加密貨幣:從傳統網絡安全視角 區塊鏈安全有何不同？_區塊鏈工程專業張雪峰

「更加安全」的區塊鏈為何頻繁發生事故？

原文標題：《區塊鏈安全和傳統安全有什么不同》

撰文：衛劍釩

說起傳統安全，很多朋友都比較熟悉，基本而言，就是針對漏洞的攻擊，和針對攻擊的防護。

但說起區塊鏈安全，很多人就不太了解了。有人說區塊鏈本身是安全的，傳統攻擊根本奈何不了它；但也經常看到區塊鏈里的安全事件，似乎一點也不少。

那到底和傳統安全有什么區別呢？

本文就是講一講這個。

1.總體而言

區塊鏈在設計上大量采用密碼學技術，在業務層、通信層、數據層均使用了加密、簽名、Hash等技術，再加上區塊鏈的去中心化設計，使得區塊鏈所承載業務的保密性、完整性、可用性，達到了史無前例的高度。

但從本質上講，區塊鏈仍然是一個軟件系統，軟件可能存在的安全問題，區塊鏈一樣有。

即便區塊鏈在底層無懈可擊，其上層運行的各種Dapp、Web3應用仍可能漏洞百出。

這就好比，地基做得再安全，也不能保障其上的建筑沒有安全問題。

本文的結構：

安全主要看什么？

傳統安全的問題主要在哪里？

區塊鏈，解決了什么安全問題？沒有解決什么？

2.安全主要看什么？

其實，安全說來說去，就三個東西，至今沒有超越：

保密性、完整性、可用性。

這三性簡稱CIA。

即便有其他的說法，也都不在一個層次上，比如認證性、可控性、可審計性、防抵賴性等等，這些都是CIA的附屬或延伸，都是為CIA服務的。

《華爾街日報》：Binance.US的首次交易涉及洗售交易:金色財經報道，《華爾街日報》7月24日稱，Binance.US的部分首批加密貨幣交易是在內部進行的，構成洗售交易。《華爾街日報》稱，Binance.US在2019年運營的第一個小時內就發生了價值70,000美元的比特幣交易。但根據一份內部備忘錄，幣安首席執行官趙長鵬在談到這些交易時表示，我認為那是我們自己的交易。

除了引用該備忘錄之外，《華爾街日報》還描述了SEC針對該公司正在進行的案件。美國證券交易委員會的案件對虛假交易提出了類似的指控，稱Binance.US通過CZ控制的公司（例如Sigma Chain）的賬戶夸大了交易量。《華爾街日報》重點介紹了該案的一個部分，其中SEC聲稱Sigma Chain賬戶和高管賬戶之間的洗盤交易占一種加密貨幣交易量的70%。[2023/7/25 15:57:13]

如何深刻理解CIA？

熟悉UNIX的同學會比較容易理解一些，在UNIX的思維里，一切都是文件，而文件的安全，最終落實到讀、寫、執行上。用戶對某個文件的訪問權限，就是是否可讀、是否可寫、是否可執行。這大體就對應了保密性、完整性、可用性。

保密性，就是不想讓別人知道的就不讓別人知道。

實現的思路無外這么幾種：

不記錄，不留任何書面記錄，只留在腦海里，且不露聲色。

鎖起來，不管是物理性還是技術性的鎖，實現對訪問者的訪問控制，被授權者才能訪問。

藏起來，只讓授權者知道在哪里，其他人不知道在哪里，隱寫術也可以歸到此類中。

加密，使用編碼或者密碼的方式，有密碼本或者密鑰才能訪問。

報告：加密市場總市值第二季度僅小幅上漲0.14%:金色財經報道，據CoinGecko 2023年第二季度加密貨幣行業報告表示，經過第一季度的繁榮后，加密市場繼第二季度鞏固漲幅后，僅小幅上漲0.14%，總市值從2023年3月31日的1.238萬億美元增至2023年6月30日的1.240萬億美元。CoinGecko 2023年第二季度加密貨幣行業報告的6大亮點，1、BTC在2023年第二季度出現了一些波動，該季度結束時上漲了6.9%；2、穩定幣下跌3.5%，USDC和BUSD再次成為最大跌幅；3、啟用提現后，2023年第二季度ETH質押增長了30.3%；4、盡管比特幣序數越來越受歡迎，NFT交易量仍下降了35.0%；5、中心化交易所現貨交易量下降43.2%，幣安市場份額下降至52%；6、2023年第二季度，去中心化交易所的現貨交易量下降了28.1%，Uniswap保持了主導地位。[2023/7/18 11:02:27]

