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區(qū)塊鏈解讀：PoW共識(shí)機(jī)制的51%算力攻擊

2021-11-05 15:51:51 | 來源： | 作者：佚名
這篇文章主要介紹了區(qū)塊鏈解讀：PoW共識(shí)機(jī)制的51%算力攻擊的相關(guān)資料，希望這篇關(guān)于PoW共識(shí)機(jī)制的51%算力攻擊的文章，能讓大家深入了解PoW共享機(jī)制的算力攻擊為何。

51%算力攻擊目前僅在”PoW“共識(shí)機(jī)制中存在，因?yàn)?rdquo;PoW“共識(shí)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(shí)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(shí)，這個(gè)陣營的計(jì)算哈希勝出的概率將會(huì)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(gè)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(huì)比50.1%的計(jì)算效果更明顯。舉個(gè)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(jìng)爭(zhēng)你來我往、長(zhǎng)期不分上下。

如果算力資源分散，不是高度集中的，那么整個(gè)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(shí)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(gè)攻擊者想要逆轉(zhuǎn)區(qū)塊8中的一筆交易，他就會(huì)從區(qū)塊7后面引入一個(gè)分叉來使區(qū)塊8變得無效，在分叉塊中設(shè)置給某個(gè)地址幾百或者幾千個(gè)BTC。不過，由于比特幣公鏈的最長(zhǎng)鏈規(guī)則的限制，所有的誠實(shí)節(jié)點(diǎn)都會(huì)遵循最長(zhǎng)鏈規(guī)則，將新產(chǎn)生出來的區(qū)塊鏈接到最長(zhǎng)鏈的尾部，從而避免攻擊者得逞。

區(qū)塊鏈解讀：PoW共識(shí)機(jī)制的51%算力攻擊

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(shí)，網(wǎng)路延遲相對(duì)于出塊時(shí)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(zhǎng)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(shí)，即壞節(jié)點(diǎn)算力總和超過了51%，最長(zhǎng)鏈機(jī)制將會(huì)被壞節(jié)點(diǎn)利用，因此此時(shí)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(huì)形成最長(zhǎng)鏈。

此外，如果出塊率很高，會(huì)使得區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間和區(qū)塊在網(wǎng)絡(luò)上傳播的延遲相對(duì)變得較小，這樣一個(gè)新塊在產(chǎn)生以后還來不及傳播到全網(wǎng)就會(huì)有其他的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生別的新塊，互相競(jìng)爭(zhēng)劇烈，導(dǎo)致鏈上分叉情況嚴(yán)重。雖然最終只會(huì)有一條最長(zhǎng)鏈，但是出塊率越高，塊大小越大，分叉的情況就會(huì)越嚴(yán)重，最終區(qū)塊鏈就會(huì)發(fā)展成有很多分叉的樣子，如圖所示。

區(qū)塊鏈解讀：PoW共識(shí)機(jī)制的51%算力攻擊

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(huì)帶來兩個(gè)問題：

  1. 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。
  2. 危害了安全性，整個(gè)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(gè)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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