區(qū)塊鏈安全技術(shù)的研究與應(yīng)用

◆汪曉睿 張學超

（1.91977 部隊 北京 100841；2.中央軍委政法委 北京 100120）

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的興起，區(qū)塊鏈的安全問題集中爆發(fā)，發(fā)生的安全事件多集中出現(xiàn)于加密資產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域，給用戶造成了較大的經(jīng)濟損失，其安全問題日益受到行業(yè)關(guān)注。

1 區(qū)塊鏈存在的安全問題

1.1 hash 算法問題

區(qū)塊鏈采用的是sha256計算，但是這種計算方式以及社會上算力的提升也是一個潛在的問題。其獨特之處在于區(qū)塊鏈會有很多區(qū)塊，如果一個區(qū)塊被修改，所有的區(qū)塊必須進行修改。如果出現(xiàn)被惡意篡改，或者其他所有的區(qū)塊沒有被修改的話，此區(qū)塊就脫離了區(qū)塊鏈。這也是鏈的特征。

1.2 非對稱加密安全問題

數(shù)字貨幣采用了非對稱加密方式，數(shù)據(jù)和記錄必須有數(shù)字簽名，比對策加密更加安全可靠，但仍存在許多問題，非對稱加密需要使用兩個密鑰進行加密與解密，也叫作公鑰和私鑰。特別是在密鑰頒發(fā)的過程中容易發(fā)生安全問題。

例如設(shè)備拿著公鑰通過非對稱性算法對私鑰(Private Key)進行加密，然后將加密后的數(shù)據(jù)包發(fā)給入網(wǎng)的設(shè)備，入網(wǎng)設(shè)備通過公鑰和非對稱算法把該數(shù)據(jù)包解密出來得到私鑰，此后所有數(shù)據(jù)交互都使用私鑰(Private Key)進行加密。

漏洞：由于公鑰是全世界公開的，而非對稱性算法AES也是全世界一致的，如果交換密鑰的過程中被他人捕獲該數(shù)據(jù)包，就可以解密出私鑰，從而對用戶產(chǎn)生安全問題。

1.3 網(wǎng)絡(luò)層：節(jié)點傳播與驗證機制風險

（1）P2P網(wǎng)絡(luò)風險：區(qū)塊鏈信息傳播采用P2P的模式，節(jié)點之間的信息傳播，會將包含自身IP地址的信息發(fā)送給相鄰節(jié)點。由于節(jié)點安全性參差不齊，較差的節(jié)點容易受到攻擊，目前可進行攻擊的方式有：日食攻擊、竊聽攻擊、BGP 劫持攻擊、節(jié)點客戶端漏洞、拒絕服務(wù)(DDoS)攻擊等。例如：2018年3月以太坊網(wǎng)絡(luò)爆出的“日食攻擊”。

（2）廣播機制風險：節(jié)點與節(jié)點之間相互鏈接，某節(jié)點將信息廣播給其他節(jié)點，這些節(jié)點確認信息后再向更多的節(jié)點進行廣播。在廣播機制中常見的攻擊方式有雙花攻擊及交易延展性攻擊。雙花攻擊即同一筆加密資產(chǎn)被多次花費，當商家接受0 確認交易付款時或者通過51%算力攻擊時這種情況較容易發(fā)生。交易延展性攻擊也被稱為可鍛性，即同一個東西，本質(zhì)沒有變化。

（3）驗證機制風險：驗證機制更新過程易出現(xiàn)驗證繞過，一旦出現(xiàn)問題將導致數(shù)據(jù)混亂，而且會涉及到分叉問題，需要確保機制的嚴謹性。

1.4 節(jié)點常見安全問題

傀儡網(wǎng)絡(luò)是指惡意軟件開發(fā)者或運營者通過感染受害者的系統(tǒng)和設(shè)備在對方不知情的情況下進行加密資產(chǎn)挖礦行為。

黑客主要通過在例如網(wǎng)頁、游戲輔助程序、系統(tǒng)后臺中安裝木馬程序的方式侵占用戶的算力與電力，并用于采礦以謀求非法收益。美國哈佛大學與國家基金會的超級計算機在此前均受到過類似的攻擊方式，國內(nèi)也常常發(fā)生例如網(wǎng)頁被篡改或者應(yīng)用程序被植入采礦木馬的相關(guān)事件。

在當下采礦需要大量的計算能力的前提下，單一設(shè)備的算力已經(jīng)無法滿足采礦所需要的算力。于是攻擊者擴大了攻擊目標設(shè)備的范疇，尤其是易受到攻擊的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備成為了主要目標，這也形成更大規(guī)模的傀儡網(wǎng)絡(luò)采礦，目前主要的感染對象包括攝像機、路由器、監(jiān)控攝像頭、打印服務(wù)器、游戲機等。常見的攻擊方式有：跨站腳本、Microsoft中遠程執(zhí)行代碼的漏洞利用等。

1.5 軟件漏洞

包括單點登陸漏洞、oAuth協(xié)議漏洞等，各國都有法律要求銀行或其他金融機構(gòu)實施信息安全措施。但是，由于區(qū)塊鏈領(lǐng)域還處于起步階段，目前缺少適用于加密資產(chǎn)的此類規(guī)范。因此，許多交易平臺在缺乏安全規(guī)范約束的條件下，存在大量漏洞并非偶然。

