Bezpečnost blockchainu: Odhalení běžných zranitelností

Technologie blockchainu si díky svému příslibu decentralizace, transparentnosti a neměnnosti získala značnou pozornost v různých odvětvích. Stejně jako jakákoli jiná technologie však ani blockchain není imunní vůči zranitelnostem. Hluboké porozumění těmto zranitelnostem je klíčové pro vývojáře, podniky a uživatele, aby zajistili bezpečnost a integritu systémů založených na blockchainu. Tento článek se zabývá běžnými bezpečnostními zranitelnostmi blockchainu a nabízí vhled do potenciálních rizik a strategií jejich zmírnění.

Pochopení bezpečnostní krajiny blockchainu

Předtím, než se ponoříme do konkrétních zranitelností, je nezbytné porozumět jedinečné bezpečnostní krajině blockchainů. Tradiční bezpečnostní modely se často spoléhají na centralizované autority, které spravují a zabezpečují data. Blockchainy naopak distribuují data napříč sítí uzlů, což je činí potenciálně odolnějšími vůči jednotlivým bodům selhání. Tato decentralizovaná povaha však přináší i nové výzvy a zranitelnosti.

Klíčové bezpečnostní principy blockchainu

• Neměnnost: Jakmile jsou data zaznamenána na blockchainu, je extrémně obtížné je změnit nebo smazat, což zajišťuje integritu dat.
• Transparentnost: Všechny transakce na veřejném blockchainu jsou viditelné pro všechny, což podporuje odpovědnost.
• Decentralizace: Data jsou distribuována napříč několika uzly, což snižuje riziko cenzury a jednotlivých bodů selhání.
• Kryptografie: Kryptografické techniky se používají k zabezpečení transakcí a ověřování identit.
• Mechanismy konsenzu: Algoritmy jako Proof-of-Work (PoW) nebo Proof-of-Stake (PoS) zajišťují shodu na stavu blockchainu.

Běžné zranitelnosti blockchainu

Navzdory inherentním bezpečnostním prvkům blockchainů existuje několik zranitelností, které mohou být zneužity zákeřnými aktéry. Tyto zranitelnosti lze obecně rozdělit na chyby v mechanismu konsenzu, kryptografické slabiny, zranitelnosti chytrých kontraktů, síťové útoky a problémy se správou klíčů.

1. Chyby v mechanismu konsenzu

Mechanismus konsenzu je srdcem blockchainu a je zodpovědný za zajištění shody na platnosti transakcí a celkovém stavu účetní knihy. Chyby v mechanismu konsenzu mohou mít katastrofální následky.

a) 51% útok

51% útok, známý také jako většinový útok, nastává, když jediný subjekt nebo skupina ovládá více než 50 % výpočetního výkonu sítě (v systémech PoW) nebo vkladu (v systémech PoS). To útočníkovi umožňuje manipulovat s blockchainem, potenciálně vracet transakce, provádět dvojí útratu a bránit potvrzování nových transakcí.

Příklad: V roce 2018 síť Bitcoin Gold utrpěla úspěšný 51% útok, který vedl k odcizení kryptoměn v hodnotě milionů dolarů. Útočník ovládal většinu těžebního výkonu sítě, což mu umožnilo přepsat historii transakcí a provést dvojí útratu svých mincí.

Zmírnění: Zvýšení decentralizace podporou širší distribuce výpočetního výkonu nebo vkladu může snížit riziko 51% útoku. Implementace mechanismů kontrolních bodů (checkpointing), kde důvěryhodné uzly periodicky ověřují integritu blockchainu, může také pomoci předcházet útokům.

b) Útoky na velkou vzdálenost (Long-Range Attacks)

Útoky na velkou vzdálenost jsou relevantní pro Proof-of-Stake blockchainy. Útočník může vytvořit alternativní řetězec od genesis bloku (prvního bloku v blockchainu) tím, že získá staré soukromé klíče a vloží je do tohoto alternativního řetězce. Pokud útočník dokáže vytvořit delší a hodnotnější řetězec než ten poctivý, může přesvědčit síť, aby přešla na zákeřný řetězec.

Příklad: Představte si PoS blockchain, kde velký držitel vložených tokenů prodá své tokeny a ztratí zájem o údržbu sítě. Útočník by mohl potenciálně koupit tyto staré tokeny a použít je k vybudování alternativní historie blockchainu, čímž by mohl zneplatnit legitimní transakce.

