什么是Sybil attack攻擊？如何有效防止Sybil attack攻擊？
Sybil attack是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的攻擊方式，攻擊者通過(guò)創(chuàng)建大量的偽造身份來(lái)破壞服務(wù)的信譽(yù)系統(tǒng)，從而獲得不成比例的影響力。這種攻擊的名稱(chēng)來(lái)源于一本書(shū)《Sybil》，該書(shū)講述了一位被診斷為多重人格障礙的女性的案例。這個(gè)術(shù)語(yǔ)最早是在2002年或之前由微軟研究院的Brian Zill提出的。在此之前，L. Detweiler在Cypherpunks郵件列表上曾經(jīng)提出過(guò)一個(gè)相同類(lèi)別的攻擊的術(shù)語(yǔ)pseudospoofing，但這個(gè)術(shù)語(yǔ)沒(méi)有像“Sybil attack”那樣廣泛流傳。
什么是Sybil attack
Sybil attack在計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域是一種利用創(chuàng)建多個(gè)身份來(lái)破壞信譽(yù)系統(tǒng)的攻擊。一個(gè)信譽(yù)系統(tǒng)對(duì)Sybil attack的脆弱性取決于身份生成的成本有多低，信譽(yù)系統(tǒng)接受來(lái)自沒(méi)有與可信實(shí)體鏈接的信任鏈的實(shí)體的輸入的程度，以及信譽(yù)系統(tǒng)是否對(duì)所有實(shí)體一視同仁。截至2012年，有證據(jù)表明，在現(xiàn)實(shí)中存在的諸如BitTorrent Mainline DHT之類(lèi)的系統(tǒng)中，可以以非常便宜和高效的方式進(jìn)行大規(guī)模的Sybil attack 。
在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)實(shí)體是一個(gè)可以訪問(wèn)本地資源的軟件。一個(gè)實(shí)體通過(guò)呈現(xiàn)一個(gè)身份來(lái)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上宣傳自己。一個(gè)身份可以對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)體，也可以對(duì)應(yīng)多個(gè)實(shí)體。換句話說(shuō)，身份到實(shí)體的映射是多對(duì)一的。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)體使用多個(gè)身份來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余、資源共享、可靠性和完整性等目的。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，身份被用作一個(gè)抽象，使得遠(yuǎn)程實(shí)體可以知道身份而不一定知道身份到本地實(shí)體的對(duì)應(yīng)關(guān)系。默認(rèn)情況下，每個(gè)不同的身份通常被假定為對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的本地實(shí)體。但事實(shí)上，許多身份可能對(duì)應(yīng)同一個(gè)本地實(shí)體。一個(gè)敵手可能向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)多個(gè)身份，以便作為多個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)和運(yùn)行。敵手因此可能能夠獲得對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不成比例的控制，例如影響投票結(jié)果。在（人類(lèi)）在線社區(qū)的背景下，這種多重身份有時(shí)被稱(chēng)為sockpuppets。
Sybil attack可能會(huì)導(dǎo)致以下一些問(wèn)題：
- 阻止用戶(hù)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)——如果Sybil attack創(chuàng)建了足夠多的身份，攻擊者就可以壓倒誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)，并拒絕傳輸或接收區(qū)塊。
- 實(shí)施51%攻擊——如果Sybil attack使得一個(gè)攻擊者控制了網(wǎng)絡(luò)總哈希率或計(jì)算能力的一半以上（51%或更多），這種攻擊就會(huì)破壞區(qū)塊鏈系統(tǒng)的完整性，并可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷。51%攻擊可以修改交易順序，撤銷(xiāo)攻擊者自己的交易以實(shí)現(xiàn)雙重支付，并阻止交易確認(rèn)。
- 降低網(wǎng)絡(luò)性能和效率——如果Sybil attack產(chǎn)生了大量無(wú)效或惡意數(shù)據(jù)，那么網(wǎng)絡(luò)就需要花費(fèi)更多時(shí)間和資源來(lái)處理這些數(shù)據(jù)，并且可能無(wú)法及時(shí)響應(yīng)有效請(qǐng)求。
針對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Sybil attack的主要目標(biāo)是通過(guò)創(chuàng)建和控制多個(gè)別名來(lái)獲得網(wǎng)絡(luò)決策中不成比例的影響力。攻擊者利用這種影響力來(lái)實(shí)現(xiàn)非法或不正當(dāng)?shù)男袨?。以下是兩個(gè)針對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Sybil attack的場(chǎng)景：
Sybil attack對(duì)比特幣網(wǎng)絡(luò)的影響
