数据泄露危害区块链

区块链有哪些安全软肋

区块链有哪些安全软肋

区块链是比特币中的核心技术，在无法建立信任关系的互联网上，区块链技术依靠密码学和巧妙的分布式算法，无需借助任何第三方中心机构的介入，用数学的方法使参与者达成共识，保证交易记录的存在性、合约的有效性以及身份的不可抵赖性。

区块链技术常被人们提及的特性是去中心化、共识机制等，由区块链引申出来的虚拟数字货币是目前全球最火爆的项目之一，正在成就出新的一批亿万级富豪。像币安交易平台，成立短短几个月，就被国际知名机构评级市值达400亿美金，成为了最富有的一批数字货币创业先驱者。但是自从有数字货币交易所至今，交易所被攻击、资金被盗事件层出不穷，且部分数字货币交易所被黑客攻击损失惨重，甚至倒闭。

一、令人震惊的数字货币交易所被攻击事件

从最早的比特币，到后来的莱特币、以太币，目前已有几百种数字货币。随着价格的攀升，各种数字货币系统被攻击、数字货币被盗事件不断增加，被盗金额也是一路飙升。让我们来回顾一下令人震惊的数字货币被攻击、被盗事件。

2014年2月24日，当时世界最大的比特币交易所运营商Mt.Gox宣布其交易平台的85万个比特币已经被盗一空，承担着超过80%的比特币交易所的Mt.Gox由于无法弥补客户损失而申请破产保护。

经分析，原因大致为Mt.Gox存在单点故障结构这种严重的错误，被黑客用于发起DDoS攻击：

比特币提现环节的签名被黑客篡改并先于正常的请求进入比特币网络，结果伪造的请求可以提现成功，而正常的提现请求在交易平台中出现异常并显示为失败，此时黑客实际上已经拿到提现的比特币了，但是他继续在Mt.Gox平台请求重复提现，Mt.Gox在没有进行事务一致性校验（对账）的情况下，重复支付了等额的比特币，导致交易平台的比特币被窃取。

2016年8月4日，最大的美元比特币交易平台Bitfinex发布公告称，网站发现安全漏洞，导致近12万枚比特币被盗，总价值约为7500万美元。

2018年1月26日，日本的一家大型数字货币交易平台Coincheck系统遭遇黑客攻击，导致时价580亿日元、约合5.3亿美元的数字货币“新经币”被盗，这是史上最大的数字货币盗窃案。

2018年3月7日，世界第二大数字货币交易所币安（Binance）被黑客攻击的消息让币圈彻夜难眠，黑客竟然玩起了经济学，买空卖空“炒币”割韭菜。根据币安公告，黑客的攻击过程包括：

1)在长时间里，利用第三方钓鱼网站偷盗用户的账号登录信息。黑客通过使用Unicode字符冒充正规Binance网址域名里的部分字母对用户实施网页钓鱼攻击。

2)黑客获得账号后，自动创建交易API，之后便静默潜伏。

3)3月7日黑客通过盗取的APIKey，利用买空卖空的方式，将VIA币值直接拉暴100多倍，比特币大跌10%，以全球总计1700万个比特币计算，比特币一夜丢了170亿美元。

二、黑客攻击为什么能屡屡得手

基于区块链的数字货币其火热行情让黑客们垂涎不已，被盗金额不断刷新纪录，盗窃事件的发生也引发了人们对数字货币安全的担忧，人们不禁要问：区块链技术安全吗？

随着人们对区块链技术的研究与应用，区块链系统除了其所属信息系统会面临病毒、木马等恶意程序威胁及大规模DDoS攻击外，还将由于其特性而面临独有的安全挑战。

1.算法实现安全

由于区块链大量应用了各种密码学技术，属于算法高度密集工程，在实现上比较容易出现问题。历史上有过此类先例，比如NSA对RSA算法实现埋入缺陷，使其能够轻松破解别人的加密信息。一旦爆发这种级别的漏洞，可以说构成区块链整个大厦的地基将不再安全，后果极其可怕。之前就发生过由于比特币随机数产生器出现问题所导致的比特币被盗事件，理论上，在签名过程中两次使用同一个随机数，就能推导出私钥。

2.共识机制安全

当前的区块链技术中已经出现了多种共识算法机制，最常见的有PoW、PoS、DPos。但这些共识机制是否能实现并保障真正的安全，需要更严格的证明和时间的考验。

3.区块链使用安全

区块链技术一大特点就是不可逆、不可伪造，但前提是私钥是安全的。私钥是用户生成并保管的，理论上没有第三方参与。私钥一旦丢失，便无法对账户的资产做任何操作。一旦被黑客拿到，就能转移数字货币。

