Nhà phát triển Bitcoin Core: Mạng Lightning dễ bị tấn công giãn nở thời gian, ngăn chặn các cuộc tấn công nhật thực có thể là chìa khóa
Tiêu đề gốc: "Lightning Network dễ bị tấn công làm giãn nở thời gian, việc ngăn chặn các cuộc tấn công nhật thực có thể là chìa khóa"
Tác giả gốc: Gleb Naumenko
Bản tổng hợp gốc: Tự do và hạnh phúc
Viết phía trước: Lightning Network (LN), với tư cách là mạng kênh thanh toán, thường được coi là Bitcoin. Trong bài viết này, các nhà phát triển cốt lõi Bitcoin Gleb Naumenko và Antoine Riard đã phác thảo ba cách mà kẻ tấn công có thể đánh cắp tiền của người dùng LN trung thực và Điều này liên quan đến vấn đề tấn công nhật thực trên lớp Bitcoin P2P Đối với những cuộc tấn công này, các nhà nghiên cứu tin rằng chúng có thể được giải quyết thông qua WatchTower. Tuy nhiên, điều này thực sự gây ra các vấn đề về niềm tin và giải pháp cơ bản là ngăn chặn các cuộc tấn công nhật thực và các biện pháp tấn công Anti-Sybil.
Sau đây là bản dịch:
Cuộc tấn công giãn nở thời gian hiện có vẻ là cách thiết thực nhất để đánh cắp tiền của người dùng Lightning Network thông qua cuộc tấn công Eclipse. Có một số lý do. Cuộc tấn công này không cần đến sức mạnh máy tính được huy động, và nó không chỉ dành cho thương nhân.
Đây là về sự giãn nở thời gian của Lightning Network Toàn văn cuộc tấn công: https://arxiv.org/abs/2006.01418
Giới thiệu Tại sao nó quan trọng?
Đây chỉ là vấn đề lý thuyết thôi sao?
Nạn nhân không thấy khối trì trệ sao?
Tấn công OK, giải quyết thế nào?
Kết luận
(Ảnh từ: pxhere.com)
Các giao thức cơ bản của Bitcoin thực sự rất thú vị và chúng mang đến những cơ hội lớn về khả năng mở rộng, tính bảo mật và chức năng, nhưng phải trả giá bằng các giả định bảo mật mới.
Tất cả chúng ta đều biết rằng các kênh thanh toán phải được giám sát, nếu không tiền có thể bị đánh cắp. Điều này nghe có vẻ hơi trừu tượng, vì vậy chúng tôi quyết định xem xét chính xác kẻ tấn công sẽ phải làm gì để đánh cắp tiền từ người dùng Lightning Network.
Cụ thể hơn, chúng tôi khám phá cách các cuộc tấn công lớp ngang hàng có thể giúp phá vỡ các giả định trên. Trong mỗi cuộc tấn công giãn nở thời gian, kẻ tấn công kiểm soát quyền truy cập của nạn nhân vào mạng Bitcoin (khó nhưng không phải là không thể) và trì hoãn việc gửi khối cho nạn nhân. Sau đó, kẻ tấn công khai thác việc nạn nhân không thể truy cập kịp thời các khối gần đây. Trong một số trường hợp, chỉ cần cách ly nạn nhân trong hai giờ là đủ.
Kẻ tấn công sau đó thực hiện hai thao tác (hoàn toàn dựa trên quy tắc) trên kênh của nạn nhân trên Lightning Network, đồng thời thực hiện một trạng thái khác. Vì nạn nhân không tuân theo các lời nhắc mới nhất của blockchain nên họ không thể phát hiện ra điều này và phản ứng theo yêu cầu của giao thức. Chúng tôi trình bày ba cách khác nhau mà kẻ tấn công có thể đánh cắp tiền từ nạn nhân và thảo luận về tính khả thi/chi phí của những cuộc tấn công này. Chúng tôi cũng khám phá một loạt các biện pháp đối phó, có thể làm tăng đáng kể chi phí của một cuộc tấn công.
Tóm lại, kết quả nghiên cứu của chúng tôi là:
1. Nhiều người dùng Lightning Network (đặc biệt là những người sử dụng ứng dụng khách Bitcoin nhẹ) hiện dễ bị tấn công bởi Eclipse.