Zmírnění: Techniky jako „slabá subjektivita“ a řešení „nothing-at-stake“ jsou navrženy k zmírnění těchto útoků. Slabá subjektivita vyžaduje, aby nové uzly připojující se k síti získaly nedávný platný kontrolní bod z důvěryhodných zdrojů, což jim zabrání, aby byly podvedeny k přijetí řetězce útoku na velkou vzdálenost. Řešení problému „nothing-at-stake“ zajišťuje, že validátoři mají ekonomický stimul poctivě ověřovat transakce, a to i na konkurenčních větvích (forks).

c) Sobecká těžba (Selfish Mining)

Sobecká těžba je strategie, při které těžaři úmyslně zadržují nově vytěžené bloky před veřejnou sítí. Tím, že tyto bloky udržují v soukromí, získávají výhodu nad ostatními těžaři, zvyšují své šance na vytěžení dalšího bloku a získání více odměn. To může vést k centralizaci těžební síly a nespravedlivému rozdělení odměn.

Příklad: Těžební pool s významným výpočetním výkonem se může rozhodnout zadržovat bloky, aby zvýšil své šance na získání dalšího bloku. To jim dává mírnou výhodu nad menšími těžaři, což je může potenciálně vytlačit ze sítě a dále koncentrovat moc.

Zmírnění: Zlepšení doby šíření bloků a implementace spravedlivých pravidel pro výběr bloků mohou pomoci zmírnit sobeckou těžbu. Také vzdělávání těžařů o škodlivých účincích sobecké těžby a jejich povzbuzování k poctivému jednání může zlepšit stabilitu sítě.

2. Kryptografické slabiny

Blockchainy se silně spoléhají na kryptografii k zabezpečení transakcí a ochraně dat. Slabiny v kryptografických algoritmech nebo jejich implementaci však mohou být útočníky zneužity.

a) Kolize hašů

Hašovací funkce se používají k mapování dat libovolné velikosti na výstup s pevnou velikostí. Kolize nastane, když dva různé vstupy produkují stejný hašovací výstup. Ačkoli jsou kolize hašů teoreticky možné s jakoukoli hašovací funkcí, jejich nalezení je u silných hašovacích funkcí výpočetně neproveditelné. Slabiny v podkladovém hašovacím algoritmu nebo jeho implementaci však mohou nalezení kolizí usnadnit, což potenciálně umožňuje útočníkům manipulovat s daty nebo vytvářet podvodné transakce.

Příklad: Útočník by mohl potenciálně vytvořit dvě různé transakce se stejnou hašovací hodnotou, což by mu umožnilo nahradit legitimní transakci škodlivou. To je obzvláště nebezpečné, pokud se hašovací funkce používá k identifikaci transakcí nebo ukládání citlivých dat.

Zmírnění: Používání silných, dobře prověřených kryptografických hašovacích funkcí jako SHA-256 nebo SHA-3 je klíčové. Důležité je také pravidelně aktualizovat kryptografické knihovny a algoritmy, aby se řešily známé zranitelnosti. Osvědčeným postupem je vyhýbat se používání zastaralých nebo slabých hašovacích funkcí.

b) Kompromitace soukromého klíče

Soukromé klíče se používají k podepisování transakcí a autorizaci přístupu k finančním prostředkům. Pokud je soukromý klíč kompromitován, útočník ho může použít k odcizení prostředků, vytváření podvodných transakcí a vydávání se za legitimního vlastníka.

Příklad: Phishingové útoky, malware a fyzická krádež jsou běžné způsoby, jak mohou být soukromé klíče kompromitovány. Jakmile útočník získá přístup k soukromému klíči, může převést všechny související prostředky na svůj vlastní účet.

Zmírnění: Implementace silných postupů pro správu klíčů je zásadní. To zahrnuje používání hardwarových peněženek k ukládání soukromých klíčů offline, povolení vícefaktorové autentizace a vzdělávání uživatelů o rizicích phishingu a malwaru. Důležité je také pravidelné zálohování soukromých klíčů a jejich ukládání na bezpečném místě.

c) Slabé generování náhodných čísel

Kryptografické systémy se spoléhají na silné generátory náhodných čísel (RNG) k generování bezpečných klíčů a nonces (náhodných čísel používaných k prevenci útoků typu replay). Pokud je RNG předvídatelný nebo zkreslený, útočník může potenciálně předpovědět generovaná čísla a použít je ke kompromitaci systému.

Příklad: Pokud blockchain používá slabý RNG ke generování soukromých klíčů, útočník by mohl tyto klíče potenciálně předpovědět a odcizit finanční prostředky. Podobně, pokud je slabý RNG použit ke generování nonces, útočník by mohl znovu přehrát dříve platné transakce.