2 區(qū)塊鏈安全技術(shù)的應(yīng)用

區(qū)塊鏈安全最根本的保障是共識機制，當前的區(qū)塊鏈技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)了多種共識算法機制，最常見的有PoW、PoS、DPos。但這些共識機制是否能實現(xiàn)并保障真正的安全，需要更嚴格的證明和時間的考驗。公有鏈目前最成熟的共識機制是工作量證明機制，就是比特幣為代表的PoW，缺點是需要出塊時間不均勻、挖礦費多。Pos，權(quán)益證明機制，優(yōu)點是挖礦費低，安全性還沒普遍認可。還有其他的共識機制，很多新的共識也在陸續(xù)推出。nervos的共識機制，也是花了很多心思，做為核心優(yōu)勢在推出共識自動機。具體方法：

（1）目前現(xiàn)有的共識機制均不是完美無缺的，需探求設(shè)計更安全性能更快的共識機制。

（2）智能合約開發(fā)前需要對當下已經(jīng)出現(xiàn)過的漏洞進行防范。

（3）發(fā)布智能合約之前需要充分進行安全測試。

（4）關(guān)注相關(guān)情報，專業(yè)人員及時進行代碼優(yōu)化。

（5）定期進行代碼審計，包括但不限于：交易安全審查、訪問控制審查等。

（6）異常操作監(jiān)控，監(jiān)控已部署合約異常行為，降低損失。

3 提升機密性和數(shù)據(jù)完整性

盡管區(qū)塊鏈最初創(chuàng)建時是沒有特定的訪問控制機制的，有些區(qū)塊鏈實現(xiàn)如今卻在解決數(shù)據(jù)機密性和訪問控制問題。在用戶信息安全性得不到保障的大背景下，用戶的數(shù)據(jù)很容易被篡改，甚至偽造。如何確保數(shù)據(jù)的安全性和正確性無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的完全加密特質(zhì)確保了這些數(shù)據(jù)不會被非授權(quán)方染指，仍具有流動性。（1）與時俱進，關(guān)注技術(shù)安全方面的最新進展。在量子計算快速發(fā)展的情況下，加密系統(tǒng)只有不斷研發(fā)更新才可防范黑客攻擊。（2）接受專業(yè)的代碼審計，了解相關(guān)安全編碼規(guī)范。大多數(shù)區(qū)塊鏈項目為了增加可信度和透明性，對其項目代碼進行開源管理，然而這樣也使得項目更易受到攻擊，接受專業(yè)的代碼審計及注重安全編碼可以有效規(guī)避潛在的風險。

4 保護隱私消息

Obsidian 這樣的初創(chuàng)公司正用區(qū)塊鏈保護網(wǎng)絡(luò)安全，如聊天工具和社交網(wǎng)站的數(shù)據(jù)。Obsidian 使用區(qū)塊鏈來保護用戶的源數(shù)據(jù)。因為源數(shù)據(jù)是賬本中隨機分發(fā)，不存在單一的收集點，所以不會被黑。

（1）定期使用最新補丁更新設(shè)備有助于防止攻擊者利用系統(tǒng)漏洞。

（2）禁用路由器中不必要的組件，也可重新配置路由器例如更改子網(wǎng)地址、使用隨機IP地址、強制執(zhí)行SSL 等。

同時，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)正在嘗試利用區(qū)塊鏈創(chuàng)建外來攻擊無法滲透的安全消息服務(wù)。隨著區(qū)塊鏈植根于經(jīng)驗證的安全通信，隱私消息安全領(lǐng)域?qū)映墒臁?/p>

5 提升甚至替代PKI

公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)是保護電子郵件、消息應(yīng)用、網(wǎng)站和其他通信形式的公鑰加密體制。但是，PKI 普遍依靠第三方證書頒發(fā)機構(gòu)來頒發(fā)、撤銷和存儲密鑰對，這就給網(wǎng)絡(luò)罪犯留下了窺探加密通信和假冒身份的機會。而在區(qū)塊鏈上發(fā)布密鑰則在理論上可杜絕虛假密鑰傳播，并可令應(yīng)用具備驗證通信對象身份的功能。

6 更安全的DNS

DNS 之類互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵服務(wù)可被黑客利用來制造大規(guī)模掉線和攻擊公司企業(yè)，因此使用區(qū)塊鏈方法的可信DNS 基礎(chǔ)設(shè)施，將能大幅增強該互聯(lián)網(wǎng)核心信任基礎(chǔ)設(shè)施。

7 結(jié)束語

區(qū)塊鏈安全技術(shù)的應(yīng)用目前還很不完善，從技術(shù)復雜度和系統(tǒng)數(shù)量到其實現(xiàn)，區(qū)塊鏈都不能保證100%安全。交易速率上的限制，還有關(guān)于信息是否應(yīng)保存在區(qū)塊鏈中的爭論，都是該技術(shù)在安全應(yīng)用方面的顧慮。