2. Người dùng mạng Lightning chạy các nút đầy đủ Bitcoin Core có khả năng chống lại các cuộc tấn công Eclipse mạnh mẽ hơn, nhưng gần đây Nghiên cứu cho thấy rằng các cuộc tấn công này Vân co thể.
3. Cuộc tấn công Eclipse có thể đánh cắp tiền của người dùng LN thông qua việc giãn nở thời gian.
4. Chỉ quan sát sự xuất hiện của các khối chậm không thể giảm thiểu các cuộc tấn công giãn nở thời gian, vì vậy đối với điểm 3, không có giải pháp giải pháp đơn giản nào .
5. Do đó, giãn nở thời gian là một cách thực tế để lấy cắp tiền từ những người dùng bị che khuất. Phương pháp này không yêu cầu sức mạnh tính toán và cũng không chỉ dành cho người bán. Trong số đó, người dùng client hạng nhẹ (SPV) là mục tiêu tấn công tốt vì họ dễ bị tấn công, trong khi người dùng full node cũng là mục tiêu tấn công tốt vì họ thường được các trung tâm (hoặc nhà cung cấp dịch vụ) lớn sử dụng để đánh cắp tổng thanh khoản của họ, nghĩa là thậm chí chi phí tấn công cao có thể được biện minh.
6. Các biện pháp chống tấn công nhật thực mạnh mẽ là giải pháp then chốt và giải pháp WatchTower cũng rất tuyệt vời.
Tại sao điều này lại quan trọng?
Đầu tiên, các cuộc tấn công giãn nở thời gian hiện có thể thực hiện được đối với nhiều máy khách Lightning Network. Đồng thời, những vấn đề này là cơ bản và sẽ không biến mất. Chúng ta sẽ thảo luận thêm về điều này trong phần tiếp theo.
Tuy nhiên, không nên coi công trình nghiên cứu này là lời chỉ trích Lightning Network. Thay vào đó, mục tiêu của chúng tôi là làm cho mô hình bảo mật của Lightning Network trở nên rõ ràng hơn. Nói rộng ra, việc hiểu những vấn đề này và đưa ra các biện pháp giảm nhẹ sẽ giúp nền tảng này trưởng thành hơn. Khi Lightning Network nhận được sự chú ý rộng rãi hơn, hàng nghìn người tham gia sẽ phải xem xét các cuộc tấn công này để đảm bảo ngăn xếp của họ được an toàn.
Hy vọng công trình nghiên cứu của chúng tôi có thể:
Cung cấp các biện pháp đối phó và cải tiến giao thức có liên quan cho các nhà phát triển giao thức Bitcoin và Lightning Network.
Hãy để các nhà tích hợp Lightning Network (chẳng hạn như nhà cung cấp dịch vụ LN) làm điều đúng đắn (triển khai các biện pháp đối phó và sử dụng các phương pháp hay nhất).
Trao quyền cho người dùng Lightning Network đưa ra quyết định sáng suốt về phần mềm họ sử dụng.
Đảm bảo rằng các giao thức khác ngoài Bitcoin đều an toàn.
Thu hút sự chú ý nhiều hơn đến các vấn đề bảo mật trong các phần ít cốt lõi hơn của hệ thống Lightning Network, chẳng hạn như các máy khách hạng nhẹ.
Đây chỉ là vấn đề lý thuyết thôi sao?
Kẻ tấn công không phải kiểm soát cơ sở hạ tầng quan trọng (chẳng hạn như ISP của nạn nhân) cũng như không phải thuê bất kỳ sức mạnh tính toán nào. Kẻ tấn công có thể đánh cắp đồng thời từ nhiều kênh (thậm chí thuộc về các nạn nhân khác nhau) để biện minh cho chi phí của cuộc tấn công. Cuối cùng, nạn nhân không nhất thiết phải là người buôn bán.
,
Dành cho Để khai thác sự giãn nở thời gian nhằm đánh cắp tiền, kẻ tấn công phải mở một kênh cho nạn nhân và vô hiệu hóa (cô lập) ứng dụng khách Bitcoin của nạn nhân. Điều trước thường có thể xảy ra: các nút LN thường chấp nhận yêu cầu mở kênh theo mặc định.