Zmírnění: Používání kryptograficky bezpečných RNG, které byly důkladně testovány a prověřeny, je zásadní. Je také důležité zajistit, aby byl RNG správně inicializován s dostatečnou entropií. Osvědčeným postupem je vyhýbat se používání předvídatelných nebo zkreslených RNG.

3. Zranitelnosti chytrých kontraktů

Chytré kontrakty jsou samo-vykonatelné dohody napsané v kódu, které běží na blockchainu. Automatizují provádění dohod a mohou být použity k vytváření komplexních decentralizovaných aplikací (dApps). Zranitelnosti v chytrých kontraktech však mohou vést k významným finančním ztrátám.

a) Reentrancy útoky

Reentrancy útok nastává, když škodlivý kontrakt zavolá zpět do zranitelného kontraktu dříve, než se původní funkce dokončí. To může útočníkovi umožnit opakovaně vybírat prostředky ze zranitelného kontraktu, než se jeho zůstatek aktualizuje.

Příklad: Neslavný hack DAO v roce 2016 byl způsoben zranitelností typu reentrancy v chytrém kontraktu DAO. Útočník tuto zranitelnost zneužil k odčerpání Etheru v hodnotě milionů dolarů z DAO.

Zmírnění: Použití vzoru „checks-effects-interactions“ může pomoci předcházet reentrancy útokům. Tento vzor zahrnuje provedení všech kontrol před provedením jakýchkoli změn stavu, poté provedení všech změn stavu a nakonec interakci s ostatními kontrakty. Použití knihoven jako je SafeMath od OpenZeppelin může také pomoci předejít aritmetickým přetečením a podtečením, které mohou být při reentrancy útocích zneužity.

b) Přetečení/podtečení celých čísel (Integer Overflow/Underflow)

K přetečení a podtečení celých čísel dochází, když aritmetická operace překročí maximální nebo minimální hodnotu, kterou může celé číslo reprezentovat. To může vést k neočekávanému chování a zranitelnostem v chytrých kontraktech.

Příklad: Pokud chytrý kontrakt používá celé číslo ke sledování zůstatku na účtu uživatele, přetečení by mohlo útočníkovi umožnit zvýšit svůj zůstatek nad zamýšlený limit. Podobně by podtečení mohlo útočníkovi umožnit vyčerpat zůstatek jiného uživatele.

Zmírnění: Použití bezpečných aritmetických knihoven, jako je SafeMath od OpenZeppelin, může pomoci předejít přetečení a podtečení celých čísel. Tyto knihovny poskytují funkce, které kontrolují přetečení a podtečení před provedením aritmetických operací a v případě chyby vyvolají výjimku.

c) Odmítnutí služby (Denial of Service - DoS)

Útoky typu odmítnutí služby mají za cíl znepřístupnit chytrý kontrakt legitimním uživatelům. Toho lze dosáhnout zneužitím zranitelností v logice kontraktu nebo zahlcením kontraktu velkým počtem transakcí.

Příklad: Útočník by mohl vytvořit chytrý kontrakt, který spotřebovává velké množství gasu, čímž znemožní ostatním uživatelům interakci s kontraktem. Dalším příkladem je zaslání velkého počtu neplatných transakcí do kontraktu, což způsobí jeho přetížení a nereagování.

Zmírnění: Omezení množství gasu, které může být spotřebováno jednou transakcí, může pomoci předcházet DoS útokům. Implementace omezování rychlosti (rate limiting) a používání technik jako je stránkování může také pomoci zmírnit DoS útoky. Důležitý je také audit chytrého kontraktu na potenciální zranitelnosti a optimalizace jeho kódu pro efektivitu.

d) Logické chyby

Logické chyby jsou vady v návrhu nebo implementaci chytrého kontraktu, které mohou vést k neočekávanému chování a zranitelnostem. Tyto chyby mohou být obtížně odhalitelné a mohou mít významné důsledky.

Příklad: Chytrý kontrakt může mít chybu ve své logice, která útočníkovi umožňuje obejít bezpečnostní kontroly nebo manipulovat se stavem kontraktu nezamýšleným způsobem. Dalším příkladem je zranitelnost v mechanismu řízení přístupu kontraktu, která umožňuje neoprávněným uživatelům provádět citlivé operace.

Zmírnění: Důkladné testování a auditování chytrých kontraktů je zásadní pro identifikaci a opravu logických chyb. Použití technik formálního ověřování může také pomoci zajistit, že se kontrakt chová podle očekávání. Dodržování bezpečných postupů kódování a zavedených návrhových vzorů může také snížit riziko logických chyb.

e) Závislost na časové značce

Spoléhání se na časové značky bloků pro kritickou logiku v chytrých kontraktech může být riskantní. Těžaři mají určitý vliv na časovou značku bloku, což jim potenciálně umožňuje manipulovat s výsledkem určitých operací.