完整性的概念不太好理解，最簡單的理解就是，如果沒有授權，對一個東西的任何部分都不能添加、減少、更改，如果非授權地做了這些，就破壞了完整性。

此外，完整性還有一個比較直觀的含義：一致性。也即系統數據和真實世界一致，正如完整性的英文integrity本身有「誠實」含義一樣，數據被篡改就肯定破壞了一致性。

可用性相對比較好理解，系統癱了、慢了，數據不可用了，都是可用性出了問題。凡是系統提供的服務給人「用不成」、「沒法用」、「不起作用」、「不好使」的感覺，那就是可用性出問題了。

信息系統，要保障的就是這三點。

而通常用來保障CIA的做法，就是認證、授權、訪問控制、校驗、加密、檢測、備份、多活等等。當然，這些工作往往沒有做好，會有各種各樣的漏洞，一方面，發現了趕緊補上，另一方面，從源頭做起，盡量減少漏洞的發生。

CZ：CCTV剛剛播出了加密貨幣，這樣的報道會導致牛市:金色財經報道，Binance首席執行官CZ在社交媒體上稱，CCTV（中國中央電視臺）剛剛播報了加密貨幣。這是一件大事。華人社區很熱鬧。從歷史上看，像這樣的報道會導致牛市。不是說過去預示著未來。也非金融建議。

據悉，5月23日，CCTV-2 經濟信息聯播播報了香港證監會宣布6月1日起實施虛擬資產交易平臺強制發牌制。[2023/5/25 10:38:02]

傳統安全的主體差不多就是這些。

3.傳統安全的問題在哪里？

如果你已經是安全圈的老手，可以跳過這一節。

安全漏洞有很多種，本文不會一一列舉，只是簡單舉一些例子，讓大家看看大致情況。

從最高層面上講，漏洞的共同特點是：攻擊者的行為，使得軟硬件的行為，超出了系統設計者的預期，產生了負面的效果。

例1：SQL注入

所謂SQL注入，就是在頁面輸入欄中或者在URL等處，黑客沒有按照程序員預期的內容輸入正常數據，而是在夾雜了SQL關鍵字，程序在處理輸入數據時，用到了SQL，并把輸入內容作為SQL語句的參數。這樣，SQL語句可能就會執行黑客巧妙插入的SQL內容，使得黑客可以執行程序員預期外的數據庫操作。

程序員應該多檢查一下的，絕不能允許輸入中含有這類攻擊嘗試，但大多數程序員并沒有安全知識，即便有一點，也未必能做好，黑客就還有可能繞過。

黑客破壞了什么安全性質？黑客寫入了系統預期外的數據，破壞了系統的完整性。黑客如果通過SQL語句還拖了庫，就進一步破壞了系統的保密性。

程序什么地方沒有做好？訪問控制，就不該讓什么數據都進來的。

加密貸款機構Nexo因涉嫌阻止1.26億美元提款而被起訴:金色財經報道，加密貸款機構Nexo正被一群投資者在倫敦高等法院起訴，他們指責Nexo阻止他們提取價值超過1.07億英鎊（1.26億美元）的加密貨幣。這三位投資者--杰森和歐文-莫頓兄弟以及他們的表弟謝恩-莫頓--聲稱Nexo在他們試圖從平臺上撤走他們的資產后凍結了他們的賬戶。莫頓夫婦聲稱，他們隨后受到壓力，以折扣價將價值數百萬的Nexo原生代幣賣回給該公司，并威脅說他們將被阻止提取他們的加密貨幣。作為回應，Nexo將該法律索賠描述為 \"機會主義\"，因為它是在今年10月提出的，盡管這些事件發生在2020年至2021年3月。（coindesk）[2022/11/21 7:52:58]

例2:緩沖區溢出漏洞

緩沖區是內存中存放數據的地方，通常都會有一個預設的大小。在將用戶輸入的數據放到內存中時，如果不做好檢查，就可能超出內存預先設定的空間，發生緩沖區溢出。由于程序的運行代碼也在內存中，如果黑客設計得足夠精巧，就可以通過溢出覆蓋掉原先的代碼，使計算機最終執行了黑客的代碼。