Cuộc tấn công thứ hai, cuộc tấn công Eclipse, thường được coi là rất khó khăn.
"Kẻ tấn công có thể thực hiện một cuộc tấn công nhật thực mà không cần truy cập vật lý vào nút." - Sergi Delgado
Theo nghiên cứu mới, chúng chỉ hữu dụng để tấn công các nút đầy đủ của Bitcoin Core nếu kẻ tấn công có quyền truy cập vào cơ sở hạ tầng internet quan trọng. Chỉ tấn công phần mềm Bitcoin (chẳng hạn như ngộ độc AddrMan) là không đủ. Tuy nhiên, nếu kẻ tấn công có thể đánh cắp tất cả số tiền hiện có của nạn nhân (thậm chí tấn công nhiều nạn nhân cùng một lúc) và do đó thu được lợi nhuận cao, thì chi phí cao của cuộc tấn công có thể là hợp lý (đây là về trung tâm Lightning Network hoặc Một giả định hợp lý dành cho các nhà cung cấp dịch vụ, những người thường chạy một nút đầy đủ).
Đối với các máy khách hạng nhẹ (SPV), thật không may, việc phát động một cuộc tấn công nhật thực chống lại chúng không hề khó khăn chút nào. Có rất ít node Bitcoin có thể phục vụ light client, ngoài ra cơ chế anti-Sybil của light client cũng rất kém (Electrum cũng gặp vấn đề tương tự). Do đó, nó yêu cầu kẻ tấn công phải chạy hàng trăm nút/máy chủ độc hại và cung cấp các IP khác nhau cho máy khách Eclipse nhẹ. Để rõ ràng, toàn bộ quá trình mất một giờ và chi phí ít hơn 100 đô la.
Nhưng giả sử ứng dụng khách nhẹ kết nối với một nút Bitcoin ngẫu nhiên từ mạng thì điều này đúng. Sẽ thật tuyệt nếu ứng dụng khách nhẹ được kết nối với nút Bitcoin của chính người dùng (thông qua Neutrino hoặc Electrum). Các nút Bitcoin Core vẫn có thể bị tấn công nhưng vấn đề không nghiêm trọng bằng.
Các máy khách nhẹ cũng có thể kết nối với các nút đáng tin cậy. Ví dụ: một ứng dụng ví có thể có ứng dụng khách Bitcoin nhẹ đang giao tiếp với nút đầy đủ của nhà phát triển ví ở chế độ nền. Lightning Network được cho là không giám sát, vì vậy chúng ta không thể cho rằng việc tin tưởng vào các nút của nhà cung cấp ví là được. Nếu bạn sử dụng các nút đáng tin cậy với các nút ngẫu nhiên, nó hoạt động tốt hơn nhưng vẫn khó giải thích. Theo những gì chúng tôi biết, một số ví Lightning Network hàng đầu sử dụng mô hình này.
Vấn đề ở đây là phần mềm có thể triển khai chính xác mô hình bán tin cậy (có cả các đồng nghiệp đáng tin cậy và ngẫu nhiên), nhưng các bên đáng tin cậy vẫn có thể tấn công giãn nở thời gian Victim's Passage . Ví dụ: nhà phát triển ví có thể lừa gạt tất cả người dùng cùng một lúc rồi biến mất.
Trong công việc nghiên cứu của mình, chúng tôi tập trung vào một kịch bản giảm thiểu độ tin cậy (không có nút đáng tin cậy nào cả), tương tự như mô hình mối đe dọa Bitcoin, mặc dù hầu hết các khía cạnh giãn nở thời gian đều độc lập với nguồn khối của nạn nhân (chúng tôi chỉ giả sử một cuộc tấn công nhật thực có khả năng).
Nạn nhân không thể nhìn thấy khối ứ đọng?
Đây không phải là cách đáng tin cậy để phát hiện các cuộc tấn công làm giãn nở thời gian vì việc khai thác là một quá trình ngẫu nhiên. Ví dụ: mạng Bitcoin có trung bình 7 khối mỗi ngày cách nhau hơn 30 phút, đó là lý do tại sao vấn đề khó giảm thiểu hoàn toàn.
