數據泄露危害區塊鏈

區塊鏈有哪些安全軟肋

區塊鏈有哪些安全軟肋

區塊鏈是比特幣中的核心技術，在無法建立信任關系的互聯網上，區塊鏈技術依靠密碼學和巧妙的分布式演算法，無需藉助任何第三方中心機構的介入，用數學的方法使參與者達成共識，保證交易記錄的存在性、合約的有效性以及身份的不可抵賴性。

區塊鏈技術常被人們提及的特性是去中心化、共識機制等，由區塊鏈引申出來的虛擬數字貨幣是目前全球最火爆的項目之一，正在成就出新的一批億萬級富豪。像幣安交易平台，成立短短幾個月，就被國際知名機構評級市值達400億美金，成為了最富有的一批數字貨幣創業先驅者。但是自從有數字貨幣交易所至今，交易所被攻擊、資金被盜事件層出不窮，且部分數字貨幣交易所被黑客攻擊損失慘重，甚至倒閉。

一、令人震驚的數字貨幣交易所被攻擊事件

從最早的比特幣，到後來的萊特幣、以太幣，目前已有幾百種數字貨幣。隨著價格的攀升，各種數字貨幣系統被攻擊、數字貨幣被盜事件不斷增加，被盜金額也是一路飆升。讓我們來回顧一下令人震驚的數字貨幣被攻擊、被盜事件。

2014年2月24日，當時世界最大的比特幣交易所運營商Mt.Gox宣布其交易平台的85萬個比特幣已經被盜一空，承擔著超過80%的比特幣交易所的Mt.Gox由於無法彌補客戶損失而申請破產保護。

經分析，原因大致為Mt.Gox存在單點故障結構這種嚴重的錯誤，被黑客用於發起DDoS攻擊：

比特幣提現環節的簽名被黑客篡改並先於正常的請求進入比特幣網路，結果偽造的請求可以提現成功，而正常的提現請求在交易平台中出現異常並顯示為失敗，此時黑客實際上已經拿到提現的比特幣了，但是他繼續在Mt.Gox平台請求重復提現，Mt.Gox在沒有進行事務一致性校驗（對賬）的情況下，重復支付了等額的比特幣，導致交易平台的比特幣被竊取。

2016年8月4日，最大的美元比特幣交易平台Bitfinex發布公告稱，網站發現安全漏洞，導致近12萬枚比特幣被盜，總價值約為7500萬美元。

2018年1月26日，日本的一家大型數字貨幣交易平台Coincheck系統遭遇黑客攻擊，導致時價580億日元、約合5.3億美元的數字貨幣「新經幣」被盜，這是史上最大的數字貨幣盜竊案。

2018年3月7日，世界第二大數字貨幣交易所幣安（Binance）被黑客攻擊的消息讓幣圈徹夜難眠，黑客竟然玩起了經濟學，買空賣空「炒幣」割韭菜。根據幣安公告，黑客的攻擊過程包括：

1)在長時間里，利用第三方釣魚網站偷盜用戶的賬號登錄信息。黑客通過使用Unicode字元冒充正規Binance網址域名里的部分字母對用戶實施網頁釣魚攻擊。

2)黑客獲得賬號後，自動創建交易API，之後便靜默潛伏。

3)3月7日黑客通過盜取的APIKey，利用買空賣空的方式，將VIA幣值直接拉暴100多倍，比特幣大跌10%，以全球總計1700萬個比特幣計算，比特幣一夜丟了170億美元。

二、黑客攻擊為什麼能屢屢得手

基於區塊鏈的數字貨幣其火熱行情讓黑客們垂涎不已，被盜金額不斷刷新紀錄，盜竊事件的發生也引發了人們對數字貨幣安全的擔憂，人們不禁要問：區塊鏈技術安全嗎？

隨著人們對區塊鏈技術的研究與應用，區塊鏈系統除了其所屬信息系統會面臨病毒、木馬等惡意程序威脅及大規模DDoS攻擊外，還將由於其特性而面臨獨有的安全挑戰。

1.演算法實現安全

由於區塊鏈大量應用了各種密碼學技術，屬於演算法高度密集工程，在實現上比較容易出現問題。歷史上有過此類先例，比如NSA對RSA演算法實現埋入缺陷，使其能夠輕松破解別人的加密信息。一旦爆發這種級別的漏洞，可以說構成區塊鏈整個大廈的地基將不再安全，後果極其可怕。之前就發生過由於比特幣隨機數產生器出現問題所導致的比特幣被盜事件，理論上，在簽名過程中兩次使用同一個隨機數，就能推導出私鑰。