4.系统设计安全

像Mt.Gox平台由于在业务设计上存在单点故障，所以其系统容易遭受DoS攻击。目前区块链是去中心化的，而交易所是中心化的。中心化的交易所，除了要防止技术盗窃外，还得管理好人，防止人为盗窃。

总体来说，从安全性分析的角度，区块链面临着算法实现、共识机制、使用及设计上挑战，同时黑客通过利用系统安全漏洞、业务设计缺陷也可达成攻击目的。目前，黑客攻击已经在对区块链系统安全性造成越来越大的影响。

三、如何保证区块链的安全

为了保证区块链系统安全，建议参照NIST的网络安全框架，从战略层面、一个企业或者组织的网络安全风险管理的整个生命周期的角度出发构建识别、保护、检测、响应和恢复5个核心组成部分，来感知、阻断区块链风险和威胁。

除此之外，根据区块链技术自身特点重点关注算法、共识机制、使用及设计上的安全。

针对算法实现安全性：一方面选择采用新的、本身经得起考验的密码技术，如国密公钥算法SM2等。另一方面对核心算法代码进行严格、完整测试的同时进行源码混淆，增加黑客逆向攻击的难度和成本。

针对共识算法安全性：PoW中使用防ASIC杂凑函数，使用更有效的共识算法和策略。

针对使用安全性：对私钥的生成、存储进行保护，敏感数据加密存储。

针对设计安全性：一方面要保证设计的功能尽量完善，如采用私钥白盒签名技术，防止病毒、木马在系统运行过程中提取私钥；设计私钥泄露追踪功能，尽可能减少私钥泄露后的损失。另一方面，应对某些关键业务设计去中心化，防止单点故障攻击。

区块链项目（尤其是公有链）的一个特点是开源。通过开放源代码，来提高项目的可信性，也使更多的人可以参与进来。但源代码的开放也使得攻击者对于区块链系统的攻击变得更加容易。近两年就发生多起黑客攻击事件，近日就有匿名币Verge（XVG）再次遭到攻击，攻击者锁定了XVG代码中的某个漏洞，该漏洞允许恶意矿工在区块上添加虚假的时间戳，随后快速挖出新块，短短的几个小时内谋取了近价值175万美元的数字货币。虽然随后攻击就被成功制止，然而没人能够保证未来攻击者是否会再次出击。

当然，区块链开发者们也可以采取一些措施

一是使用专业的代码审计服务，

二是了解安全编码规范，防患于未然。

密码算法的安全性

随着量子计算机的发展将会给现在使用的密码体系带来重大的安全威胁。区块链主要依赖椭圆曲线公钥加密算法生成数字签名来安全地交易，目前最常用的ECDSA、RSA、DSA等在理论上都不能承受量子攻击，将会存在较大的风险，越来越多的研究人员开始关注能够抵抗量子攻击的密码算法。

当然，除了改变算法，还有一个方法可以提升一定的安全性：

参考比特币对于公钥地址的处理方式，降低公钥泄露所带来的潜在的风险。作为用户，尤其是比特币用户，每次交易后的余额都采用新的地址进行存储，确保有比特币资金存储的地址的公钥不外泄。

共识机制的安全性

当前的共识机制有工作量证明（ProofofWork，PoW）、权益证明（ProofofStake，PoS）、授权权益证明（DelegatedProofofStake，DPoS）、实用拜占庭容错（，PBFT）等。

PoW面临51%攻击问题。由于PoW依赖于算力，当攻击者具备算力优势时，找到新的区块的概率将会大于其他节点，这时其具备了撤销已经发生的交易的能力。需要说明的是，即便在这种情况下，攻击者也只能修改自己的交易而不能修改其他用户的交易（攻击者没有其他用户的私钥）。

在PoS中，攻击者在持有超过51%的Token量时才能够攻击成功，这相对于PoW中的51%算力来说，更加困难。

在PBFT中，恶意节点小于总节点的1/3时系统是安全的。总的来说，任何共识机制都有其成立的条件，作为攻击者，还需要考虑的是，一旦攻击成功，将会造成该系统的价值归零，这时攻击者除了破坏之外，并没有得到其他有价值的回报。

对于区块链项目的设计者而言，应该了解清楚各个共识机制的优劣，从而选择出合适的共识机制或者根据场景需要，设计新的共识机制。

智能合约的安全性

智能合约具备运行成本低、人为干预风险小等优势，但如果智能合约的设计存在问题，将有可能带来较大的损失。2016年6月，以太坊最大众筹项目TheDAO被攻击，黑客获得超过350万个以太币，后来导致以太坊分叉为ETH和ETC。