Biện pháp đối phó duy nhất hiện có trong Bitcoin Core là phát hiện mẹo cũ: nếu một nút không quan sát thấy một khối nào trong 30 phút qua, nó sẽ cố gắng thiết lập kết nối ngẫu nhiên mới với ai đó trong mạng.
Trong bài báo, chúng tôi lập luận rằng chiến lược tấn công tối ưu là duy trì khoảng thời gian 29,5 phút trước khi đưa khối mới cho nạn nhân. Trong trường hợp này, cuộc tấn công sẽ chỉ thất bại nếu một trong các khối tự nhiên mất quá nhiều thời gian (ít nhất 30 phút). Và xác suất thất bại là khoảng 6%.
Trường hợp thất bại có nghĩa là nạn nhân có thể Có một cơ hội (nhưng không phải là sự đảm bảo) thoát khỏi cuộc tấn công Eclipse. Lưu ý rằng biện pháp này không được triển khai trong Neutrino, vì vậy kẻ tấn công có thể ngừng hoàn toàn việc cung cấp khối và khai thác sự giãn nở thời gian sớm hơn trong Bitcoin Core.
Phương pháp phát hiện này cần phải được cải thiện vì nó dễ bị đánh lừa hoặc có tỷ lệ dương tính giả cao do các khối "chậm" tự nhiên. Một người dùng trung thực không thể biết liệu khối "chậm" có đang bị tấn công hay không, vì vậy họ chỉ có thể đoán chính xác. Các giải pháp này cũng có vấn đề vì ngay cả việc phát hiện dấu nhắc cũ cũng có tỷ lệ dương tính giả quá cao (7 lần trong 1 ngày), mặc dù nó không hiệu quả lắm với việc giãn nở thời gian.
Các giải pháp dựa trên phát hiện khác cũng không đơn giản như vậy. Ví dụ: việc xem dấu thời gian trong tiêu đề khối là việc khó và phân tích chính xác để áp dụng cũng không rõ ràng.
Giả sử phát hiện thành công, nạn nhân sẽ làm gì? Phản ứng này tập trung vào các biện pháp chống nhật thực, cần được thực hiện trước tiên mà không cần bất kỳ sự kích hoạt nào. Đây là lý do tại sao chúng tôi nhấn mạnh việc chống lại các cuộc tấn công nhật thực như một giải pháp chính cho các cuộc tấn công giãn nở thời gian.
Tấn công
Hãy nói về các phương thức tấn công cụ thể.
Đầu tiên, kẻ tấn công nên để ứng dụng khách Bitcoin của một nạn nhân mạng trung thực ở trạng thái bị che khuất. Sau đó, kẻ tấn công phải tìm nút Lightning Network của nạn nhân và mở một kênh với nạn nhân. Việc kẻ tấn công cũng có thể bắt đầu bằng một kênh mở, sau đó tìm và làm lu mờ ứng dụng khách Bitcoin của nạn nhân cũng không thành vấn đề.
Sau đó, kẻ tấn công phải thực hiện một cuộc tấn công giãn nở thời gian: chúng bắt đầu phân phối các khối cho nạn nhân với tốc độ chậm hơn cho đến khi nạn nhân ở N khối sau lời nhắc thực tế, trong đó N được xác định bởi một cấu hình cụ thể (thường là vài giờ đến vài ngày). ).
Đối với Bitcoin Core, do thực hiện quy tắc "phát hiện gợi ý cũ", tốc độ giãn nở thời gian bị giới hạn bởi độ trễ 20 phút mỗi khối. Với Neutrino, kẻ tấn công có thể đơn giản ngừng cung cấp khối cho nạn nhân. Đây là lý do tại sao, trong phần mô tả bên dưới, việc tấn công Bitcoin Core mất nhiều thời gian hơn.
Trong mô tả của chúng tôi, thời gian tấn công ước tính dựa trên chiến lược giãn nở thời gian tối ưu được đề xuất trong bài báo. Về mặt khối lượng, dựa trên cách triển khai hiện tại, cả ba cuộc tấn công đều có thể dẫn đến việc đánh cắp toàn bộ dung lượng của kênh Lightning Network.
