區(qū)塊鏈解讀:PoW共識機(jī)制的51%算力攻擊
51%算力攻擊目前僅在”PoW“共識機(jī)制中存在,因?yàn)?rdquo;PoW“共識機(jī)制依賴算力計(jì)算獲勝,也就是誰算得快,誰的勝率就高。在使用了”PoW“共識機(jī)制的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中,我們稱參與計(jì)算哈希的所有計(jì)算機(jī)資源為算力,那么全網(wǎng)絡(luò)的算力就是100%,當(dāng)超過51%的算力掌握在同一陣營中時,這個陣營的計(jì)算哈希勝出的概率將會大幅度提高。
為什么是51%?51.1%不行嗎?當(dāng)然也是可以的,之所以取51%是為了取一個最接近50%,且比50%達(dá)的整數(shù)百分比,這樣當(dāng)算力值達(dá)到51%后的效果會比50.1%的計(jì)算效果更明顯。舉個例子,如果誠實(shí)節(jié)點(diǎn)的算力值是50.1%,那么壞節(jié)點(diǎn)的算力值就是49.9%。兩者的差不算法太大,這樣容易導(dǎo)致最終的區(qū)塊競爭你來我往、長期不分上下。
如果算力資源分散,不是高度集中的,那么整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是可信的。然而,當(dāng)算力資源集中于某一陣營的時候,算力的擁有者就能使用算力資源去逆轉(zhuǎn)區(qū)塊,導(dǎo)致區(qū)塊鏈分叉嚴(yán)重,如下面的例子。
如圖是一條區(qū)塊鏈目前的狀態(tài)。一個攻擊者想要逆轉(zhuǎn)區(qū)塊8中的一筆交易,他就會從區(qū)塊7后面引入一個分叉來使區(qū)塊8變得無效,在分叉塊中設(shè)置給某個地址幾百或者幾千個BTC。不過,由于比特幣公鏈的最長鏈規(guī)則的限制,所有的誠實(shí)節(jié)點(diǎn)都會遵循最長鏈規(guī)則,將新產(chǎn)生出來的區(qū)塊鏈接到最長鏈的尾部,從而避免攻擊者得逞。
某條區(qū)塊鏈的狀態(tài)
當(dāng)系統(tǒng)出塊率比較低且塊大小較小時,網(wǎng)路延遲相對于出塊時間來講是比較小的,這樣誠實(shí)的節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的區(qū)塊基本上就是順序的。只要誠實(shí)節(jié)點(diǎn)的總算力超過50%,攻擊者就不能夠使它們自己產(chǎn)生的鏈成為最長鏈。然而,當(dāng)誠實(shí)節(jié)點(diǎn)的總算力不及壞節(jié)點(diǎn)的算力時,即壞節(jié)點(diǎn)算力總和超過了51%,最長鏈機(jī)制將會被壞節(jié)點(diǎn)利用,因此此時壞節(jié)點(diǎn)的出塊速度整體比誠實(shí)節(jié)點(diǎn)快,獲勝率高,這樣壞節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的區(qū)塊將會形成最長鏈。
此外,如果出塊率很高,會使得區(qū)塊產(chǎn)生的時間和區(qū)塊在網(wǎng)絡(luò)上傳播的延遲相對變得較小,這樣一個新塊在產(chǎn)生以后還來不及傳播到全網(wǎng)就會有其他的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生別的新塊,互相競爭劇烈,導(dǎo)致鏈上分叉情況嚴(yán)重。雖然最終只會有一條最長鏈,但是出塊率越高,塊大小越大,分叉的情況就會越嚴(yán)重,最終區(qū)塊鏈就會發(fā)展成有很多分叉的樣子,如圖所示。
復(fù)雜的分叉情況
基于比特幣公鏈來看(以太坊公鏈中分叉塊有其他處理),大量的分叉會帶來兩個問題:
- 浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)算資源,大部分分叉塊無效,因?yàn)橹挥凶顑?yōu)鏈中的區(qū)塊才被認(rèn)為是有效的。
- 危害了安全性,整個區(qū)塊鏈里的最優(yōu)鏈變短了,算力分散在不同的分叉鏈中,這使得攻擊者值需要少于51%的算力就可以產(chǎn)生出惡意的最優(yōu)鏈。就好比有3個陣營,A陣營有30%算力,B陣營有32%算力,C陣營有38%算力,算力以3大陣營分散在A、B、C上,如果A、B、C各自搞分叉,那么最終C就可以以低于51%的算力(38%的算力)達(dá)到控制惡意最優(yōu)鏈的目的。
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