù)攻擊，這種攻擊模式之前的攻擊模式成本要低得多（只需全網(wǎng)20%算力）。比特幣區(qū)塊鏈基于POW挖礦來(lái)維護(hù)系統(tǒng)安全，攻擊者通過(guò)破壞挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，從而使理性礦工停止挖礦。這種攻擊被稱為區(qū)塊鏈拒絕服務(wù)（BDoS）。”

BDOS分析

IC3是一個(gè)由來(lái)自卡耐基梅隆大學(xué)、康奈爾大學(xué)、康奈爾理工學(xué)院、EPFL、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校、倫敦大學(xué)學(xué)院、UIUC和位于紐約康奈爾理工學(xué)院的Technion學(xué)院的教師組成的區(qū)塊鏈研究團(tuán)隊(duì)。POW型區(qū)塊鏈一直是他們關(guān)注的焦點(diǎn)，在他們宣布發(fā)現(xiàn)BDOS的攻擊模式的同時(shí)也發(fā)表了一篇專業(yè)論文，展示了攻擊者如何誘導(dǎo)理性礦工停止挖礦，并提出了解決方案。

論文認(rèn)為BDoS攻擊，通過(guò)操縱對(duì)理性礦工的獎(jiǎng)勵(lì)，從而可使區(qū)塊鏈停止運(yùn)行。攻擊者會(huì)使系統(tǒng)處于一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，理性礦工的會(huì)停止挖礦。為了造成區(qū)塊算力停擺的局面，攻擊者會(huì)先生成一個(gè)區(qū)塊，并只發(fā)布其區(qū)塊頭。而給定一個(gè)區(qū)塊頭，一個(gè)理性的礦工有三種選項(xiàng)：

1.繼續(xù)挖主鏈，然后忽略區(qū)塊頭；

2.因?yàn)椴淮_定塊里有哪些交易，先挖一個(gè)空塊（SPV挖礦）；

3.可以停止挖礦，既不消耗算力，也不贏得獎(jiǎng)勵(lì)；

如果礦工選擇不理這個(gè)區(qū)塊頭，繼續(xù)挖主鏈（防守塊），那么攻擊者就快速?gòu)V播與區(qū)塊頭對(duì)應(yīng)的完整塊（攻擊塊）。因?yàn)辄c(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)里每個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連通性不一致，有的節(jié)點(diǎn)會(huì)先收到攻擊塊，有的節(jié)點(diǎn)會(huì)先收到防守塊，這會(huì)導(dǎo)致兩組礦工博弈，搶奪記賬權(quán)。在一定概率下，理性礦工會(huì)輸?shù)舯荣?，防守塊永遠(yuǎn)不會(huì)被包含在主鏈當(dāng)中，成為孤塊，理性礦工損失掉一個(gè)區(qū)塊收益，且白白浪費(fèi)了算力和挖礦電費(fèi)。

而選項(xiàng)2中，默認(rèn)進(jìn)攻塊是合法的，繼續(xù)跟著進(jìn)攻塊這條鏈，提前挖出一個(gè)空塊，本來(lái)可以獲得區(qū)塊收益，但是攻擊者可以不發(fā)送完整的區(qū)塊信息，讓這個(gè)塊不能上主鏈，這樣挖進(jìn)攻塊和正常挖礦的礦工都會(huì)損失掉一個(gè)區(qū)塊收益。

研究者得出的結(jié)論是，不管礦工挖防守塊還是進(jìn)攻塊，攻擊者都可以讓礦工拿不到收益，所以礦工最好的選擇就是關(guān)機(jī)不挖。所以，這個(gè)攻擊可以讓比特幣（BCH和BTC）網(wǎng)絡(luò)停機(jī)。

BDOS與DOS對(duì)比

與DOS攻擊相比，如果攻擊者要進(jìn)行DoS攻擊，其擁有的計(jì)算能力就要比其他參與者的總和都要高，即51%攻擊。對(duì)于主要的加密貨幣來(lái)說(shuō)，51%攻擊對(duì)于大多數(shù)實(shí)體而言都是非常昂貴的。而BDOS攻擊門檻更低，需要 20% 的算力就能進(jìn)行這種攻擊。

對(duì)比 51% 攻擊的話，51% 攻擊門檻更高，但是可以破壞一致性，可以雙花獲益。而BDOS攻擊中并不是這樣，攻擊者并不能天然從攻擊中獲益，而實(shí)際上是在犧牲自己的挖礦獎(jiǎng)勵(lì)進(jìn)行攻擊。

如何對(duì)抗BDOS

雖然相較51%攻擊，BDOS算力要求要求較低，但對(duì)于BTC和BCH這樣有著強(qiáng)大算力保護(hù)的主流幣來(lái)說(shuō)，20%的門檻還是很高。如果希望避免DBOS攻擊，要盡可能的提高全網(wǎng)算力，提高攻擊門檻，畢竟20%的算力是真金白銀的投入，且攻擊者并沒有任何收益，屬于傷人一千自損八百的行為。

IC3團(tuán)隊(duì)也提出了解決方案，IC3建議對(duì)共識(shí)規(guī)則進(jìn)行一個(gè)小的修改，這樣礦工們就可以對(duì)區(qū)塊header在body在之前某個(gè)閾值時(shí)間（比如1分鐘）以上的區(qū)塊給予較低的優(yōu)先級(jí)。這將增加攻擊者輸?shù)魠^(qū)塊傳播競(jìng)賽的機(jī)會(huì)，因此可降低BDoS攻擊的有效性。

BDoS攻擊另一個(gè)可能的解決方案，是使用孤塊獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，也是目前以太坊正在采用的方案，挖到孤塊的礦工也可以獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，挖掘的算力也不會(huì)白白浪費(fèi)。如果使用了孤塊獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，理性的礦工在BDoS攻擊中仍然可以繼續(xù)維持算力投入，在選項(xiàng)1中即使沒有獲得記賬權(quán)，理性礦工也會(huì)得到獎(jiǎng)勵(lì)（相當(dāng)于以太坊完整區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的7/8）。