Plokiahela turvalisus: Levinumate turvanõrkuste paljastamine

Plokiahela tehnoloogia on oma detsentraliseerituse, läbipaistvuse ja muutumatuse lubadusega pälvinud märkimisväärset tähelepanu erinevates tööstusharudes. Kuid nagu iga tehnoloogia, ei ole ka plokiahel immuunne turvanõrkuste suhtes. Nende turvanõrkuste sügav mõistmine on arendajatele, ettevõtetele ja kasutajatele ülioluline, et tagada plokiahelapõhiste süsteemide turvalisus ja terviklikkus. See artikkel süveneb levinumatesse plokiahela turvanõrkustesse, pakkudes ülevaadet võimalikest riskidest ja leevendusstrateegiatest.

Plokiahela turvamaastiku mõistmine

Enne konkreetsetesse turvanõrkustesse süvenemist on oluline mõista plokiahelate ainulaadset turvamaastikku. Traditsioonilised turvamudelid tuginevad andmete haldamisel ja turvamisel sageli tsentraliseeritud asutustele. Plokiahelad seevastu jaotavad andmed sõlmede võrgustikus laiali, muutes need potentsiaalselt vastupidavamaks üksikute tõrkepunktide suhtes. Samas toob see detsentraliseeritud olemus kaasa ka uusi väljakutseid ja haavatavusi.

Plokiahelate peamised turvapõhimõtted

• Muutumatus: Kui andmed on plokiahelasse salvestatud, on neid äärmiselt raske muuta või kustutada, mis tagab andmete terviklikkuse.
• Läbipaistvus: Kõik tehingud avalikus plokiahelas on kõigile nähtavad, mis soodustab aruandekohustust.
• Detsentraliseeritus: Andmed on jaotatud mitme sõlme vahel, vähendades tsensuuri ja üksikute tõrkepunktide riski.
• Krüptograafia: Krüptograafilisi tehnikaid kasutatakse tehingute turvamiseks ja identiteetide kontrollimiseks.
• Konsensusmehhanismid: Algoritmid nagu Proof-of-Work (PoW) või Proof-of-Stake (PoS) tagavad kokkuleppe plokiahela oleku osas.

Levinumad plokiahela turvanõrkused

Vaatamata plokiahelate olemuslikele turvaelementidele on mitmeid haavatavusi, mida pahatahtlikud osapooled saavad ära kasutada. Need haavatavused võib laias laastus jagada konsensusmehhanismi vigadeks, krüptograafilisteks nõrkusteks, nutilepingute haavatavusteks, võrgurünnakuteks ja võtmehalduse probleemideks.

1. Konsensusmehhanismi vead

Konsensusmehhanism on plokiahela süda, mis vastutab tehingute kehtivuse ja pearaamatu üldise seisundi osas kokkuleppe tagamise eest. Vead konsensusmehhanismis võivad kaasa tuua katastroofilisi tagajärgi.

a) 51% rünnak

51% rünnak, tuntud ka kui enamusrünnak, toimub siis, kui üks isik või grupp kontrollib rohkem kui 50% võrgu räsivõimsusest (PoW-süsteemides) või osalusest (PoS-süsteemides). See võimaldab ründajal manipuleerida plokiahelaga, potentsiaalselt tühistades tehinguid, teostades topeltkulutamist ja takistades uute tehingute kinnitamist.

Näide: Aastal 2018 langes Bitcoin Goldi võrk eduka 51% rünnaku ohvriks, mille tulemusena varastati miljoneid dollareid väärt krüptoraha. Ründaja kontrollis enamikku võrgu kaevandamisvõimsusest, mis võimaldas tal tehingute ajalugu ümber kirjutada ja oma münte topeltkulutada.

Leevendamine: Detsentraliseerimise suurendamine, edendades räsivõimsuse või osaluse laiemat jaotust, võib vähendada 51% rünnaku riski. Kontrollpunktide mehhanismide rakendamine, kus usaldusväärsed sõlmed perioodiliselt kontrollivad plokiahela terviklikkust, võib samuti aidata rünnakuid ennetada.

b) Kaugulatusega rünnakud

Kaugulatusega rünnakud on asjakohased Proof-of-Stake plokiahelate puhul. Ründaja saab luua alternatiivse ahela alates geneesise plokist (esimene plokk plokiahelas), omandades vanu privaatvõtmeid ja panustades sellele alternatiivsele ahelale. Kui ründaja suudab luua pikema ja väärtuslikuma ahela kui aus ahel, võib ta veenda võrku üle minema pahatahtlikule ahelale.

