DARPA preučuje ranljivosti blokovnih verig

DARPA je angažirala raziskovalno in svetovalno podjetje za kibernetsko varnost Trail of Bits, da preuči temeljne lastnosti verig blokov in z njimi povezana tveganja za kibernetsko varnost.

Raziskana sled bitov v kolikšni meri so verige blokov resnično decentralizirane.

Osredotočili so se predvsem na dve najbolj priljubljeni verigi blokov: Bitcoin in Ethereum. Raziskali so tudi verige blokov z dokazi o deležu (PoS) in bizantinske protokole soglasja, odporne na napake, na splošno. To poročilo vsebuje povzetek rezultatov iz akademske literature na visoki ravni, pa tudi njihove nove raziskave o osrednji vlogi programske opreme in topologiji soglasnega omrežja Bitcoin. Za odlično akademsko raziskavo z globljo tehnično razpravo priporočamo delo Saija et al.

Blockchaini so decentralizirani, kajne?
Tehnologija porazdeljene knjige (DLT) – in še posebej verige blokov – se uporabljata v različnih kontekstih, kot so digitalna valuta, decentralizirane finance in celo elektronsko glasovanje. Medtem ko obstaja veliko različnih vrst DLT, od katerih je vsaka zgrajena z bistveno drugačnimi oblikovalskimi odločitvami, je glavna vrednost DLT in verig blokov ta, da lahko delujejo varno brez centraliziranega nadzora. Kriptografski primitivi, ki omogočajo verige blokov, so do te točke precej robustni in pogosto se jemlje za samoumevno, da ti primitivi omogočajo, da so verige blokov nespremenljive (niso dovzetne za spremembe). To poročilo podaja primere, kako je mogoče to nespremenljivost zlomiti ne z izkoriščanjem kriptografskih ranljivosti, temveč s spodkopavanjem lastnosti implementacij verige blokov, mreženja in protokola soglasja. kažejo, da lahko podmnožica udeležencev pridobi pretiran, centraliziran nadzor nad celotnim sistemom.

Viri centralizacije
To poročilo zajema več načinov, na katere je mogoče centralizirati nadzor DLT:
● Avtoritativna centralnost: Kakšno je najmanjše število subjektov, potrebnih za motnjo sistema? To število imenujemo Nakamotov koeficient in bližje ko je ta vrednost ena, bolj centraliziran je sistem. To se pogosto imenuje tudi "centralnost upravljanja".
● Osrednji položaj soglasja: do kakšne mere je vir soglasja (npr. dokaz o delu [PoW]) centraliziran, podobno kot avtoritativno osrednje mesto? Ali ena sama entiteta (na primer rudarski bazen) nadzoruje neupravičeno količino zgoščevalne moči omrežja?
● Motivacijsko središče: Kako udeležence odvračamo od zlonamernega delovanja (npr. objavljanje napačnih ali nepravilnih podatkov)? V kolikšni meri so te spodbude centralno nadzorovane? Kako, če sploh, lahko pravice zlonamernega udeleženca
biti preklican?
● Topološka centralnost: kako odporno je konsenzno omrežje na motnje? Ali obstaja podmnožica vozlišč, ki tvorijo pomemben most v omrežju, brez katerega bi omrežje postalo razcepljeno?
● Osrednji položaj omrežja: ali so vozlišča dovolj geografsko razpršena, da so enakomerno porazdeljena po internetu? Kaj bi se zgodilo, če bi se zlonamerni ponudnik internetnih storitev (ISP) ali nacionalna država odločila blokirati ali filtrirati ves promet DLT?
● Osrednji položaj programske opreme: V kolikšni meri je varnost DLT odvisna od varnosti programske opreme, v kateri se izvaja? Vsaka napaka v programski opremi (bodisi nenamerna bodisi namerna) lahko razveljavi invariante DLT, npr. prekine nespremenljivost. Če je v specifikaciji DLT dvoumnost, se lahko dva neodvisno razvita odjemalca programske opreme ne strinjata, kar povzroči razcep v verigi blokov. Navzgornja ranljivost v odvisnosti, ki si jo delita oba odjemalca, lahko podobno vpliva na njuno delovanje.

