Sigurnost blockchaine: Otkrivanje uobičajenih ranjivosti

Blockchain tehnologija, sa svojim obećanjem decentralizacije, transparentnosti i nepromjenjivosti, privukla je značajnu pažnju u raznim industrijama. Međutim, kao i svaka tehnologija, blockchain nije imun na ranjivosti. Duboko razumijevanje ovih ranjivosti ključno je za programere, tvrtke i korisnike kako bi se osigurala sigurnost i integritet sustava temeljenih na blockchainu. Ovaj članak bavi se uobičajenim sigurnosnim ranjivostima blockchaine, nudeći uvide u potencijalne rizike i strategije ublažavanja.

Razumijevanje sigurnosnog okruženja blockchaine

Prije nego što zaronimo u specifične ranjivosti, ključno je razumjeti jedinstveno sigurnosno okruženje blockchaina. Tradicionalni sigurnosni modeli često se oslanjaju na centralizirane autoritete za upravljanje i osiguranje podataka. Blockchaini, s druge strane, distribuiraju podatke preko mreže čvorova, što ih čini potencijalno otpornijima na pojedinačne točke kvara. Međutim, ova decentralizirana priroda također uvodi nove izazove i ranjivosti.

Ključni sigurnosni principi blockchaina

• Nepromjenjivost: Jednom kada se podaci zabilježe na blockchainu, izuzetno ih je teško izmijeniti ili izbrisati, što osigurava integritet podataka.
• Transparentnost: Sve transakcije na javnom blockchainu vidljive su svima, što promiče odgovornost.
• Decentralizacija: Podaci su distribuirani preko više čvorova, smanjujući rizik od cenzure i pojedinačnih točaka kvara.
• Kriptografija: Kriptografske tehnike koriste se za osiguranje transakcija i provjeru identiteta.
• Mehanizmi konsenzusa: Algoritmi poput Dokaza o radu (PoW) ili Dokaza o udjelu (PoS) osiguravaju dogovor o stanju blockchaine.

Uobičajene ranjivosti blockchaine

Unatoč inherentnim sigurnosnim značajkama blockchaina, postoji nekoliko ranjivosti koje zlonamjerni akteri mogu iskoristiti. Ove se ranjivosti mogu općenito kategorizirati kao nedostaci mehanizma konsenzusa, kriptografske slabosti, ranjivosti pametnih ugovora, mrežni napadi i problemi s upravljanjem ključevima.

1. Nedostaci mehanizma konsenzusa

Mehanizam konsenzusa srce je blockchaine, odgovoran za osiguravanje dogovora o valjanosti transakcija i cjelokupnom stanju glavne knjige. Nedostaci u mehanizmu konsenzusa mogu imati katastrofalne posljedice.

a) Napad 51%

Napad 51%, poznat i kao napad većine, događa se kada jedan entitet ili grupa kontrolira više od 50% računalne snage mreže (u PoW sustavima) ili udjela (u PoS sustavima). To napadaču omogućuje manipuliranje blockchainom, potencijalno poništavanje transakcija, dvostruku potrošnju kovanica i sprječavanje potvrđivanja novih transakcija.

Primjer: U 2018. godini, mreža Bitcoin Gold pretrpjela je uspješan napad 51%, što je rezultiralo krađom kriptovalute vrijedne milijune dolara. Napadač je kontrolirao većinu rudarske snage mreže, što mu je omogućilo da prepiše povijest transakcija i dvostruko potroši svoje kovanice.

Ublažavanje: Povećanje decentralizacije promicanjem šire distribucije računalne snage ili udjela može smanjiti rizik od napada 51%. Implementacija mehanizama kontrolnih točaka (checkpointing), gdje pouzdani čvorovi periodično provjeravaju integritet blockchaine, također može pomoći u sprječavanju napada.

b) Dugodosežni napadi

Dugodosežni napadi relevantni su za Proof-of-Stake blockchaine. Napadač može stvoriti alternativni lanac od geneza bloka (prvog bloka na blockchainu) stjecanjem starih privatnih ključeva i ulaganjem na tom alternativnom lancu. Ako napadač uspije stvoriti duži i vrjedniji lanac od poštenog lanca, može uvjeriti mrežu da se prebaci na zlonamjerni lanac.