Příklad: Loterijní chytrý kontrakt, který vybírá vítěze na základě časové značky budoucího bloku, by mohl být zmanipulován těžařem, který může mírně upravit časovou značku ve svůj prospěch nebo ve prospěch někoho, s kým spolupracuje.

Zmírnění: Vyhněte se používání časových značek bloků pro kritickou logiku, kde je to možné. Pokud jsou časové značky nezbytné, zvažte použití časových značek z více bloků, abyste snížili dopad manipulace těžařů. Pro aplikace jako loterie by měly být prozkoumány alternativní zdroje náhodnosti.

4. Síťové útoky

Blockchainy jsou náchylné k různým síťovým útokům, které mohou narušit síť, krást informace nebo manipulovat s transakcemi.

a) Sybil útok

Sybil útok nastává, když útočník vytvoří velký počet falešných identit (uzlů) v síti. Tyto falešné identity mohou být použity k přehlcení legitimních uzlů, manipulaci s hlasovacími mechanismy a narušení konsenzu sítě.

Příklad: Útočník by mohl vytvořit velký počet falešných uzlů a použít je k ovládnutí většiny hlasovací síly sítě, což by mu umožnilo manipulovat se stavem blockchainu.

Zmírnění: Implementace mechanismů ověřování identity, jako je Proof-of-Work nebo Proof-of-Stake, může útočníkům ztížit vytváření velkého počtu falešných identit. Použití reputačních systémů a vyžadování, aby uzly poskytly zástavu, může také pomoci zmírnit Sybil útoky.

b) Útoky na směrování (Routing Attacks)

Útoky na směrování zahrnují manipulaci se směrovací infrastrukturou sítě za účelem zachycení nebo přesměrování provozu. To může útočníkům umožnit odposlouchávat komunikaci, cenzurovat transakce a spouštět další útoky.

Příklad: Útočník by mohl zachytit transakce a zpozdit je nebo je upravit, než se rozšíří do zbytku sítě. To by mu mohlo umožnit provést dvojí útratu mincí nebo cenzurovat transakce od konkrétních uživatelů.

Zmírnění: Používání bezpečných směrovacích protokolů a implementace šifrování mohou pomoci zmírnit útoky na směrování. Důležitá je také diverzifikace směrovací infrastruktury sítě a monitorování síťového provozu na podezřelou aktivitu.

c) Útok zatmění (Eclipse Attack)

Útok zatmění izoluje uzel od zbytku sítě tím, že jej obklopí škodlivými uzly ovládanými útočníkem. To útočníkovi umožňuje dodávat izolovanému uzlu falešné informace, čímž potenciálně manipuluje jeho pohled na blockchain.

Příklad: Útočník by mohl použít útok zatmění k přesvědčení uzlu, že podvodná transakce je platná, což by mu umožnilo provést dvojí útratu mincí. Mohl by také zabránit uzlu v přijímání aktualizací o legitimním blockchainu, což by způsobilo jeho zaostávání a potenciální odvětvení od hlavní sítě.

Zmírnění: Vyžadování, aby se uzly připojovaly k různorodé sadě partnerů a periodicky kontrolovaly nesrovnalosti v informacích, které dostávají, může pomoci zmírnit útoky zatmění. Důležité je také používání bezpečných komunikačních kanálů a ověřování identity partnerů.

d) DDoS útoky

Útoky typu Distributed Denial of Service (DDoS) zaplaví síť provozem z více zdrojů, čímž přetíží její zdroje a znepřístupní ji legitimním uživatelům.

Příklad: Útočníci mohou zaplavit blockchainové uzly požadavky, čímž jim znemožní zpracovávat legitimní transakce a naruší provoz sítě.

Zmírnění: Implementace omezování rychlosti, používání sítí pro doručování obsahu (CDN) a nasazení systémů detekce narušení mohou pomoci zmírnit DDoS útoky. Distribuce sítě na více geografických místech může také zvýšit její odolnost vůči DDoS útokům.

5. Problémy se správou klíčů

Správná správa klíčů je klíčová pro zabezpečení systémů založených na blockchainu. Špatné postupy správy klíčů mohou vést ke kompromitaci soukromého klíče a významným finančním ztrátám.

a) Ztráta klíče

Pokud uživatel ztratí svůj soukromý klíč, nebude mít přístup ke svým finančním prostředkům. To může být zničující ztráta, zvláště pokud uživatel nemá zálohu svého klíče.