Ključne ugotovitve in zaključki
Sledijo ključne ugotovitve raziskave DARPA – Trail of Bits.
● Izziv pri uporabi verige blokov je, da je treba (a) sprejeti njeno nespremenljivost in zaupati, da njeni programerji niso vnesli hrošča, ali (b) dovoliti pogodbe, ki jih je mogoče nadgraditi, ali kodo zunaj verige, ki imajo enake težave z zaupanjem kot centraliziran pristop.
● Vsaka široko uporabljena veriga blokov ima privilegiran nabor subjektov, ki lahko spremenijo semantiko verige blokov in potencialno spremenijo pretekle transakcije.
● Število subjektov, ki zadostuje za prekinitev verige blokov, je razmeroma majhno: štiri za Bitcoin, dve za Ethereum in manj kot ducat za večino omrežij PoS.
● Zdi se, da velika večina vozlišč Bitcoin ne sodeluje pri rudarjenju in operaterji vozlišč se ne soočajo z izrecno kaznijo za nepoštenost.
● Standardni protokol za usklajevanje znotraj rudarskih skupin blockchain, Stratum, je nešifriran in dejansko nepreverjen.
● Ko imajo vozlišča zastarel ali napačen pogled na omrežje, to zniža odstotek zgoščene vrednosti, potrebne za izvedbo standardnega 51-odstotnega napada. Poleg tega je treba za izvedbo takega napada degradirati samo vozlišča, ki jih upravljajo rudarska združenja. Na primer, v prvi polovici leta 2021 je bil dejanski strošek 51-odstotnega napada na Bitcoin bližje 49 % hashrate.
● Da bi bila veriga blokov optimalno porazdeljena, mora obstajati tako imenovani Sybil strošek. Trenutno ni znanega načina za implementacijo stroškov Sybil v verigo blokov brez dovoljenj, kot sta Bitcoin ali Ethereum, brez najemanja centralizirane zaupanja vredne tretje osebe (TTP). Dokler ne bo odkrit mehanizem za uveljavljanje stroškov Sybil brez TTP, bo skoraj nemogoče, da bi verige blokov brez dovoljenj dosegle zadovoljivo decentralizacijo.
● Zdi se, da je gosto podomrežje vozlišč Bitcoin brez obsega v veliki meri odgovorno za doseganje soglasja in komunikacijo z rudarji – velika večina vozlišč ne prispeva pomembno k zdravju omrežja.
● Bitcoin promet ni šifriran—katera koli tretja oseba na omrežni poti med vozlišči (npr. ponudniki internetnih storitev, operaterji dostopnih točk Wi-Fi ali vlade) lahko opazuje in se odloči, da bo izpustila vsa sporočila, ki jih želi.
● Od vsega Bitcoin prometa, 60 % prečka le tri ponudnike internetnih storitev.
● Tor je zdaj največji ponudnik omrežja v Bitcoinu, ki usmerja promet za približno polovico vozlišč Bitcoina. Polovica teh vozlišč je usmerjenih prek omrežja Tor, druga polovica pa je dosegljiva prek naslovov .onion. Naslednji največji avtonomni sistem (AS) – ali ponudnik omrežja – je AS24940 iz Nemčije, ki predstavlja le 10 % vozlišč. Zlonamerno izhodno vozlišče Tor lahko spremeni ali izpusti promet podobno kot ponudnik internetnih storitev.
● Od bitcoinovih vozlišč jih je 21 % junija 2021 uporabljalo staro različico odjemalca Bitcoin Core, za katero je znano, da je ranljiva.
● Ekosistem Ethereum ima precejšnjo količino ponovne uporabe kode: 90 % nedavno uvedenih pametnih pogodb Ethereum je vsaj 56 % podobnih druga drugi.