Näide: Kujutage ette PoS plokiahelat, kus suur panustatud tokenite hoidja müüb oma tokenid ja kaotab huvi võrgu hooldamise vastu. Ründaja võiks potentsiaalselt osta need vanad tokenid ja kasutada neid plokiahela alternatiivse ajaloo ehitamiseks, mis võib tühistada seaduslikud tehingud.

Leevendamine: Tehnikad nagu „nõrk subjektiivsus” ja „midagi-kaalul-pole” lahendused on loodud nende rünnakute leevendamiseks. Nõrk subjektiivsus nõuab, et uued võrguga liituvad sõlmed saaksid hiljutise kehtiva kontrollpunkti usaldusväärsetest allikatest, takistades nende petmist kaugulatusega rünnakuahela aktsepteerimisel. „Midagi-kaalul-pole” probleemi lahendamine tagab, et valideerijatel on majanduslik stiimul tehinguid ausalt valideerida, isegi konkureerivatel harudel.

c) Isekas kaevandamine

Isekas kaevandamine on strateegia, kus kaevandajad hoiavad äsja kaevandatud plokke tahtlikult avalikust võrgust eemal. Hoides neid plokke privaatsena, saavad nad eelise teiste kaevandajate ees, suurendades oma võimalusi järgmise ploki kaevandamiseks ja rohkem preemiaid teenida. See võib viia kaevandamisvõimsuse tsentraliseerimiseni ja preemiate ebaõiglase jaotumiseni.

Näide: Märkimisväärse räsivõimsusega kaevandusbassein võib otsustada plokke kinni hoida, et suurendada oma võimalusi järgmise ploki võitmiseks. See annab neile kerge eelise väiksemate kaevandajate ees, mis võib nad võrgust välja tõrjuda ja võimu veelgi kontsentreerida.

Leevendamine: Plokkide levimisaja parandamine ja õiglaste plokkide valikureeglite rakendamine aitab leevendada isekat kaevandamist. Samuti võib võrgu stabiilsust parandada kaevandajate harimine iseka kaevandamise kahjulike mõjude kohta ja nende julgustamine ausalt tegutsema.

2. Krüptograafilised nõrkused

Plokiahelad tuginevad tehingute turvamiseks ja andmete kaitsmiseks suuresti krüptograafiale. Kuid krüptograafiliste algoritmide või nende rakendamise nõrkusi saavad ründajad ära kasutada.

a) Räsikollisioonid

Räsifunktsioone kasutatakse suvalise suurusega andmete kaardistamiseks kindla suurusega väljundiks. Kollisioon tekib siis, kui kaks erinevat sisendit toodavad sama räsiväljundi. Kuigi räsikollisioonid on teoreetiliselt võimalikud iga räsifunktsiooniga, on nende leidmine tugevate räsifunktsioonide puhul arvutuslikult teostamatu. Kuid aluseks oleva räsialgoritmi või selle rakendamise nõrkused võivad kollisioonide leidmise lihtsamaks muuta, võimaldades ründajatel potentsiaalselt andmeid manipuleerida või petturlikke tehinguid luua.

Näide: Ründaja võiks potentsiaalselt luua kaks erinevat tehingut sama räsiväärtusega, mis võimaldaks tal asendada seadusliku tehingu pahatahtlikuga. See on eriti ohtlik, kui räsifunktsiooni kasutatakse tehingute tuvastamiseks või tundlike andmete salvestamiseks.

Leevendamine: Tugevate, hästi kontrollitud krüptograafiliste räsifunktsioonide, nagu SHA-256 või SHA-3, kasutamine on ülioluline. Oluline on ka krüptograafiliste teekide ja algoritmide regulaarne ajakohastamine teadaolevate haavatavuste kõrvaldamiseks. Parim praktika on vältida aegunud või nõrkade räsifunktsioonide kasutamist.

b) Privaatvõtme kompromiteerimine

Privaatvõtmeid kasutatakse tehingute allkirjastamiseks ja vahenditele juurdepääsu autoriseerimiseks. Kui privaatvõti on kompromiteeritud, saab ründaja seda kasutada vahendite varastamiseks, petturlike tehingute loomiseks ja seadusliku omaniku jäljendamiseks.