对此提出的措施有两个方面：

一是对智能合约进行安全审计，

二是遵循智能合约安全开发原则。

智能合约的安全开发原则有：对可能的错误有所准备，确保代码能够正确的处理出现的bug和漏洞；谨慎发布智能合约，做好功能测试与安全测试，充分考虑边界；保持智能合约的简洁；关注区块链威胁情报，并及时检查更新；清楚区块链的特性，如谨慎调用外部合约等。

数字钱包的安全性

数字钱包主要存在三方面的安全隐患：第一，设计缺陷。2014年底，某签报因一个严重的随机数问题（R值重复）造成用户丢失数百枚数字资产。第二，数字钱包中包含恶意代码。第三，电脑、手机丢失或损坏导致的丢失资产。

应对措施主要有四个方面：

一是确保私钥的随机性；

二是在软件安装前进行散列值校验，确保数字钱包软件没有被篡改过；

三是使用冷钱包；

四是对私钥进行备份。

B. 区块链安全六大问题是什么

1.性能问题

体积问题

区块链对数据备份的要求对存储空间提出挑战。区块链要求在一笔交易达成后向全网广播，系统内每个节点都要进行数据备份。

以比特币为例，自创世区块至今的区块数据已经超过60GB，并且区块链数据量还在不断增加，这将给比特币核心客户端的运行带来很大挑战。

处理速度问题

比特币区块链目前最高每秒处理6.67笔交易，一次确认时间大约为10分钟，容易造成大量交易的堵塞延迟，可能会限制小额多次交易和对时间敏感度较高交易的应用。

尽管目前有了一些克服手段，但全面解决交易效率的方法仍然亟待发掘。

耗能过高

第三，挖矿过程中的算力并不产生额外的实际社会价值，还会浪费大量的电子资源，随着比特币的日益普及，区块链逐渐成为高耗能的资本密集型行业。

2.中心化问题

节点的不平等

第一，理论上，分布式网络中每个节点应当被平等对待，但是为了挖矿获得回报，各节点可能会增加算力进行硬件竞赛，从而导致节点的不平等，破坏区块链记账权的随机性。

产业化、规模化挖矿产生了矿池

理论上如果矿池通过共谋掌握51%以上的算力进行系统供给，就可以实现双重支付，实际过程中尽管其成本远超收益，但不能否认合谋供给存在的可能性。

3.隐私安全问题

私钥容易被窃取

第一，目前区块链采用的是非对称密钥机制，尽管具有很高的安全性，但是私钥保存在用户本地，容易被黑客窃取。

区块链数据的透明性容易造成隐私泄露

公有链中每个参与者都可以获得完整的数据备份，整个系统是公开透明的，比特币通过隔断交易地址和持有人真实身份的关联保护隐私。

当区块链需要承载更多的业务时，节点如何验证信息执行命令就需要更多的考虑。

4.升级和激励问题

公有链中参与节点的数量庞大

无论是升级还是修复错误都无法关闭系统集中进行，可能需要考虑放松去中心化的问题。

各个节点之间存在着竞争博弈

要求激励相容机制的完善，如何使去中心化系统中的自利节点能够自发开展区块数据验证及记账工作，并设计合理的惩罚函数抑制非理性竞争，是区块链面临的另一挑战。

虽然在资本和人才涌入的推动下，区块链行业迎来快速发展，但是作为一个新兴产业，其安全漏洞频繁示警的状况引发了人们对区块链风险的担忧。

国家信息技术安全研究中心主任俞克群指出，对于隐私暴露、数据泄露、信息篡改、网络诈骗等问题，区块链的出现给人们带来了很多期望。但区块链的安全问题依然存在诸多的挑战。

俞克群表示，目前区块链还处在初级阶段，存在着密码算法的安全性、协议安全性、使用安全性、系统安全性等诸多的挑战。

国家互联网应急中心运行部主任严寒冰也指出，区块链如果要在全球经济占有重要地位，必须首先解决其面临的安全问题。

严寒冰指出，区块链安全问题包含多个方面。比如说传统的安全问题，包括私钥的保护，包括应用层软件传统的漏洞等。另外，新的协议层面也有一些新的协议带来的漏洞。

去中心化漏洞平台(DVP)提供的数据也显示区块链安全问题的严峻性。DVP负责人吴家志透露，自7月24日来的一周内，DVP就已经收到白帽子所提供的312个漏洞，涉及175个项目方。其中包括智能合约、知名公链，交易所等一系列项目。高危漏洞达122个，占所有漏洞的39.1%，中危漏洞53个，占所有漏洞的17%。