2.共識機制安全

當前的區塊鏈技術中已經出現了多種共識演算法機制，最常見的有PoW、PoS、DPos。但這些共識機制是否能實現並保障真正的安全，需要更嚴格的證明和時間的考驗。

3.區塊鏈使用安全

區塊鏈技術一大特點就是不可逆、不可偽造，但前提是私鑰是安全的。私鑰是用戶生成並保管的，理論上沒有第三方參與。私鑰一旦丟失，便無法對賬戶的資產做任何操作。一旦被黑客拿到，就能轉移數字貨幣。

4.系統設計安全

像Mt.Gox平台由於在業務設計上存在單點故障，所以其系統容易遭受DoS攻擊。目前區塊鏈是去中心化的，而交易所是中心化的。中心化的交易所，除了要防止技術盜竊外，還得管理好人，防止人為盜竊。

總體來說，從安全性分析的角度，區塊鏈面臨著演算法實現、共識機制、使用及設計上挑戰，同時黑客通過利用系統安全漏洞、業務設計缺陷也可達成攻擊目的。目前，黑客攻擊已經在對區塊鏈系統安全性造成越來越大的影響。

三、如何保證區塊鏈的安全

為了保證區塊鏈系統安全，建議參照NIST的網路安全框架，從戰略層面、一個企業或者組織的網路安全風險管理的整個生命周期的角度出發構建識別、保護、檢測、響應和恢復5個核心組成部分，來感知、阻斷區塊鏈風險和威脅。

除此之外，根據區塊鏈技術自身特點重點關注演算法、共識機制、使用及設計上的安全。

針對演算法實現安全性：一方面選擇採用新的、本身經得起考驗的密碼技術，如國密公鑰演算法SM2等。另一方面對核心演算法代碼進行嚴格、完整測試的同時進行源碼混淆，增加黑客逆向攻擊的難度和成本。

針對共識演算法安全性：PoW中使用防ASIC雜湊函數，使用更有效的共識演算法和策略。

針對使用安全性：對私鑰的生成、存儲進行保護，敏感數據加密存儲。

針對設計安全性：一方面要保證設計的功能盡量完善，如採用私鑰白盒簽名技術，防止病毒、木馬在系統運行過程中提取私鑰；設計私鑰泄露追蹤功能，盡可能減少私鑰泄露後的損失。另一方面，應對某些關鍵業務設計去中心化，防止單點故障攻擊。

區塊鏈項目（尤其是公有鏈）的一個特點是開源。通過開放源代碼，來提高項目的可信性，也使更多的人可以參與進來。但源代碼的開放也使得攻擊者對於區塊鏈系統的攻擊變得更加容易。近兩年就發生多起黑客攻擊事件，近日就有匿名幣Verge（XVG）再次遭到攻擊，攻擊者鎖定了XVG代碼中的某個漏洞，該漏洞允許惡意礦工在區塊上添加虛假的時間戳，隨後快速挖出新塊，短短的幾個小時內謀取了近價值175萬美元的數字貨幣。雖然隨後攻擊就被成功制止，然而沒人能夠保證未來攻擊者是否會再次出擊。

當然，區塊鏈開發者們也可以採取一些措施

一是使用專業的代碼審計服務，

二是了解安全編碼規范，防患於未然。

密碼演算法的安全性

隨著量子計算機的發展將會給現在使用的密碼體系帶來重大的安全威脅。區塊鏈主要依賴橢圓曲線公鑰加密演算法生成數字簽名來安全地交易，目前最常用的ECDSA、RSA、DSA等在理論上都不能承受量子攻擊，將會存在較大的風險，越來越多的研究人員開始關注能夠抵抗量子攻擊的密碼演算法。

當然，除了改變演算法，還有一個方法可以提升一定的安全性：

參考比特幣對於公鑰地址的處理方式，降低公鑰泄露所帶來的潛在的風險。作為用戶，尤其是比特幣用戶，每次交易後的余額都採用新的地址進行存儲，確保有比特幣資金存儲的地址的公鑰不外泄。