Näide: Õngitsusrünnakud, pahavara ja füüsiline vargus on levinud viisid, kuidas privaatvõtmed võivad kompromiteeruda. Kui ründaja saab juurdepääsu privaatvõtmele, saab ta kõik seotud vahendid oma kontole üle kanda.

Leevendamine: Tugevate võtmehalduspraktikate rakendamine on hädavajalik. See hõlmab riistvaraliste rahakottide kasutamist privaatvõtmete võrguühenduseta hoidmiseks, mitmefaktorilise autentimise lubamist ja kasutajate harimist õngitsuse ja pahavara ohtude kohta. Oluline on ka privaatvõtmete regulaarne varundamine ja nende turvalises kohas hoidmine.

c) Nõrk juhuslike arvude genereerimine

Krüptograafilised süsteemid tuginevad turvaliste võtmete ja nonsside (juhuslikud numbrid, mida kasutatakse kordusrünnakute vältimiseks) genereerimiseks tugevatele juhuslike arvude generaatoritele (RNG-dele). Kui RNG on ennustatav või kallutatud, võib ründaja potentsiaalselt genereeritud numbreid ennustada ja neid süsteemi kompromiteerimiseks kasutada.

Näide: Kui plokiahel kasutab privaatvõtmete genereerimiseks nõrka RNG-d, võiks ründaja potentsiaalselt neid võtmeid ennustada ja vahendeid varastada. Samamoodi, kui nonsside genereerimiseks kasutatakse nõrka RNG-d, võiks ründaja korrata varem kehtivaid tehinguid.

Leevendamine: Krüptograafiliselt turvaliste RNG-de kasutamine, mis on põhjalikult testitud ja kontrollitud, on hädavajalik. Samuti on oluline tagada, et RNG oleks korralikult seemendatud piisava entroopiaga. Parim praktika on vältida ennustatavate või kallutatud RNG-de kasutamist.

3. Nutilepingute haavatavused

Nutilepingud on isetäituvad lepingud, mis on kirjutatud koodis ja töötavad plokiahelas. Nad automatiseerivad lepingute täitmist ja neid saab kasutada keerukate detsentraliseeritud rakenduste (dApps) loomiseks. Kuid nutilepingute haavatavused võivad põhjustada märkimisväärseid rahalisi kahjusid.

a) Taassisestamise rünnakud

Taassisestamise rünnak toimub siis, kui pahatahtlik leping kutsub tagasi haavatavasse lepingusse enne, kui algne funktsioon on lõpule viidud. See võib lubada ründajal korduvalt vahendeid haavatavast lepingust välja võtta, enne kui selle saldo on uuendatud.

Näide: Kurikuulus DAO häkkimine 2016. aastal oli põhjustatud taassisestamise haavatavusest DAO nutilepingus. Ründaja kasutas seda haavatavust ära, et tühjendada DAO-st miljoneid dollareid väärt Etherit.

Leevendamine: „Kontrolli-mõjud-interaktsioonid” mustri kasutamine aitab vältida taassisestamise rünnakuid. See muster hõlmab kõigi kontrollide tegemist enne olekumuudatuste tegemist, seejärel kõigi olekumuudatuste tegemist ja lõpuks teiste lepingutega suhtlemist. Teekide, nagu OpenZeppelini SafeMath teek, kasutamine aitab samuti vältida aritmeetilisi ületäitumisi ja alatäitumisi, mida saab taassisestamise rünnakutes ära kasutada.

b) Täisarvu ületäitumine/alatäitumine

Täisarvu ületäitumine ja alatäitumine tekivad, kui aritmeetiline tehe ületab maksimum- või miinimumväärtuse, mida täisarv saab esitada. See võib põhjustada ootamatut käitumist ja haavatavusi nutilepingutes.

Näide: Kui nutileping kasutab täisarvu kasutaja konto saldo jälgimiseks, võib ületäitumine lubada ründajal suurendada oma saldot üle ettenähtud piiri. Samamoodi võib alatäitumine lubada ründajal tühjendada teise kasutaja saldot.

