Cross-chain protokoly: Hloubkový pohled na bezpečnost mostů

Ekosystém blockchainu, ačkoliv je revoluční, čelí významné překážce: fragmentaci. Různé blockchainy fungují v silech, což ztěžuje přenos aktiv a dat mezi nimi. Cross-chain protokoly, často označované jako blockchainové mosty, se snaží tento problém vyřešit tím, že umožňují interoperabilitu mezi různými blockchainy. Tyto mosty se však staly hlavními cíli útoků, což zdůrazňuje zásadní význam bezpečnosti mostů.

Co jsou cross-chain protokoly?

Cross-chain protokoly usnadňují přenos aktiv a dat mezi dvěma nebo více odlišnými blockchainovými sítěmi. V podstatě fungují jako most, který uživatelům umožňuje interagovat s různými blockchainovými ekosystémy, aniž by se museli spoléhat na centralizované burzy.

Klíčové funkcionality cross-chain protokolů:

• Převod aktiv: Přesun tokenů nebo jiných digitálních aktiv z jednoho blockchainu na druhý. Například přesun tokenů založených na Ethereu na Binance Smart Chain.
• Převod dat: Sdílení dat mezi blockchainy. To může zahrnovat přenos informací o transakcích, stavech chytrých kontraktů nebo dokonce datech z oráklů.
• Interoperabilita chytrých kontraktů: Umožnění chytrým kontraktům na různých blockchainech vzájemně interagovat.

Typy cross-chain mostů

Cross-chain mosty existují v různých formách, z nichž každá má své vlastní bezpečnostní kompromisy:

• Centralizované mosty: Tyto mosty se spoléhají na centrální entitu, která spravuje převod aktiv. Ačkoliv jsou často rychlejší a levnější, představují jediný bod selhání a jsou zranitelné vůči útokům a cenzuře. Představte si to jako tradiční banku, která zprostředkovává mezinárodní převody; sama banka se stává kotvou důvěry.
• Federativní mosty: Federativní mosty využívají skupinu validátorů k dohledu nad transakcemi. To snižuje riziko ve srovnání s centralizovanými mosty, ale stále představuje potenciální vektor útoku, pokud je kompromitována většina validátorů.
• Atomické swapy: Atomické swapy umožňují přímou peer-to-peer výměnu aktiv mezi dvěma blockchainy bez potřeby důvěryhodného prostředníka. Spoléhají na kryptografickou techniku nazvanou Hashed Timelock Contracts (HTLCs), aby zajistily, že obě strany buď dokončí výměnu, nebo ani jedna.
• Relé lehkých klientů: Relé lehkých klientů zahrnují spuštění lehkých klientů zdrojového a cílového blockchainu navzájem. To umožňuje mostu nezávisle ověřovat platnost cross-chain transakcí bez spoléhání se na externí validátory.
• Mosty typu Lock-and-Mint/Burn-and-Mint: Jedná se o jeden z nejběžnějších typů mostů. Když jsou aktiva převedena z jednoho blockchainu na druhý, jsou uzamčena na zdrojovém řetězci a odpovídající reprezentace aktiva je vytvořena (minted) na cílovém řetězci. Když je aktivum přesunuto zpět, vytvořené aktivum je spáleno (burned) a původní aktivum je odemčeno.
• Optimistické mosty: Tyto mosty předpokládají, že transakce jsou platné, pokud není prokázán opak. Obvykle zahrnují období pro zpochybnění, během kterého může kdokoli předložit důkaz o podvodu, pokud se domnívá, že je transakce neplatná.

Bezpečnostní výzvy cross-chain mostů

Navzdory svému potenciálu představují cross-chain mosty značné bezpečnostní výzvy, které vedly k podstatným finančním ztrátám. Tyto výzvy vyplývají z inherentní složitosti propojování různých blockchainových ekosystémů a zranitelností, které z těchto složitostí vznikají.

1. Zranitelnosti chytrých kontraktů

Mnoho cross-chain mostů se spoléhá na chytré kontrakty pro správu uzamykání a vytváření aktiv. Tyto chytré kontrakty, jako jakýkoli software, jsou náchylné k chybám a zranitelnostem, které mohou útočníci zneužít. Běžné zranitelnosti chytrých kontraktů zahrnují:

• Reentrancy útoky: Útočník může rekurzivně volat funkci chytrého kontraktu před dokončením předchozího provedení, což může potenciálně odčerpat prostředky z kontraktu.
• Integer Overflow/Underflow (přetečení/podtečení celých čísel): Tyto zranitelnosti nastávají, když aritmetické operace vedou k hodnotám, které překračují maximální nebo klesají pod minimální reprezentovatelnou hodnotu, což vede k neočekávanému chování.
• Logické chyby: Chyby v návrhu nebo implementaci logiky chytrého kontraktu mohou útočníkům umožnit manipulovat se systémem a krást prostředky. Například nesprávné zpracování vytváření nebo pálení tokenů.
• Manipulace s orákly: Některé mosty se spoléhají na externí datové kanály (orákly) k určení stavu blockchainů, které propojují. Pokud útočník dokáže tyto orákly zmanipulovat, může přimět most ke zpracování podvodných transakcí.