中国信息安全测评中心主任助理李斌分析说，当前区块链分为公有链、私有链、联盟链三种，无论哪一类在算法、协议、使用、时限和系统等多个方面都面临安全挑战。尤为关键的是，目前区块链还面临的是51%的攻击问题，即节点通过掌握全网超过51%的算例就有能力成功的篡改和伪造区块链数据。

值得注意的是，除了外部恶意攻击风险，区块链也面临其内生风险的威胁。俞克群提醒说，如何围绕着整个区块链的应用系统的设备、数据、应用、加密、认证以及权限等等方面构筑一个完整的安全应用体系，是各方必须要面临的重要问题。

吴家志也分析说，作为新兴产业，区块链产业的从业人员安全意识较为缺乏，导致目前的区块链相关软硬件的安全系数不高，存在大量的安全漏洞，此外，整个区块链生态环节众多，相较之下，相关的安全从业人员力量分散，难以形成合力来解决问题。迎接上述挑战需要系统化的解决方案。

内容来源中新网

区块链技术的六大核心算法

区块链核心算法一：拜占庭协定

拜占庭的故事大概是这么说的：拜占庭帝国拥有巨大的财富，周围10个邻邦垂诞已久，但拜占庭高墙耸立，固若金汤，没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败，同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强，至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻，但实际过程出现背叛，那么入侵者可能都会被歼灭。于是每一方都小心行事，不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。

在这个分布式网络里：每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。

由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识

区块链核心算法二：非对称加密技术

在上述拜占庭协定中，如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢?其实这只要加入一个成本就可以了，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。

在如今看来，非对称加密技术完全可以解决这个签名问题。非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥.这两个密钥就是我们经常听到的”公钥”和”私钥”。公钥和私钥一般成对出现,如果消息使用公钥加密,那么需要该公钥对应的私钥才能解密;同样，如果消息使用私钥加密,那么需要该私钥对应的公钥才能解密。

区块链核心算法三：容错问题

我们假设在此网络中，消息可能会丢失、损坏、延迟、重复发送，并且接受的顺序与发送的顺序不一致。此外，节点的行为可以是任意的：可以随时加入、退出网络，可以丢弃消息、伪造消息、停止工作等，还可能发生各种人为或非人为的故障。我们的算法对由共识节点组成的共识系统，提供的容错能力，这种容错能力同时包含安全性和可用性，并适用于任何网络环境。

区块链核心算法四：Paxos算法(一致性算法)

Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是，在一个分布式数据库系统中，如果各节点的初始状态一致，每个节点都执行相同的操作序列，那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列，需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中，是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型：共享内存和消息传递。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。

区块链核心算法五：共识机制

区块链共识算法主要是工作量证明和权益证明。拿比特币来说，其实从技术角度来看可以把PoW看做重复使用的Hashcash，生成工作量证明在概率上来说是一个随机的过程。开采新的机密货币，生成区块时，必须得到所有参与者的同意，那矿工必须得到区块中所有数据的PoW工作证明。与此同时矿工还要时时观察调整这项工作的难度，因为对网络要求是平均每10分钟生成一个区块。

区块链核心算法六：分布式存储

分布式存储是一种数据存储技术，通过网络使用每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在网络中的各个角落。所以，分布式存储技术并不是每台电脑都存放完整的数据，而是把数据切割后存放在不同的电脑里。就像存放100个鸡蛋，不是放在同一个篮子里，而是分开放在不同的地方，加起来的总和是100个。

这里需要提到区块链的基本系统结构有以下几种

①网络路由②密码算法③脚本系统③共识机制

区块链安全问题的话，主要是由脚本系统来完成的脚本系统，在区块链技术，当中是一个相对来说抽象的概念也是极其重要的一个功能，区块链中，之所以能形成一个有价值的网络依靠的就是脚本系统，就像发动机一样驱动的，区块链，不断地进行数据的收发所谓脚本就是指一组成规则再确认系统中某些系统的程序，规则是固定的，比如在比特币系统中只能进行比特币发送与接收发送与接收，就是通过比特币的脚本程序来完成的，系统允许用户自主编程序规则，好了之后就可以部署，到区块链账本中，这样就可以扩展整个区块链系统的功能，如以太坊就是通过这一套自定义的脚本系统，从而实现了智能合约的功能，那么具体的场景应用或者说实际生活案例比如说订单物流信息供应链信息。