共識機制的安全性

當前的共識機制有工作量證明（ProofofWork，PoW）、權益證明（ProofofStake，PoS）、授權權益證明（DelegatedProofofStake，DPoS）、實用拜占庭容錯（，PBFT）等。

PoW面臨51%攻擊問題。由於PoW依賴於算力，當攻擊者具備算力優勢時，找到新的區塊的概率將會大於其他節點，這時其具備了撤銷已經發生的交易的能力。需要說明的是，即便在這種情況下，攻擊者也只能修改自己的交易而不能修改其他用戶的交易（攻擊者沒有其他用戶的私鑰）。

在PoS中，攻擊者在持有超過51%的Token量時才能夠攻擊成功，這相對於PoW中的51%算力來說，更加困難。

在PBFT中，惡意節點小於總節點的1/3時系統是安全的。總的來說，任何共識機制都有其成立的條件，作為攻擊者，還需要考慮的是，一旦攻擊成功，將會造成該系統的價值歸零，這時攻擊者除了破壞之外，並沒有得到其他有價值的回報。

對於區塊鏈項目的設計者而言，應該了解清楚各個共識機制的優劣，從而選擇出合適的共識機制或者根據場景需要，設計新的共識機制。

智能合約的安全性

智能合約具備運行成本低、人為干預風險小等優勢，但如果智能合約的設計存在問題，將有可能帶來較大的損失。2016年6月，以太坊最大眾籌項目TheDAO被攻擊，黑客獲得超過350萬個以太幣，後來導致以太坊分叉為ETH和ETC。

對此提出的措施有兩個方面：

一是對智能合約進行安全審計，

二是遵循智能合約安全開發原則。

智能合約的安全開發原則有：對可能的錯誤有所准備，確保代碼能夠正確的處理出現的bug和漏洞；謹慎發布智能合約，做好功能測試與安全測試，充分考慮邊界；保持智能合約的簡潔；關注區塊鏈威脅情報，並及時檢查更新；清楚區塊鏈的特性，如謹慎調用外部合約等。

數字錢包的安全性

數字錢包主要存在三方面的安全隱患：第一，設計缺陷。2014年底，某簽報因一個嚴重的隨機數問題（R值重復）造成用戶丟失數百枚數字資產。第二，數字錢包中包含惡意代碼。第三，電腦、手機丟失或損壞導致的丟失資產。