這和SQL注入有異曲同工之妙，黑客利用輸入數據的機會，寫入了可執行代碼，而受害主機居然執行了它！

后來，為了抑制此類攻擊，CPU廠商提供了DEP功能，在內存頁標志了是否可執行，操作系統如果利用這個功能，就能在很大程度上防范此類攻擊。此外，操作系統推出ASLR技術，通過對堆、棧、共享庫映射等線性區布局的隨機化，增加攻擊者預測目的地址的難度。不過，使用這兩項技術不代表攻擊者就無法繞過。

黑客肆意亂寫內存區，一樣是破壞了系統的完整性。

程序則沒有做好訪問控制。

烏克蘭數字轉型部副部長：支持烏克蘭的最好方式是在當地投資并雇用區塊鏈開發人員:金色財經報道，烏克蘭數字轉型部副部長Alex Bornyakov在社交媒體上稱，烏克蘭是近30萬名IT開發人員的家園。支持烏克蘭的最好方式是在該國投資，與我們的人民一起工作，雇用我們的區塊鏈開發人員，因為這可以遠程完成。烏克蘭人很有韌性，他們即使在戰時也能堅持工作。[2022/7/31 2:48:34]

例3：文件上傳漏洞

比如一個網站給了用戶上.jpg "/>照片的入口，由于未做檢查，黑客成功上傳了JSP文件，然后黑客找到該上傳文件的URL，就可以執行他寫好的腳本，這個腳本完全可以是一個木馬。

和前面一樣，由于檢查不嚴，讓黑客鉆了空子，寫了設計者預期外的文件，運行了設計者預期外的程序。

程序的訪問控制沒有做好。

例4:中間人劫持漏洞

劫持有很多種，比如TCP劫持、HTTP劫持、DNS劫持、證書劫持、密鑰協商劫持等等。

共同的特點是，A以為自己是在和B交互，B以為自己在和A交互，但實際上，他們都是和中間的C在交互。A和B的所有內容都經過了C，C看得見A和B通信的內容，C還可以修改A、B間通信的內容。

這至少破壞了A和B通信的保密性，如果C還修改了數據，就破壞了完整性。

程序的認證沒有做好。

例5:口令暴力破解

如果用戶口令比較弱，黑客嘗試多次后，可能破解出口令并進入系統。

這種事，有人可能認為責任在用戶，但一般而言，現代的應用系統都會對用戶所設口令的強度進行強制要求。

因為黑客一旦得手，系統的完整性會遭到破壞，并可能造成進一步的破壞，比如黑客進入后看到了不該看的東西，保密性被破壞。

系統的認證沒有做好。

例6:越權漏洞

在某個網站里，用戶A和B都是普通用戶，按道理只能操作自己的個人信息，A如果通過某種黑客手法，可以操作B的個人信息，這就是平行越權；如果A是普通用戶，B是管理員，A如果能通過某種黑客方法，執行B才能做的操作，這就是垂直越權。

越權漏洞通常是權限校驗邏輯不夠嚴謹導致的。

程序的權限管理沒有做好。

例7:高峰期網站癱掉

明星在網站官宣新聞，導致大量群眾涌入圍觀，以至于該網站癱掉或者響應很慢。

這是典型的系統可用性出現問題。

系統什么沒有做好？可擴展性沒有做好。

例8:自然災害導致系統數據丟失

2015年，谷歌位于比利時的數據中心由于遭遇了4次閃電襲擊，導致磁盤受損，雖然谷歌對這些磁盤進行了緊急修復，但部分數據仍然永久丟失了。谷歌特別強調，丟失的數據非常非常少，只占該數據中心的0.000001%。即便如此，一些谷歌用戶永遠失去自己的部分個人數據。

這典型地破壞了數據的可用性。

系統的容災備份沒有做好。

4.區塊鏈解決了什么安全問題？

區塊鏈和傳統系統的最大區別就是兩點：一是使用了大量的密碼技術，二是使用了去中心化的結構。

前者使得保密性和完整性大為增強，后者使得可用性大為增強。

先說一下密碼技術使用帶來的好處。

在早期的WEB世界里，比如在IP協議里，在HTTP中，在FTP、TELNET中，都不太使用密碼學技術。因為當時互聯網處于早期，主要目的是互聯互通，而且主要在高校和科研機構之間使用，并沒有太多精力和心思去考慮惡意攻擊。程序員在這些方面總是心思純凈的，總以為別人都是可以信任的，總認為沒有人「那么無聊」。