Příklad: Uživatel může ztratit svůj soukromý klíč kvůli selhání hardwaru, chybě softwaru nebo prosté chybě. Bez zálohy bude trvale uzamčen ze svého účtu.

Zmírnění: Povzbuzování uživatelů k vytváření záloh svých soukromých klíčů a jejich ukládání na bezpečném místě je zásadní. Použití hardwarových peněženek nebo peněženek s více podpisy může také pomoci předejít ztrátě klíče.

b) Krádež klíče

Soukromé klíče mohou být odcizeny prostřednictvím phishingových útoků, malwaru nebo fyzické krádeže. Jakmile útočník získá přístup k soukromému klíči, může jej použít k odcizení prostředků a vydávání se za legitimního vlastníka.

Příklad: Uživatel může být podveden k zadání svého soukromého klíče na falešné webové stránce nebo ke stažení malwaru, který jeho klíč ukradne. Dalším příkladem je útočník, který fyzicky ukradne hardwarovou peněženku nebo počítač uživatele.

Zmírnění: Vzdělávání uživatelů o rizicích phishingu a malwaru je klíčové. Používání silných hesel a povolení vícefaktorové autentizace může také pomoci předejít krádeži klíčů. Ukládání soukromých klíčů offline v hardwarové peněžence nebo bezpečném trezoru je osvědčeným postupem.

c) Slabé generování klíčů

Používání slabých nebo předvídatelných metod ke generování soukromých klíčů je může učinit zranitelnými vůči útoku. Pokud útočník dokáže uhodnout soukromý klíč uživatele, může mu ukrást finanční prostředky.

Příklad: Uživatel může použít jednoduché heslo nebo předvídatelný vzor ke generování svého soukromého klíče. Útočník by pak mohl použít útoky hrubou silou nebo slovníkové útoky k uhodnutí klíče a odcizení jeho prostředků.

Zmírnění: Používání kryptograficky bezpečných generátorů náhodných čísel ke generování soukromých klíčů je zásadní. Důležité je také vyhýbat se používání předvídatelných vzorů nebo jednoduchých hesel. Použití hardwarové peněženky nebo renomovaného nástroje pro generování klíčů může pomoci zajistit, že soukromé klíče jsou generovány bezpečně.

Nejlepší postupy pro zvýšení bezpečnosti blockchainu

Zmírňování zranitelností blockchainu vyžaduje mnohostranný přístup, který zahrnuje bezpečné postupy kódování, robustní správu klíčů a nepřetržité monitorování.

• Bezpečné postupy kódování: Dodržujte pokyny pro bezpečné kódování, používejte bezpečné knihovny a důkladně testujte a auditujte chytré kontrakty.
• Robustní správa klíčů: Používejte hardwarové peněženky, peněženky s více podpisy a bezpečné postupy pro ukládání klíčů k ochraně soukromých klíčů.
• Pravidelné bezpečnostní audity: Provádějte pravidelné bezpečnostní audity od renomovaných bezpečnostních firem k identifikaci a řešení potenciálních zranitelností.
• Programy odměn za nalezení chyb (Bug Bounty): Implementujte programy odměn za nalezení chyb, abyste motivovali bezpečnostní výzkumníky k hledání a hlášení zranitelností.
• Nepřetržité monitorování: Monitorujte síť na podezřelou aktivitu a implementujte systémy detekce narušení k detekci a reakci na útoky.
• Zůstaňte aktuální: Sledujte nejnovější bezpečnostní hrozby a zranitelnosti a neprodleně aplikujte bezpečnostní záplaty.
• Vzdělávejte uživatele: Vzdělávejte uživatele o rizicích phishingu a malwaru a propagujte bezpečné postupy pro správu jejich soukromých klíčů.
• Implementujte vícefaktorovou autentizaci: Používejte vícefaktorovou autentizaci k ochraně účtů před neoprávněným přístupem.

Závěr

Technologie blockchainu nabízí četné výhody, ale je klíčové si být vědom potenciálních bezpečnostních zranitelností. Porozuměním těmto zranitelnostem a implementací vhodných strategií zmírnění mohou vývojáři, podniky a uživatelé budovat a udržovat bezpečné systémy založené na blockchainu. Nepřetržité monitorování bezpečnostní krajiny a přizpůsobování se nově vznikajícím hrozbám je nezbytné pro zajištění dlouhodobé bezpečnosti a integrity blockchainů. Jak se technologie blockchainu vyvíjí, je probíhající výzkum a vývoj v oblasti bezpečnosti životně důležitý pro řešení nových výzev a zajištění bezpečnější decentralizované budoucnosti.