在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，許多影響運(yùn)營(yíng)的決定都是通過(guò)投票來(lái)進(jìn)行的。通過(guò)投票，礦工和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的人可以同意或拒絕一個(gè)提議。如果攻擊者在網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建了多個(gè)身份，他們就可以為他們控制的每個(gè)身份投票。Sybil attack還可以控制網(wǎng)絡(luò)中信息的流動(dòng)。例如，一個(gè)針對(duì)比特幣的Sybil attack可以用來(lái)獲取連接到網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)的IP地址信息，從而損害網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的安全性、隱私性和匿名性。攻擊者所要做的就是控制網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)收集信息，并創(chuàng)建偽造身份的假節(jié)點(diǎn)。一旦他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中占據(jù)了主導(dǎo)地位，攻擊者就可以實(shí)施審查——阻止其他用戶(hù)合法地使用網(wǎng)絡(luò)。
Sybil attack對(duì)Tor網(wǎng)絡(luò)的影響 Tor網(wǎng)絡(luò)是基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模型運(yùn)行的，允許節(jié)點(diǎn)在互聯(lián)網(wǎng)上匿名瀏覽。Tor網(wǎng)絡(luò)使用一種稱(chēng)為洋蔥路由（onion routing）的技術(shù)，將用戶(hù)的流量通過(guò)多個(gè)隨機(jī)選擇的中繼節(jié)點(diǎn)（relay nodes）轉(zhuǎn)發(fā)，從而隱藏用戶(hù)的真實(shí)IP地址和目標(biāo)網(wǎng)站。然而，如果攻擊者能夠控制Tor網(wǎng)絡(luò)中的一部分或全部出口中繼（exit relay），那么他們就可以監(jiān)視或篡改用戶(hù)與目標(biāo)網(wǎng)站之間的通信。例如，在2014年，有一個(gè)顯著的Sybil attack結(jié)合了流量確認(rèn)攻擊（traffic confirmation attack），針對(duì)Tor匿名網(wǎng)絡(luò)持續(xù)了幾個(gè)月 。還有其他一些針對(duì)Tor網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)進(jìn)行Sybil attack的例子。這包括2020年比特幣地址重寫(xiě)攻擊（Bitcoin address rewrite attacks）。攻擊者控制了所有Tor出口中繼的四分之一，并使用SSL剝離（SSL stripping）來(lái)降級(jí)安全連接，并將資金轉(zhuǎn)移到被稱(chēng)為BTCMITM20的威脅行為者的錢(qián)包1。
防止Sybil attack的方法
要防止Sybil attack，需要增加創(chuàng)建身份和加入網(wǎng)絡(luò)的成本和難度，以及減少偽造身份對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響力和權(quán)威性的貢獻(xiàn)。以下是一些常見(jiàn)的防止Sybil attack的方法：
- 資源測(cè)試（resource testing）——這種方法要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)證明它擁有一定數(shù)量或類(lèi)型的資源，如計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間、帶寬等。這樣可以使得創(chuàng)建大量身份變得昂貴或不劃算。例如，在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)解決一個(gè)數(shù)學(xué)難題來(lái)證明它擁有足夠的計(jì)算能力，這被稱(chēng)為工作量證明（proof-of-work）。
- 信任度評(píng)估（trust evaluation）——這種方法要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其歷史行為、聲譽(yù)、推薦等因素來(lái)評(píng)估其信任度，并根據(jù)信任度來(lái)分配權(quán)重或優(yōu)先級(jí)。這樣可以使得新建或偽造身份難以獲得高信任度，并降低其對(duì)網(wǎng)絡(luò)決策或共識(shí)的影響力。例如，在Eigentrust算法中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其與其他節(jié)點(diǎn)交互時(shí)提供有效或無(wú)效數(shù)據(jù)的頻率來(lái)計(jì)算其信任值，并根據(jù)信任值來(lái)選擇合作伙伴。
- 身份驗(yàn)證（identity verification）——這種方法要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)提供一些可以證明其唯一性或真實(shí)性的信息來(lái)驗(yàn)證其身份，如數(shù)字簽名、公鑰、證書(shū)等。這樣可以使得創(chuàng)建或偽造身份變得困難或不可能。例如，在公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（public key infrastructure，PKI）中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)一個(gè)可信的第三方機(jī)構(gòu)來(lái)頒發(fā)和驗(yàn)證其公鑰證書(shū)，從而確保其身份的合法性和有效性。
Sybil attack是一種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，需要通過(guò)各種技術(shù)和機(jī)制來(lái)防范和抵御。Sybil attack的研究仍然是一個(gè)活躍的領(lǐng)域，有許多潛在的應(yīng)用和挑戰(zhàn)。
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