Gần đây, cộng đồng phát triển Bitcoin đã đưa ra một đề xuất phân nhánh mềm mới, nhằm sửa chữa một số lỗ hổng và điểm yếu tồn tại lâu dài trong giao thức Bitcoin. Một trong những lỗ hổng nghiêm trọng hơn được gọi là "tấn công biến dạng thời gian", đây chính là chủ đề mà bài viết này sẽ đi sâu thảo luận.
Cơ chế bảo vệ dấu thời gian khối Bitcoin
Trước khi thảo luận về cuộc tấn công thời gian xoắn, chúng ta cần hiểu cơ chế bảo vệ thao túng thời gian trong giao thức Bitcoin hiện tại:
Thời gian trung vị đã qua (MPT) quy tắc: Dấu thời gian của khối mới phải muộn hơn thời gian trung vị của 11 khối trước.
Quy tắc thời gian khối trong tương lai: Dấu thời gian khối không được sớm hơn thời gian trung vị của các nút mạng quá 2 giờ. Ngoài ra, chênh lệch tối đa cho phép giữa thời gian của nút và đồng hồ hệ thống địa phương là 90 phút.
Quy tắc MPT ngăn chặn dấu thời gian khối quá hồi tố, trong khi quy tắc khối tương lai hạn chế dấu thời gian quá sớm. Cần lưu ý rằng không thể thực hiện cơ chế tương tự như quy tắc khối tương lai để hoàn toàn ngăn chặn dấu thời gian trong quá khứ, vì điều này có thể ảnh hưởng đến quá trình đồng bộ hóa chuỗi khối ban đầu.
Lỗi "thiếu một" của Satoshi Nakamoto
Chu kỳ điều chỉnh độ khó của Bitcoin bao gồm 2016 khối, với thời gian tạo khối là 10 phút, khoảng hai tuần. Khi tính toán điều chỉnh độ khó khai thác, giao thức sẽ tính toán sự chênh lệch dấu thời gian giữa khối đầu tiên và khối cuối cùng trong cửa sổ 2016 khối liên quan.
Tuy nhiên, Satoshi Nakamoto đã phạm một sai lầm nhỏ nhưng đáng chú ý trong mã gốc. Ông đã sử dụng 2016 thay vì 2015 để tính toán thời gian mục tiêu, dẫn đến thời gian mục tiêu dài hơn 0,05% so với thực tế. Điều này có nghĩa là khoảng thời gian tạo khối mục tiêu thực tế của Bitcoin là 10 phút và 0,3 giây, thay vì đúng 10 phút.
Mặc dù độ sai lệch 0.3 giây này có vẻ không đáng kể, nhưng nó liên quan đến một vấn đề nghiêm trọng hơn. Việc tính toán độ khó dựa trên khối đầu tiên và khối cuối cùng trong mỗi cửa sổ 2016 khối, chứ không phải là sự khác biệt giữa khối cuối cùng của cửa sổ trước và khối cuối cùng của cửa sổ hiện tại. Cách tính toán này tạo ra khả năng cho các cuộc tấn công bóp méo thời gian.
Nguyên lý của cuộc tấn công biến dạng thời gian
Cuộc tấn công biến dạng thời gian khai thác lỗi trong việc tính toán độ khó của Satoshi Nakamoto. Trong cuộc tấn công này, các thợ mỏ độc hại thao túng dấu thời gian của khối để ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ khó. Các bước tấn công như sau:
Đối với hầu hết các khối, thợ đào sẽ đặt dấu thời gian sớm hơn 1 giây so với khối trước.
Để giảm thiểu tối đa sự trôi thời gian, thợ mỏ có thể duy trì cùng một dấu thời gian trong liên tiếp 6 khối, sau đó trong khối tiếp theo sẽ tăng thời gian lên 1 giây.
Ở khối cuối cùng của mỗi chu kỳ điều chỉnh độ khó, thợ mỏ sẽ đặt dấu thời gian là thời gian thực trong thế giới.
Thời gian đóng dấu khối đầu tiên của cửa sổ điều chỉnh độ khó tiếp theo đã được đặt lại về quá khứ, chỉ sớm hơn 1 giây so với khối áp chót của cửa sổ trước đó.
Mô hình tấn công này dẫn đến việc thời gian blockchain ngày càng chậm hơn so với thời gian thực, trong khi độ khó sẽ liên tục tăng lên. Tuy nhiên, từ chu kỳ điều chỉnh thứ hai trở đi, độ khó sẽ bắt đầu điều chỉnh xuống. Điều này cho phép thợ mỏ có thể tạo ra một lượng lớn khối trong thời gian ngắn, tiềm năng tạo ra nhiều Bitcoin vượt quá tốc độ phát hành bình thường.