Bây giờ, hãy mô tả ba cách để lấy cắp tiền từ kênh thanh toán của nút Lightning Network bị giãn thời gian.
1. Tấn công chấm dứt trạng thái kênh, tương tự như chi tiêu gấp đôi Bitcoin thông thường: kẻ tấn công giả vờ rằng họ đồng ý cập nhật trạng thái kênh và nhận một số nội dung nhất định, sau đó đóng kênh bằng một giá trị khác. Vì nạn nhân không thể nhìn thấy lời nhắc mới nhất nên họ không gửi giao dịch hoàn tác. Khối delta bảo mật mặc định hiện được triển khai hiện có ít nhất 144 khối, do đó kẻ tấn công sẽ phải thực hiện một cuộc tấn công nhật thực vào nạn nhân trong ít nhất 24 giờ (hoặc 36 giờ nếu sử dụng Bitcoin Core).
2. Độ trễ gói trên mỗi bước nhảy Tấn công, nó dựa trên việc định tuyến của nạn nhân, cần có ít nhất hai kênh giữa nạn nhân và kẻ tấn công.
Tương tự như cuộc tấn công đầu tiên, khi nạn nhân cuối cùng nhận được lời nhắc blockchain thực tế, anh ta sẽ phản ứng sẽ quá muộn . Mặc định là khoảng 14-144 khối cho mỗi cuộc tấn công, tùy thuộc vào cách thực hiện, do đó kẻ tấn công phải theo dõi nạn nhân trong 2-24 giờ (4-36 giờ nếu nạn nhân đang sử dụng Bitcoin Core).
3. Tấn công chấm dứt gói tin là phương pháp tấn công sáng tạo nhất và khả thi nhất! Khi nạn nhân gửi cho kẻ tấn công hình ảnh sơ bộ của HTLC đang đến, kẻ tấn công sẽ không phản hồi cho nạn nhân.
Trong trường hợp này, chính sách bảo mật liên quan là 7-11 khối, vì vậy kẻ tấn công chỉ cần kéo dài tối đa 2 giờ để thực hiện một cuộc tấn công nhật thực vào nạn nhân (nếu anh ta đang sử dụng Bitcoin Core thì là 3 giờ).
Được rồi, giải quyết vấn đề này như thế nào?
Trước hết, Tháp canh rất hữu ích (chẳng hạn như Con mắt của Satoshi), chúng sẽ giúp bạn theo dõi lối đi và nếu có ai đó tấn công, Tháp canh sẽ ra tay.
Nhưng từ góc độ giao thức, đây là một hành động lừa dối: trên thực tế, đó là một giả định đáng tin cậy hơn. Người dùng sẽ bị ràng buộc với nhà cung cấp WatchTower. Một số thiết kế đề xuất Tháp canh có trách nhiệm, nhưng một lần nữa, điều này đưa ra những giả định mới cần được khám phá chi tiết. Nhưng suy cho cùng, họ cũng có thể bị tấn công, thậm chí bị mua chuộc!
Chúng ta sẽ xem Tháp Canh hoạt động như thế nào trong thực tế, sau đó hãy xem xét các giải pháp khác không yêu cầu đưa ra các giả định mới.
Hầu hết các biện pháp đối phó "không giả mạo" (tức là không tin cậy) đều liên quan đến các cách truy cập mạng Bitcoin dư thừa. Càng sáng tạo càng tốt! Chẳng hạn như các vệ tinh Blockstream hoặc chuyển tiếp các tiêu đề khối thông qua Lightning Network. Bạn cũng có thể chạy WatchTower của riêng mình với một số cơ sở hạ tầng dự phòng (may mắn thay, phần mềm này thường là nguồn mở).
Các cải tiến về quyền riêng tư của lớp P2P cũng có ích. Tuy nhiên, Dandelion có thể không hoạt động và Tor thì phức tạp. Nhưng những ý tưởng khác có nhiều hứa hẹn. Có thể trong tương lai chúng ta sẽ thấy một số kiến trúc lưới lai (dựa trên Lightning?) hoặc SCION.