Leevendamine: Turvaliste aritmeetikateekide, nagu OpenZeppelini SafeMath teek, kasutamine aitab vältida täisarvu ületäitumisi ja alatäitumisi. Need teegid pakuvad funktsioone, mis kontrollivad ületäitumisi ja alatäitumisi enne aritmeetiliste tehete sooritamist, visates vea korral erandi.

c) Teenusetõkestamise (DoS) rünnak

Teenusetõkestamise rünnakute eesmärk on muuta nutileping seaduslikele kasutajatele kättesaamatuks. Seda saab saavutada, kasutades ära haavatavusi lepingu loogikas või koormates lepingut suure hulga tehingutega.

Näide: Ründaja võiks luua nutilepingu, mis tarbib suures koguses gaasi, muutes teistel kasutajatel lepingu kasutamise võimatuks. Teine näide on suure hulga kehtetute tehingute saatmine lepingule, mis põhjustab selle ülekoormuse ja reageerimisvõimetuse.

Leevendamine: Ühe tehingu poolt tarbitava gaasi koguse piiramine aitab vältida DoS-rünnakuid. Kiiruse piiramise rakendamine ja tehnikate, nagu lehekülgede kaupa kuvamine, kasutamine aitab samuti leevendada DoS-rünnakuid. Oluline on ka nutilepingu auditeerimine võimalike haavatavuste leidmiseks ja selle koodi optimeerimine tõhususe tagamiseks.

d) Loogikavead

Loogikavead on vead nutilepingu disainis või rakendamises, mis võivad põhjustada ootamatut käitumist ja haavatavusi. Neid vigu võib olla raske tuvastada ja neil võivad olla olulised tagajärjed.

Näide: Nutilepingus võib olla loogikaviga, mis lubab ründajal turvakontrollidest mööda minna või lepingu olekut ootamatul viisil manipuleerida. Teine näide on haavatavus lepingu juurdepääsukontrolli mehhanismis, mis lubab volitamata kasutajatel sooritada tundlikke toiminguid.

Leevendamine: Nutilepingute põhjalik testimine ja auditeerimine on loogikavigade tuvastamiseks ja parandamiseks hädavajalik. Formaalsete verifitseerimistehnikate kasutamine aitab samuti tagada, et leping käitub ettenähtud viisil. Turvaliste kodeerimistavade järgimine ja väljakujunenud disainimustritest kinnipidamine võib samuti vähendada loogikavigade riski.

e) Ajatempli sõltuvus

Plokkide ajatemplitele tuginemine nutilepingute kriitilises loogikas võib olla riskantne. Kaevandajatel on teatav mõju ploki ajatemplile, mis võib potentsiaalselt lubada neil teatud toimingute tulemust manipuleerida.

Näide: Loterii nutilepingut, mis valib võitja tulevase ploki ajatempli põhjal, võib manipuleerida kaevandaja, kes saab ajatemplit veidi kohandada, et eelistada ennast või kedagi, kellega ta koostööd teeb.

Leevendamine: Vältige plokkide ajatemplite kasutamist kriitilises loogikas, kus see on võimalik. Kui ajatemplid on vajalikud, kaaluge mitme ploki ajatempli kasutamist, et vähendada kaevandaja manipuleerimise mõju. Rakendustes nagu loteriid tuleks uurida alternatiivseid juhuslikkuse allikaid.

4. Võrgurünnakud

Plokiahelad on vastuvõtlikud mitmesugustele võrgurünnakutele, mis võivad võrku häirida, teavet varastada või tehinguid manipuleerida.

a) Sybil-rünnak

Sybil-rünnak toimub siis, kui ründaja loob võrgus suure hulga võltsidentiteete (sõlmi). Neid võltsidentiteete saab kasutada seaduslike sõlmede ülekoormamiseks, hääletusmehhanismide manipuleerimiseks ja võrgu konsensuse häirimiseks.

Näide: Ründaja võiks luua suure hulga võltsitud sõlmi ja kasutada neid enamiku võrgu hääleõiguse kontrollimiseks, mis võimaldaks tal manipuleerida plokiahela olekuga.