Příklad: Nechvalně známý hack The DAO na Ethereu v roce 2016 byl ukázkovým příkladem reentrancy útoku, který zneužil zranitelnost v chytrém kontraktu The DAO a vedl ke krádeži Etheru v hodnotě milionů dolarů. Ačkoliv se nejednalo striktně o most, zdůrazňuje to riziko zranitelností chytrých kontraktů.

2. Rozdíly v mechanismech konsensu

Různé blockchainy používají různé mechanismy konsensu, jako je Proof-of-Work (PoW) nebo Proof-of-Stake (PoS). Propojování těchto různých mechanismů může přinést bezpečnostní rizika.

• Útoky dvojího utrácení (Double-Spending): Útočník se může pokusit utratit stejná aktiva dvakrát na různých blockchainech zneužitím rozdílů v časech potvrzení nebo pravidlech konsensu.
• 51% útoky: Na Proof-of-Work blockchainech může útočník, který ovládá více než 50 % hashovacího výkonu sítě, potenciálně manipulovat s blockchainem a zvrátit transakce. To může být použito k odcizení aktiv z mostu.
• Problémy s finalitou: Různé blockchainy mají různé časy finality, což je doba, za kterou je transakce považována za nezvratnou. Propojování řetězců s výrazně odlišnými časy finality může vytvořit příležitosti pro útočníky k zneužití zpoždění.

3. Rizika správy klíčů

Mnoho cross-chain mostů se spoléhá na peněženky s více podpisy (multi-signature) nebo jiné systémy správy klíčů k zabezpečení převáděných aktiv. Pokud jsou soukromé klíče ovládající tyto peněženky kompromitovány, útočníci mohou ukrást prostředky držené mostem.

• Únik soukromých klíčů: Náhodné odhalení soukromých klíčů kvůli špatným bezpečnostním postupům nebo hrozbám zevnitř.
• Kompromitovaná úschova klíčů: Útočníci získají přístup k soukromým klíčům prostřednictvím phishingových útoků, malwaru nebo fyzické krádeže.
• Nedostatečná distribuce klíčů: Pokud nejsou soukromé klíče adekvátně rozděleny mezi více stran, jedna kompromitovaná strana může ovládat celý most.

Příklad: Došlo k několika útokům, při kterých byly kompromitovány soukromé klíče používané k provozu blockchainových mostů, což vedlo k významným ztrátám. Tyto incidenty často podtrhují důležitost robustních postupů správy klíčů a bezpečných hardwarových bezpečnostních modulů (HSM).

4. Zranitelnosti oráklů

Mnoho mostů využívá orákly k poskytování dat z reálného světa nebo informací o stavu jiných blockchainů. Pokud jsou tyto orákly kompromitovány nebo zmanipulovány, útočníci je mohou použít k oklamání mostu, aby zpracoval podvodné transakce.

• Manipulace s daty: Útočníci dodávají oráklu falešná data, což způsobí, že hlásí nesprávné informace o cenách aktiv, stavech transakcí nebo jiných relevantních datech.
• Sybil útoky: Útočník vytváří více falešných identit, aby ovlivnil konsensus oráklu a zmanipuloval jeho výstup.
• Spoléhání se na centralizované orákly: Centralizované orákly představují jediný bod selhání a mohou být snadno zmanipulovány nebo vypnuty.

Příklad: Pokud se most spoléhá na orákl k určení ceny aktiva na jiném blockchainu, útočník by mohl orákl zmanipulovat, aby nahlásil falešnou cenu, což by mu umožnilo levně koupit aktivum na jednom řetězci a prodat ho za vyšší cenu na druhém.

5. Problémy s ekonomickými pobídkami

Ekonomické pobídky provozovatelů mostů a validátorů mohou také ovlivnit bezpečnost systému. Pokud odměny za poctivé chování nejsou dostatečně vysoké, nebo pokud pokuty za škodlivé chování nejsou dostatečně přísné, může to vytvořit pobídky pro útočníky k zneužití mostu.