應對措施主要有四個方面：

一是確保私鑰的隨機性；

二是在軟體安裝前進行散列值校驗，確保數字錢包軟體沒有被篡改過；

三是使用冷錢包；

四是對私鑰進行備份。

B. 區塊鏈安全六大問題是什麼

1.性能問題

體積問題

區塊鏈對數據備份的要求對存儲空間提出挑戰。區塊鏈要求在一筆交易達成後向全網廣播，系統內每個節點都要進行數據備份。

以比特幣為例，自創世區塊至今的區塊數據已經超過60GB，並且區塊鏈數據量還在不斷增加，這將給比特幣核心客戶端的運行帶來很大挑戰。

處理速度問題

比特幣區塊鏈目前最高每秒處理6.67筆交易，一次確認時間大約為10分鍾，容易造成大量交易的堵塞延遲，可能會限制小額多次交易和對時間敏感度較高交易的應用。

盡管目前有了一些克服手段，但全面解決交易效率的方法仍然亟待發掘。

耗能過高

第三，挖礦過程中的算力並不產生額外的實際社會價值，還會浪費大量的電子資源，隨著比特幣的日益普及，區塊鏈逐漸成為高耗能的資本密集型行業。

2.中心化問題

節點的不平等

第一，理論上，分布式網路中每個節點應當被平等對待，但是為了挖礦獲得回報，各節點可能會增加算力進行硬體競賽，從而導致節點的不平等，破壞區塊鏈記賬權的隨機性。

產業化、規模化挖礦產生了礦池

理論上如果礦池通過共謀掌握51%以上的算力進行系統供給，就可以實現雙重支付，實際過程中盡管其成本遠超收益，但不能否認合謀供給存在的可能性。

3.隱私安全問題

私鑰容易被竊取

第一，目前區塊鏈採用的是非對稱密鑰機制，盡管具有很高的安全性，但是私鑰保存在用戶本地，容易被黑客竊取。

區塊鏈數據的透明性容易造成隱私泄露

公有鏈中每個參與者都可以獲得完整的數據備份，整個系統是公開透明的，比特幣通過隔斷交易地址和持有人真實身份的關聯保護隱私。

當區塊鏈需要承載更多的業務時，節點如何驗證信息執行命令就需要更多的考慮。

4.升級和激勵問題

公有鏈中參與節點的數量龐大

無論是升級還是修復錯誤都無法關閉系統集中進行，可能需要考慮放鬆去中心化的問題。

各個節點之間存在著競爭博弈

要求激勵相容機制的完善，如何使去中心化系統中的自利節點能夠自發開展區塊數據驗證及記賬工作，並設計合理的懲罰函數抑制非理性競爭，是區塊鏈面臨的另一挑戰。

雖然在資本和人才湧入的推動下，區塊鏈行業迎來快速發展，但是作為一個新興產業，其安全漏洞頻繁示警的狀況引發了人們對區塊鏈風險的擔憂。

國家信息技術安全研究中心主任俞克群指出，對於隱私暴露、數據泄露、信息篡改、網路詐騙等問題，區塊鏈的出現給人們帶來了很多期望。但區塊鏈的安全問題依然存在諸多的挑戰。

俞克群表示，目前區塊鏈還處在初級階段，存在著密碼演算法的安全性、協議安全性、使用安全性、系統安全性等諸多的挑戰。

國家互聯網應急中心運行部主任嚴寒冰也指出，區塊鏈如果要在全球經濟佔有重要地位，必須首先解決其面臨的安全問題。

嚴寒冰指出，區塊鏈安全問題包含多個方面。比如說傳統的安全問題，包括私鑰的保護，包括應用層軟體傳統的漏洞等。另外，新的協議層面也有一些新的協議帶來的漏洞。

去中心化漏洞平台(DVP)提供的數據也顯示區塊鏈安全問題的嚴峻性。DVP負責人吳家志透露，自7月24日來的一周內，DVP就已經收到白帽子所提供的312個漏洞，涉及175個項目方。其中包括智能合約、知名公鏈，交易所等一系列項目。高危漏洞達122個，占所有漏洞的39.1%，中危漏洞53個，占所有漏洞的17%。

中國信息安全測評中心主任助理李斌分析說，當前區塊鏈分為公有鏈、私有鏈、聯盟鏈三種，無論哪一類在演算法、協議、使用、時限和系統等多個方面都面臨安全挑戰。尤為關鍵的是，目前區塊鏈還面臨的是51%的攻擊問題，即節點通過掌握全網超過51%的算例就有能力成功的篡改和偽造區塊鏈數據。

值得注意的是，除了外部惡意攻擊風險，區塊鏈也面臨其內生風險的威脅。俞克群提醒說，如何圍繞著整個區塊鏈的應用系統的設備、數據、應用、加密、認證以及許可權等等方面構築一個完整的安全應用體系，是各方必須要面臨的重要問題。

吳家志也分析說，作為新興產業，區塊鏈產業的從業人員安全意識較為缺乏，導致目前的區塊鏈相關軟硬體的安全系數不高，存在大量的安全漏洞，此外，整個區塊鏈生態環節眾多，相較之下，相關的安全從業人員力量分散，難以形成合力來解決問題。迎接上述挑戰需要系統化的解決方案。

內容來源中新網

區塊鏈技術的六大核心演算法

區塊鏈核心演算法一：拜占庭協定

拜占庭的故事大概是這么說的：拜占庭帝國擁有巨大的財富，周圍10個鄰邦垂誕已久，但拜占庭高牆聳立，固若金湯，沒有一個單獨的鄰邦能夠成功入侵。任何單個鄰邦入侵的都會失敗，同時也有可能自身被其他9個鄰邦入侵。拜占庭帝國防禦能力如此之強，至少要有十個鄰邦中的一半以上同時進攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一個或者幾個鄰邦本身答應好一起進攻，但實際過程出現背叛，那麼入侵者可能都會被殲滅。於是每一方都小心行事，不敢輕易相信鄰國。這就是拜占庭將軍問題。

在這個分布式網路里：每個將軍都有一份實時與其他將軍同步的消息賬本。賬本里有每個將軍的簽名都是可以驗證身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些將軍。盡管有消息不一致的，只要超過半數同意進攻，少數服從多數，共識達成。