Leevendamine: Identiteedi kontrollimise mehhanismide, nagu Proof-of-Work või Proof-of-Stake, rakendamine võib ründajatel suure hulga võltsidentiteetide loomise raskemaks muuta. Reputatsioonisüsteemide kasutamine ja sõlmedelt tagatise nõudmine aitab samuti leevendada Sybil-rünnakuid.

b) Marsruutimise rünnakud

Marsruutimise rünnakud hõlmavad võrgu marsruutimise infrastruktuuri manipuleerimist, et liiklust pealt kuulata või ümber suunata. See võib lubada ründajatel pealt kuulata suhtlust, tsenseerida tehinguid ja käivitada muid rünnakuid.

Näide: Ründaja võiks pealt kuulata tehinguid ning neid edasi lükata või muuta, enne kui need ülejäänud võrku levitatakse. See võib lubada tal münte topeltkulutada või teatud kasutajate tehinguid tsenseerida.

Leevendamine: Turvaliste marsruutimisprotokollide kasutamine ja krüpteerimise rakendamine aitab leevendada marsruutimise rünnakuid. Oluline on ka võrgu marsruutimise infrastruktuuri mitmekesistamine ja võrguliikluse jälgimine kahtlase tegevuse suhtes.

c) Eclipse-rünnak

Eclipse-rünnak isoleerib sõlme ülejäänud võrgust, ümbritsedes selle ründaja kontrolli all olevate pahatahtlike sõlmedega. See võimaldab ründajal toita isoleeritud sõlme valeinformatsiooniga, potentsiaalselt manipuleerides selle vaadet plokiahelale.

Näide: Ründaja võiks kasutada eclipse-rünnakut, et veenda sõlme, et petturlik tehing on kehtiv, mis lubaks tal münte topeltkulutada. Samuti võiks ta takistada sõlmel seadusliku plokiahela kohta uuenduste saamist, põhjustades selle mahajäämist ja potentsiaalselt põhivõrgust hargnemist.

Leevendamine: Sõlmedelt mitmekesise hulga partneritega ühenduse loomise nõudmine ja perioodiline kontroll saadud teabe ebajärjekindluste suhtes aitab leevendada eclipse-rünnakuid. Oluline on ka turvaliste sidekanalite kasutamine ja partnerite identiteedi kontrollimine.

d) DDoS-rünnakud

Hajutatud teenusetõkestamise (DDoS) rünnakud ujutavad võrgu üle liiklusega mitmest allikast, koormates üle selle ressursid ja muutes selle seaduslikele kasutajatele kättesaamatuks.

Näide: Ründajad võivad ujutada plokiahela sõlmed üle päringutega, muutes need võimetuks töötlema seaduslikke tehinguid ja häirides võrgu tööd.

Leevendamine: Kiiruse piiramise rakendamine, sisuedastusvõrkude (CDN) kasutamine ja sissetungituvastussüsteemide rakendamine aitab leevendada DDoS-rünnakuid. Võrgu jaotamine mitme geograafilise asukoha vahel võib samuti suurendada selle vastupidavust DDoS-rünnakutele.

5. Võtmehalduse probleemid

Nõuetekohane võtmehaldus on plokiahelapõhiste süsteemide turvamiseks ülioluline. Halvad võtmehalduspraktikad võivad viia privaatvõtme kompromiteerimiseni ja märkimisväärsete rahaliste kahjudeni.

a) Võtme kaotamine

Kui kasutaja kaotab oma privaatvõtme, ei pääse ta oma vahenditele ligi. See võib olla laastav kaotus, eriti kui kasutajal pole oma võtmest varukoopiat.

Näide: Kasutaja võib kaotada oma privaatvõtme riistvaratõrke, tarkvaravea või lihtsa vea tõttu. Ilma varukoopiata on ta oma kontolt püsivalt välja lukustatud.

Leevendamine: Kasutajate julgustamine oma privaatvõtmetest varukoopiaid tegema ja neid turvalises kohas hoidma on hädavajalik. Riistvaraliste rahakottide või mitme allkirjaga rahakottide kasutamine aitab samuti vältida võtme kaotamist.

b) Võtme vargus

Privaatvõtmeid saab varastada õngitsusrünnakute, pahavara või füüsilise varguse teel. Kui ründaja saab juurdepääsu privaatvõtmele, saab ta seda kasutada vahendite varastamiseks ja seadusliku omaniku jäljendamiseks.