Tính khả thi và thách thức của cuộc tấn công
Mặc dù về lý thuyết, cuộc tấn công này có tính hủy diệt, nhưng việc thực hiện trên thực tế gặp phải một số thách thức:
Cần kiểm soát phần lớn sức mạnh mạng.
Sự tồn tại của các thợ mỏ trung thực sẽ tăng độ khó của cuộc tấn công.
Nếu thợ mỏ trung thực tạo ra khối đầu tiên của bất kỳ cửa sổ điều chỉnh độ khó nào, cuộc tấn công trong chu kỳ đó sẽ không còn hiệu lực.
Quy trình tấn công là công khai và có thể kích hoạt sửa chữa phân nhánh mềm khẩn cấp.
Giải pháp
Có vài cách khả thi để sửa lỗi này:
Thay đổi thuật toán điều chỉnh độ khó, tính toán khoảng thời gian giữa các cửa sổ khối 2016 khác nhau.
Hủy bỏ quy tắc MPT, yêu cầu thời gian ghi nhãn của mỗi khối phải tăng dần một cách nghiêm ngặt.
Thiết lập quy tắc hạn chế mới: Thời gian của khối đầu tiên trong chu kỳ độ khó mới không được sớm hơn số phút cụ thể của khối cuối cùng trong chu kỳ trước đó ( như 2 giờ ).
Hiện tại, các nhà phát triển có xu hướng chọn phương án thứ ba, đặt thời gian giới hạn là 2 giờ. Phương án này vừa có thể hiệu quả giảm thiểu tấn công biến dạng thời gian, vừa có thể giảm thiểu tối đa rủi ro phát sinh khối không hợp lệ.
Kết luận
Cuộc tấn công xoắn thời gian đã tiết lộ một nguy cơ bảo mật tiềm ẩn trong giao thức Bitcoin. Mặc dù việc thực hiện cuộc tấn công này trong thực tế có nhiều thách thức, nhưng nó nhắc nhở chúng ta cần liên tục xem xét và cải thiện cơ sở hạ tầng công nghệ blockchain. Thông qua giải pháp sửa chữa soft fork được đề xuất, cộng đồng Bitcoin đang tích cực đối phó với mối đe dọa tiềm ẩn này, nhằm tăng cường thêm tính bảo mật và ổn định của mạng.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Thảo luận về phân tích và sửa chữa lỗ hổng thời gian trong giao thức Bitcoin
Giao thức Bitcoin中的时间漏洞:深入解析时间扭曲攻击
Tóm tắt
Gần đây, cộng đồng phát triển Bitcoin đã đưa ra một đề xuất phân nhánh mềm mới, nhằm sửa chữa một số lỗ hổng và điểm yếu tồn tại lâu dài trong giao thức Bitcoin. Một trong những lỗ hổng nghiêm trọng hơn được gọi là "tấn công biến dạng thời gian", đây chính là chủ đề mà bài viết này sẽ đi sâu thảo luận.
Cơ chế bảo vệ dấu thời gian khối Bitcoin
Trước khi thảo luận về cuộc tấn công thời gian xoắn, chúng ta cần hiểu cơ chế bảo vệ thao túng thời gian trong giao thức Bitcoin hiện tại:
Thời gian trung vị đã qua (MPT) quy tắc: Dấu thời gian của khối mới phải muộn hơn thời gian trung vị của 11 khối trước.
Quy tắc thời gian khối trong tương lai: Dấu thời gian khối không được sớm hơn thời gian trung vị của các nút mạng quá 2 giờ. Ngoài ra, chênh lệch tối đa cho phép giữa thời gian của nút và đồng hồ hệ thống địa phương là 90 phút.
Quy tắc MPT ngăn chặn dấu thời gian khối quá hồi tố, trong khi quy tắc khối tương lai hạn chế dấu thời gian quá sớm. Cần lưu ý rằng không thể thực hiện cơ chế tương tự như quy tắc khối tương lai để hoàn toàn ngăn chặn dấu thời gian trong quá khứ, vì điều này có thể ảnh hưởng đến quá trình đồng bộ hóa chuỗi khối ban đầu.
Lỗi "thiếu một" của Satoshi Nakamoto
Chu kỳ điều chỉnh độ khó của Bitcoin bao gồm 2016 khối, với thời gian tạo khối là 10 phút, khoảng hai tuần. Khi tính toán điều chỉnh độ khó khai thác, giao thức sẽ tính toán sự chênh lệch dấu thời gian giữa khối đầu tiên và khối cuối cùng trong cửa sổ 2016 khối liên quan.
Tuy nhiên, Satoshi Nakamoto đã phạm một sai lầm nhỏ nhưng đáng chú ý trong mã gốc. Ông đã sử dụng 2016 thay vì 2015 để tính toán thời gian mục tiêu, dẫn đến thời gian mục tiêu dài hơn 0,05% so với thực tế. Điều này có nghĩa là khoảng thời gian tạo khối mục tiêu thực tế của Bitcoin là 10 phút và 0,3 giây, thay vì đúng 10 phút.