Nếu bạn đang thắc mắc tại sao chúng tôi không Để thảo luận về các giải pháp dựa trên phát hiện, hãy quay lại phần trên và đọc thêm trong bài báo. (Chúng cũng có thể hữu ích nhưng vẫn chưa đủ)
Kết luận
Chúng tôi tin rằng Lightning Network cực kỳ thú vị và đã là một phần quan trọng trong hệ thống Bitcoin. Nó sẽ được chú ý nhiều hơn trong tương lai, vì vậy mô hình bảo mật cần được hiểu rõ, đặc biệt vì nó khác với mô hình bảo mật của Bitcoin. Giãn nở thời gian là một ví dụ: Giãn nở thời gian là một cuộc tấn công dành riêng cho LN, mặc dù nó thực sự yêu cầu khai thác lớp P2P của Bitcoin.
Công việc nghiên cứu của chúng tôi tìm hiểu chi tiết các cuộc tấn công làm giãn nở thời gian và đưa ra các đề xuất về cách giảm thiểu thiệt hại. Chúng tôi khuyến khích tất cả các nhà phát triển giao thức (đặc biệt là những người làm việc trên các máy khách nhẹ) lưu ý đến các biện pháp chống Sybil và Eclipse.
Chúng tôi hy vọng rằng công việc của chúng tôi sẽ giúp Lightning Network trưởng thành hơn và khuyến khích những người tham gia hệ thống sử dụng các giải pháp an toàn nhất. Chúng ta đã thảo luận một số điểm thú vị ở đây nhưng còn nhiều điểm khác trong bài viết mà bạn có thể theo dõi.
Câu hỏi mở
Việc khám phá cuộc tấn công giãn nở thời gian đã khơi dậy một loạt cuộc thảo luận giữa hai chúng tôi, một số trong đó chúng tôi muốn chia sẻ với bất kỳ ai tìm ra được phần này. Điều này khác với phần Thảo luận của bài báo vì chúng ít liên quan hơn đến các cuộc tấn công làm giãn nở thời gian.
Nếu bất kỳ ý tưởng nào trong số này đã được thảo luận hoặc hiện đang được thảo luận, chúng tôi rất vui được biết về nó!
1. Chúng tôi quan tâm đến việc khám phá sự cân bằng giữa thanh khoản/bảo mật của các kênh thanh toán, đặc biệt là chống lại các vấn đề tấn công. Chúng tôi tin rằng không chỉ dung lượng kênh cần xác định giá trị khóa thời gian CSV/CLTV mà còn phải xem xét bảo mật dành riêng cho người dùng (ví dụ: liệu WatchTower có được sử dụng hay không).
2. Chúng tôi cũng quan tâm đến việc khám phá các cơ chế mới cho các thỏa thuận hậu đơn phương. Ngay cả khi Bob đơn phương bắt đầu tắt máy do phản ứng chậm của Alice, Bob vẫn có thể quay trở lại trạng thái tắt máy hợp tác nhanh.
3. Trong tương lai, nếu nút Lightning Network sử dụng cơ chế "phát hiện lời nhắc lỗi thời" để buộc đóng kênh, chúng tôi sẽ có thể thấy một nhóm thợ mỏ độc hại gây ra hàng loạt vụ đóng kênh và tăng phí. Chúng tôi quan tâm xem liệu điều này có mang lại lợi nhuận cho các thợ mỏ hay không, đặc biệt là trong tình hình trợ cấp khối thấp sau halving. Chúng tôi đã đề cập đến vấn đề này trong danh sách gửi thư của mình vào đầu năm nay.
4. So với việc nhật thực tấn công nút Bitcoin của nạn nhân, kẻ tấn công có thể làm lu mờ nút Lightning Network để kiểm soát kênh mà nạn nhân nhận được thông báo từ. Sẽ rất thú vị khi khám phá xem liệu kẻ tấn công có thể thao túng việc định tuyến của nạn nhân theo cách này để thu phí hoặc theo dõi các khoản thanh toán của nạn nhân hay không.
Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:
Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats
Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App
Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia
Bài viết liên quan