• Úplatkářské útoky: Útočníci podplácejí validátory, aby se tajně dohodli a schválili podvodné transakce.
• Nedostatečné požadavky na staking: Pokud je množství vkladu (stake) požadované pro to, aby se někdo stal validátorem, příliš nízké, usnadňuje to útočníkům získání kontroly nad mostem.
• Nedostatek transparentnosti: Nedostatek transparentnosti v operacích mostu může ztížit odhalování a prevenci škodlivého chování.

6. Regulační a právní nejistota

Regulační a právní prostředí obklopující cross-chain protokoly se stále vyvíjí. Tato nejistota může vytvářet výzvy pro provozovatele mostů a uživatele a může také ztížit vymáhání bezpečnostních opatření.

• Nedostatek jasných regulací: Absence jasných regulací může provozovatelům mostů ztížit dodržování právních požadavků a může také vytvářet příležitosti pro nezákonné aktivity.
• Jurisdikční problémy: Cross-chain protokoly často zahrnují více jurisdikcí, což může ztížit určení, které zákony se uplatní a jak je vymáhat.
• Potenciál pro praní špinavých peněz: Cross-chain protokoly mohou být použity k usnadnění praní špinavých peněz a dalších nezákonných aktivit, což může přitáhnout pozornost regulátorů.

Nedávné hacky mostů a poučení z nich

Výše uvedené zranitelnosti se projevily v mnoha hackech mostů, které vedly k významným finančním ztrátám pro uživatele. Zkoumání těchto incidentů poskytuje cenná poučení pro zlepšení bezpečnosti mostů.

• Hack Ronin Bridge (březen 2022): Útočníci ukradli kryptoměny v hodnotě přes 600 milionů dolarů kompromitací soukromých klíčů validátorů na síti Ronin, sidechainu používaném pro hru Axie Infinity. To zdůrazňuje důležitost robustní správy klíčů a decentralizované validace.
• Hack Wormhole (únor 2022): Útočník zneužil zranitelnost v mostu Wormhole, který spojuje Ethereum a Solanu, k vytvoření 120 000 tokenů wrapped ETH bez uzamčení odpovídajícího množství na straně Etherea. Tato zranitelnost souvisela s nesprávným ověřením podpisů strážců (guardian). Ztráta činila přes 320 milionů dolarů.
• Hack Poly Network (srpen 2021): Útočník zneužil zranitelnost v mostu Poly Network k převodu kryptoměn v hodnotě přes 600 milionů dolarů na své vlastní adresy. Ačkoliv útočník nakonec prostředky vrátil, incident podtrhl potenciál katastrofických ztrát. Hack byl přičítán chybě v logice chytrého kontraktu.
• Hack Nomad Bridge (srpen 2022): Zranitelnost v mostu Nomad umožnila uživatelům vybírat prostředky, které jim nepatřily, což vedlo ke ztrátě téměř 200 milionů dolarů. Problém pramenil z chybného inicializačního procesu, který usnadnil komukoli falšování schválení transakcí.

Poučení:

• Správa klíčů je klíčová: Bezpečné ukládání a správa soukromých klíčů je prvořadá. Peněženky s více podpisy, hardwarové bezpečnostní moduly (HSM) a robustní kontroly přístupu jsou nezbytné.
• Audity chytrých kontraktů jsou povinné: Důkladné auditování chytrých kontraktů nezávislými bezpečnostními experty může identifikovat zranitelnosti dříve, než jsou zneužity.
• Decentralizace zvyšuje bezpečnost: Více decentralizované validační procesy snižují riziko jediného bodu selhání.
• Monitorování a reakce na incidenty jsou životně důležité: Implementace robustních monitorovacích systémů a dobře definovaný plán reakce na incidenty mohou pomoci rychle detekovat a zmírnit útoky.
• Diverzifikace rizik je důležitá: Uživatelé by si měli být vědomi rizik spojených s cross-chain mosty a diverzifikovat svá aktiva přes více mostů, aby minimalizovali potenciální ztráty.

Strategie pro zvýšení bezpečnosti mostů

K zmírnění rizik spojených s cross-chain mosty lze implementovat několik bezpečnostních strategií:

1. Formální verifikace

Formální verifikace zahrnuje použití matematických technik k prokázání správnosti kódu chytrého kontraktu. To může pomoci identifikovat zranitelnosti, které by mohly být přehlédnuty tradičními testovacími metodami.

2. Programy Bug Bounty

Programy Bug Bounty motivují bezpečnostní výzkumníky k nalezení a nahlášení zranitelností v kódu mostu. To může poskytnout cennou vrstvu bezpečnostního testování nad rámec interních auditů.