Näide: Kasutajat võidakse petta sisestama oma privaatvõtit võltsitud veebisaidile või alla laadima pahavara, mis varastab tema võtme. Teine näide on see, kui ründaja varastab füüsiliselt kasutaja riistvaralise rahakoti või arvuti.

Leevendamine: Kasutajate harimine õngitsuse ja pahavara ohtude kohta on ülioluline. Tugevate paroolide kasutamine ja mitmefaktorilise autentimise lubamine aitab samuti vältida võtme vargust. Parim praktika on privaatvõtmete hoidmine võrguühenduseta riistvaralises rahakotis või turvalises hoidlas.

c) Nõrk võtmete genereerimine

Nõrkade või ennustatavate meetodite kasutamine privaatvõtmete genereerimiseks võib muuta need rünnakutele haavatavaks. Kui ründaja suudab kasutaja privaatvõtme ära arvata, saab ta tema vahendid varastada.

Näide: Kasutaja võib kasutada oma privaatvõtme genereerimiseks lihtsat parooli või ennustatavat mustrit. Ründaja võiks seejärel kasutada toore jõu rünnakuid või sõnastikurünnakuid, et võti ära arvata ja tema vahendid varastada.

Leevendamine: Krüptograafiliselt turvaliste juhuslike arvude generaatorite kasutamine privaatvõtmete genereerimiseks on hädavajalik. Oluline on ka vältida ennustatavate mustrite või lihtsate paroolide kasutamist. Riistvaralise rahakoti või maineka võtmete genereerimise tööriista kasutamine aitab tagada, et privaatvõtmed genereeritakse turvaliselt.

Parimad praktikad plokiahela turvalisuse parandamiseks

Plokiahela haavatavuste leevendamine nõuab mitmetahulist lähenemist, mis hõlmab turvalisi kodeerimistavasid, tugevat võtmehaldust ja pidevat jälgimist.

• Turvalised kodeerimistavad: Järgige turvalisi kodeerimisjuhiseid, kasutage turvalisi teeke ning testige ja auditeerige nutilepinguid põhjalikult.
• Tugev võtmehaldus: Kasutage privaatvõtmete kaitsmiseks riistvaralisi rahakotte, mitme allkirjaga rahakotte ja turvalisi võtmete hoidmise praktikaid.
• Regulaarsed turvaauditid: Viige läbi regulaarseid turvaauditeid mainekate turvafirmade poolt, et tuvastada ja kõrvaldada potentsiaalseid haavatavusi.
• Vigade avastamise preemiaprogrammid: Rakendage vigade avastamise preemiaprogramme, et motiveerida turvateadlasi haavatavusi leidma ja neist teatama.
• Pidev jälgimine: Jälgige võrku kahtlase tegevuse suhtes ja rakendage sissetungituvastussüsteeme rünnakute avastamiseks ja neile reageerimiseks.
• Olge kursis: Hoidke end kursis viimaste turvaohtude ja haavatavustega ning rakendage turvapaiku viivitamata.
• Harige kasutajaid: Harige kasutajaid õngitsuse ja pahavara ohtude kohta ning edendage turvalisi praktikaid nende privaatvõtmete haldamiseks.
• Rakendage mitmefaktorilist autentimist: Kasutage mitmefaktorilist autentimist kontode kaitsmiseks volitamata juurdepääsu eest.

Kokkuvõte

Plokiahela tehnoloogia pakub arvukalt eeliseid, kuid on ülioluline olla teadlik potentsiaalsetest turvanõrkustest. Mõistes neid haavatavusi ja rakendades asjakohaseid leevendusstrateegiaid, saavad arendajad, ettevõtted ja kasutajad ehitada ja hooldada turvalisi plokiahelapõhiseid süsteeme. Turvamaastiku pidev jälgimine ja tekkivatele ohtudele kohanemine on hädavajalik, et tagada plokiahelate pikaajaline turvalisus ja terviklikkus. Plokiahela tehnoloogia arenedes on turvalisuse valdkonnas jätkuv teadus- ja arendustegevus ülioluline, et tulla toime uute väljakutsetega ja tagada turvalisem detsentraliseeritud tulevik.