Mặc dù độ sai lệch 0.3 giây này có vẻ không đáng kể, nhưng nó liên quan đến một vấn đề nghiêm trọng hơn. Việc tính toán độ khó dựa trên khối đầu tiên và khối cuối cùng trong mỗi cửa sổ 2016 khối, chứ không phải là sự khác biệt giữa khối cuối cùng của cửa sổ trước và khối cuối cùng của cửa sổ hiện tại. Cách tính toán này tạo ra khả năng cho các cuộc tấn công bóp méo thời gian.
Nguyên lý của cuộc tấn công biến dạng thời gian
Cuộc tấn công biến dạng thời gian khai thác lỗi trong việc tính toán độ khó của Satoshi Nakamoto. Trong cuộc tấn công này, các thợ mỏ độc hại thao túng dấu thời gian của khối để ảnh hưởng đến việc điều chỉnh độ khó. Các bước tấn công như sau:
Đối với hầu hết các khối, thợ đào sẽ đặt dấu thời gian sớm hơn 1 giây so với khối trước.
Để giảm thiểu tối đa sự trôi thời gian, thợ mỏ có thể duy trì cùng một dấu thời gian trong liên tiếp 6 khối, sau đó trong khối tiếp theo sẽ tăng thời gian lên 1 giây.
Ở khối cuối cùng của mỗi chu kỳ điều chỉnh độ khó, thợ mỏ sẽ đặt dấu thời gian là thời gian thực trong thế giới.
Thời gian đóng dấu khối đầu tiên của cửa sổ điều chỉnh độ khó tiếp theo đã được đặt lại về quá khứ, chỉ sớm hơn 1 giây so với khối áp chót của cửa sổ trước đó.
Mô hình tấn công này dẫn đến việc thời gian blockchain ngày càng chậm hơn so với thời gian thực, trong khi độ khó sẽ liên tục tăng lên. Tuy nhiên, từ chu kỳ điều chỉnh thứ hai trở đi, độ khó sẽ bắt đầu điều chỉnh xuống. Điều này cho phép thợ mỏ có thể tạo ra một lượng lớn khối trong thời gian ngắn, tiềm năng tạo ra nhiều Bitcoin vượt quá tốc độ phát hành bình thường.
Tính khả thi và thách thức của cuộc tấn công
Mặc dù về lý thuyết, cuộc tấn công này có tính hủy diệt, nhưng việc thực hiện trên thực tế gặp phải một số thách thức:
Cần kiểm soát phần lớn sức mạnh mạng.
Sự tồn tại của các thợ mỏ trung thực sẽ tăng độ khó của cuộc tấn công.
Nếu thợ mỏ trung thực tạo ra khối đầu tiên của bất kỳ cửa sổ điều chỉnh độ khó nào, cuộc tấn công trong chu kỳ đó sẽ không còn hiệu lực.
Quy trình tấn công là công khai và có thể kích hoạt sửa chữa phân nhánh mềm khẩn cấp.
Giải pháp
Có vài cách khả thi để sửa lỗi này:
Thay đổi thuật toán điều chỉnh độ khó, tính toán khoảng thời gian giữa các cửa sổ khối 2016 khác nhau.
Hủy bỏ quy tắc MPT, yêu cầu thời gian ghi nhãn của mỗi khối phải tăng dần một cách nghiêm ngặt.
Thiết lập quy tắc hạn chế mới: Thời gian của khối đầu tiên trong chu kỳ độ khó mới không được sớm hơn số phút cụ thể của khối cuối cùng trong chu kỳ trước đó ( như 2 giờ ).
Hiện tại, các nhà phát triển có xu hướng chọn phương án thứ ba, đặt thời gian giới hạn là 2 giờ. Phương án này vừa có thể hiệu quả giảm thiểu tấn công biến dạng thời gian, vừa có thể giảm thiểu tối đa rủi ro phát sinh khối không hợp lệ.
Kết luận
Cuộc tấn công xoắn thời gian đã tiết lộ một nguy cơ bảo mật tiềm ẩn trong giao thức Bitcoin. Mặc dù việc thực hiện cuộc tấn công này trong thực tế có nhiều thách thức, nhưng nó nhắc nhở chúng ta cần liên tục xem xét và cải thiện cơ sở hạ tầng công nghệ blockchain. Thông qua giải pháp sửa chữa soft fork được đề xuất, cộng đồng Bitcoin đang tích cực đối phó với mối đe dọa tiềm ẩn này, nhằm tăng cường thêm tính bảo mật và ổn định của mạng.