3. Multi-Party Computation (MPC)

MPC umožňuje více stranám společně vypočítat funkci, aniž by odhalily své jednotlivé vstupy. To lze použít k zabezpečení soukromých klíčů používaných mostem, což ztěžuje jejich kompromitaci útočníky.

4. Prahové podpisy

Prahové podpisy vyžadují, aby určitý počet stran podepsal transakci, než může být provedena. To může pomoci zabránit jediným bodům selhání a ztížit útočníkům krádež prostředků z mostu.

5. Omezení rychlosti (Rate Limiting)

Omezení rychlosti omezuje množství prostředků, které lze převést přes most v daném časovém rámci. To může pomoci omezit škody způsobené útokem a poskytnout čas na reakci na incident.

6. Jističe (Circuit Breakers)

Jističe jsou mechanismy, které automaticky zastaví operace mostu, pokud je detekována podezřelá aktivita. To může zabránit dalším ztrátám a umožnit týmu prošetřit problém.

7. Zlepšená bezpečnost oráklů

Zvýšení bezpečnosti oráklů je klíčové pro prevenci útoků manipulací s orákly. To může zahrnovat použití více nezávislých oráklů, implementaci kontrol ověřování dat a použití kryptografických technik k ověření integrity dat.

8. Ekonomická bezpečnostní opatření

Posílení ekonomické bezpečnosti mostu může zahrnovat zvýšení požadavků na staking pro validátory, implementaci penalizací (slashing) za škodlivé chování a navrhování mechanismů pobídek, které odměňují poctivé chování.

9. Transparentnost a auditování

Podpora transparentnosti a provádění pravidelných bezpečnostních auditů může pomoci budovat důvěru v most a identifikovat potenciální zranitelnosti. To zahrnuje zveřejnění kódu mostu, publikování auditních zpráv a poskytování jasné dokumentace o jeho fungování.

10. Pravidelné bezpečnostní aktualizace

Mosty by měly procházet neustálými aktualizacemi, aby se zajistilo, že mají nejnovější bezpečnostní záplaty. Pravidelné bezpečnostní revize by měly být také prováděny.

Budoucnost cross-chain bezpečnosti

Budoucnost cross-chain bezpečnosti závisí na neustálých inovacích a spolupráci v rámci blockchainové komunity. Objevuje se několik slibných trendů:

• Důkazy s nulovou znalostí (Zero-Knowledge Proofs): Důkazy s nulovou znalostí umožňují jedné straně prokázat druhé, že je tvrzení pravdivé, aniž by odhalila jakékoli informace nad rámec platnosti samotného tvrzení. Tuto technologii lze použít k vytváření bezpečnějších a soukromějších cross-chain převodů.
• Bezpečné Multi-Party Computation (MPC): MPC umožňuje více stranám společně vypočítat funkci, aniž by odhalily své jednotlivé vstupy. To lze použít k zabezpečení soukromých klíčů používaných provozovateli mostů, což je činí méně zranitelnými vůči útokům.
• Federované učení: Federované učení umožňuje více stranám trénovat model strojového učení bez sdílení svých dat. To lze použít ke zlepšení přesnosti a spolehlivosti oráklů používaných cross-chain mosty.
• Protokoly interoperability vrstvy 0 (Layer-0): Protokoly vrstvy 0, jako jsou Polkadot a Cosmos, poskytují základní vrstvu pro interoperabilitu, která umožňuje různým blockchainům snadněji se propojovat a komunikovat mezi sebou.
• Standardizace: Vývoj celoodvětvových standardů pro cross-chain protokoly může pomoci zlepšit interoperabilitu a bezpečnost.

Závěr

Cross-chain protokoly jsou nezbytné pro realizaci plného potenciálu blockchainové technologie. Umožňují interoperabilitu mezi různými blockchainy a poskytují uživatelům přístup k širší škále aplikací a služeb. Tyto protokoly však také představují významné bezpečnostní výzvy, které je třeba řešit, aby se zabránilo dalším útokům a ochránily se prostředky uživatelů.

Implementací robustních bezpečnostních opatření, podporou transparentnosti a pěstováním spolupráce v rámci blockchainové komunity můžeme vybudovat bezpečnější a spolehlivější cross-chain mosty, které připraví cestu pro propojenější a decentralizovanější budoucnost.

Prohlášení o vyloučení odpovědnosti: Tento blogový příspěvek je určen pouze pro informační účely a neměl by být považován za finanční nebo investiční poradenství. Poskytnuté informace jsou založeny na autorově chápání a interpretaci současného stavu cross-chain technologie a bezpečnosti. Vždy provádějte vlastní výzkum a konzultujte s kvalifikovaným odborníkem, než učiníte jakékoli investiční rozhodnutí.