由此，在一個分布式的系統中，盡管有壞人，壞人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不響應、發送錯誤信息、對不同節點發送不同決定、不同錯誤節點聯合起來干壞事等等。但是，只要大多數人是好人，就完全有可能去中心化地實現共識

區塊鏈核心演算法二：非對稱加密技術

在上述拜占庭協定中，如果10個將軍中的幾個同時發起消息，勢必會造成系統的混亂，造成各說各的攻擊時間方案，行動難以一致。誰都可以發起進攻的信息，但由誰來發出呢?其實這只要加入一個成本就可以了，即：一段時間內只有一個節點可以傳播信息。當某個節點發出統一進攻的消息後，各個節點收到發起者的消息必須簽名蓋章，確認各自的身份。

在如今看來，非對稱加密技術完全可以解決這個簽名問題。非對稱加密演算法的加密和解密使用不同的兩個密鑰.這兩個密鑰就是我們經常聽到的」公鑰」和」私鑰」。公鑰和私鑰一般成對出現,如果消息使用公鑰加密,那麼需要該公鑰對應的私鑰才能解密;同樣，如果消息使用私鑰加密,那麼需要該私鑰對應的公鑰才能解密。

區塊鏈核心演算法三：容錯問題

我們假設在此網路中，消息可能會丟失、損壞、延遲、重復發送，並且接受的順序與發送的順序不一致。此外，節點的行為可以是任意的：可以隨時加入、退出網路，可以丟棄消息、偽造消息、停止工作等，還可能發生各種人為或非人為的故障。我們的演算法對由共識節點組成的共識系統，提供的容錯能力，這種容錯能力同時包含安全性和可用性，並適用於任何網路環境。

區塊鏈核心演算法四：Paxos演算法(一致性演算法)

Paxos演算法解決的問題是一個分布式系統如何就某個值(決議)達成一致。一個典型的場景是，在一個分布式資料庫系統中，如果各節點的初始狀態一致，每個節點都執行相同的操作序列，那麼他們最後能得到一個一致的狀態。為保證每個節點執行相同的命令序列，需要在每一條指令上執行一個「一致性演算法」以保證每個節點看到的指令一致。一個通用的一致性演算法可以應用在許多場景中，是分布式計算中的重要問題。節點通信存在兩種模型：共享內存和消息傳遞。Paxos演算法就是一種基於消息傳遞模型的一致性演算法。

區塊鏈核心演算法五：共識機制

區塊鏈共識演算法主要是工作量證明和權益證明。拿比特幣來說，其實從技術角度來看可以把PoW看做重復使用的Hashcash，生成工作量證明在概率上來說是一個隨機的過程。開采新的機密貨幣，生成區塊時，必須得到所有參與者的同意，那礦工必須得到區塊中所有數據的PoW工作證明。與此同時礦工還要時時觀察調整這項工作的難度，因為對網路要求是平均每10分鍾生成一個區塊。

區塊鏈核心演算法六：分布式存儲

分布式存儲是一種數據存儲技術，通過網路使用每台機器上的磁碟空間，並將這些分散的存儲資源構成一個虛擬的存儲設備，數據分散的存儲在網路中的各個角落。所以，分布式存儲技術並不是每台電腦都存放完整的數據，而是把數據切割後存放在不同的電腦里。就像存放100個雞蛋，不是放在同一個籃子里，而是分開放在不同的地方，加起來的總和是100個。

這里需要提到區塊鏈的基本系統結構有以下幾種

①網路路由②密碼演算法③腳本系統③共識機制

區塊鏈安全問題的話，主要是由腳本系統來完成的腳本系統，在區塊鏈技術，當中是一個相對來說抽象的概念也是極其重要的一個功能，區塊鏈中，之所以能形成一個有價值的網路依靠的就是腳本系統，就像發動機一樣驅動的，區塊鏈，不斷地進行數據的收發所謂腳本就是指一組成規則再確認系統中某些系統的程序，規則是固定的，比如在比特幣系統中只能進行比特幣發送與接收發送與接收，就是通過比特幣的腳本程序來完成的，系統允許用戶自主編程序規則，好了之後就可以部署，到區塊鏈賬本中，這樣就可以擴展整個區塊鏈系統的功能，如以太坊就是通過這一套自定義的腳本系統，從而實現了智能合約的功能，那麼具體的場景應用或者說實際生活案例比如說訂單物流信息供應鏈信息。