后來他們才發現，現實世界充滿了攻擊、破壞、仿冒和入侵，程序員們不得不引入各種安全技術，密碼學也被因此被引入，SSL、SSH、HTTPS、IPSec這些新一代的網絡協議紛紛出現。

但這些大都處于傳輸層，主要是給傳輸數據加密的，并沒有上升到業務層面或用戶層面，最終用戶并不能感受到密碼學的好處。什么是用戶層面的加密？舉個例子：office文檔的口令加密、winrar加密、truecrypt全盤加密、網銀中的U盾等等。

而區塊鏈在設計的一開始，就內置了的加密算法，這使得：

1、區塊通過hash鏈接起來，從第一個區塊，直到最后一個區塊，所有區塊是否正確，都可以很容易地驗證，這保證了所有區塊數據的完整性。

2、偽造區塊的hash并不容易，只有符合特定難度的hash，才會被認可，偽造這樣的hash，需要付出大量的計算，和挖礦相匹敵的算力。

3、每個用戶有一個私鑰，用私鑰對應的公鑰生成一個可以公開的地址。攻擊者無法通過暴力破解的方法獲得私鑰。

4、由于用戶體系是建立在公鑰體制之上的，對用戶的認證、用戶的簽名，對稱密鑰的建立都變得極為容易和便利。

5、區塊中的每個交易，都要提供簽名才能完成。攻擊者沒有私鑰，無法簽名，無法偽造交易；同時，有了簽名，用戶無法抵賴自己發出過的交易。

可以看到，區塊鏈對hash和公鑰體制的內置采用，直接提供了密碼學級別的完整性、保密性。

而密碼學技術，經過近一個世紀的發展，已經建立起相當堅實的基礎，現代密碼學的一些公開算法提供著全球頂尖級別的安全保障。這些算法中的佼佼者，目前沒有任何國家力量可以破解。

然后看看去中心化的好處：

1、多一個節點，多一個備份。

以比特幣為例，全球接近10000個節點提供服務，導致比特幣系統自誕生以來，一直穩定地運行，任何人都未能讓它停擺。因為即便有8000個節點同時失效，還有2000個在工作。事實上，即便全網只有幾個節點工作，這個網絡就仍然可以運轉。

2、部分變節，仍可工作。

系統的穩健性并不建立在某個操作系統或某種數據庫的安全之上，而是建立在其獨特的區塊式數據結構之上，部分節點即便失陷，即便故意作惡，也不影響大局。具體能容忍多少個失陷變節，要看具體的共識算法。

3、不依賴于某人或機構

只要你愿意，下載一份軟件，你就可以加入比特幣或以太坊或任何一個公鏈，你不用征求任何人意見，也不會因為任何人的失蹤和退出而擔心這個軟件的前途，你只是根據你的判斷、你的興趣和你的利益運行它，也就是說，沒有單人、單機構可以控制它。

去中心化，大大增強了可用性。

5.區塊鏈無法解決什么安全問題？

從最基本的邏輯講，區塊鏈只是大大提升了安全性，但并不能確保沒有問題。

我們已經在區塊鏈安全經典案例「922億個比特幣」和「TheDAO被盜」中看到：

比特幣因為程序員未能注意到整數溢出的問題，鬧了大笑話，說好的總量2100萬個比特幣，居然在某個交易中出現了1845億個比特幣！

構建在以太坊之上的TheDAO，由于開發者對重入攻擊一無所知，導致用戶眾籌而來的300多萬以太幣被人盜走，落得尷尬收場。

這至少告訴我們兩點：

1、作為區塊鏈本身，雖然在設計上使用了大量密碼學算法，但如果設計或編碼不慎，就可能會有大漏洞。

2、即便區塊鏈本身經過千錘百煉，提供了讓人完全放心的安全，其上的智能合約也不能保證安全。

因為智能合約代碼中的邏輯，如果和需求、設計、編碼的預期不符，就會出問題。

這和傳統安全沒有任何不同。

此外，還有一點非常關鍵：

3、區塊鏈所使用的密碼學技術，可能本身也有漏洞。

畢竟，密碼學也是人搞出來的。

只要是人做出來的東西，就總會有漏洞。

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