Primjer: Zamislite PoS blockchain gdje veliki vlasnik uloženih tokena proda svoje tokene i izgubi interes za održavanje mreže. Napadač bi potencijalno mogao kupiti te stare tokene i iskoristiti ih za izgradnju alternativne povijesti blockchaine, potencijalno poništavajući legitimne transakcije.

Ublažavanje: Tehnike poput "slabe subjektivnosti" i rješenja "ništa na kocki" (nothing-at-stake) osmišljene su za ublažavanje ovih napada. Slaba subjektivnost zahtijeva da novi čvorovi koji se pridružuju mreži dobiju nedavnu valjanu kontrolnu točku od pouzdanih izvora, sprječavajući ih da budu prevareni i prihvate dugodosežni napadački lanac. Rješavanje problema "ništa na kocki" osigurava da validatori imaju ekonomski poticaj za poštenu validaciju transakcija, čak i na konkurentskim forkovima.

c) Sebično rudarenje

Sebično rudarenje je strategija u kojoj rudari namjerno zadržavaju novoiskopane blokove od javne mreže. Zadržavajući te blokove privatnima, stječu prednost nad drugim rudarima, povećavajući svoje šanse za iskopavanje sljedećeg bloka i zarađivanje više nagrada. To može dovesti do centralizacije rudarske snage i nepravedne raspodjele nagrada.

Primjer: Rudarski bazen (mining pool) sa značajnom računskom snagom mogao bi odlučiti zadržati blokove kako bi povećao svoje šanse za osvajanje sljedećeg bloka. To im daje malu prednost nad manjim rudarima, potencijalno ih izbacujući iz mreže i dodatno koncentrirajući moć.

Ublažavanje: Poboljšanje vremena propagacije blokova i implementacija pravila za pošten odabir blokova mogu pomoći u ublažavanju sebičnog rudarenja. Također, edukacija rudara o štetnim učincima sebičnog rudarenja i poticanje na pošteno djelovanje mogu poboljšati stabilnost mreže.

2. Kriptografske slabosti

Blockchaini se uvelike oslanjaju na kriptografiju za osiguranje transakcija i zaštitu podataka. Međutim, slabosti u kriptografskim algoritmima ili njihovoj implementaciji mogu iskoristiti napadači.

a) Kolizije sažetaka (Hash Collisions)

Funkcije sažimanja (hash funkcije) koriste se za mapiranje podataka proizvoljne veličine u izlaz fiksne veličine. Kolizija se događa kada dva različita ulaza proizvedu isti izlazni sažetak. Iako su kolizije teoretski moguće s bilo kojom funkcijom sažimanja, njihovo pronalaženje je računski neizvedivo za jake funkcije sažimanja. Međutim, slabosti u temeljnom algoritmu sažimanja ili njegovoj implementaciji mogu olakšati pronalaženje kolizija, potencijalno omogućujući napadačima da manipuliraju podacima ili stvaraju lažne transakcije.

Primjer: Napadač bi potencijalno mogao stvoriti dvije različite transakcije s istom vrijednošću sažetka, omogućujući mu da zamijeni legitimnu transakciju zlonamjernom. To je posebno opasno ako se funkcija sažimanja koristi za identifikaciju transakcija ili pohranu osjetljivih podataka.

Ublažavanje: Korištenje jakih, dobro provjerenih kriptografskih funkcija sažimanja poput SHA-256 ili SHA-3 je ključno. Redovito ažuriranje kriptografskih biblioteka i algoritama radi rješavanja poznatih ranjivosti također je važno. Izbjegavanje korištenja zastarjelih ili slabih funkcija sažimanja je najbolja praksa.

b) Kompromitacija privatnog ključa

Privatni ključevi koriste se za potpisivanje transakcija i autorizaciju pristupa sredstvima. Ako je privatni ključ kompromitiran, napadač ga može koristiti za krađu sredstava, stvaranje lažnih transakcija i lažno predstavljanje kao legitimni vlasnik.

Primjer: Phishing napadi, zlonamjerni softver i fizička krađa uobičajeni su načini na koje privatni ključevi mogu biti kompromitirani. Jednom kada napadač dobije pristup privatnom ključu, može prenijeti sva povezana sredstva na vlastiti račun.

Ublažavanje: Implementacija jakih praksi upravljanja ključevima je ključna. To uključuje korištenje hardverskih novčanika za pohranu privatnih ključeva izvan mreže, omogućavanje višefaktorske autentifikacije i edukaciju korisnika o rizicima phishinga i zlonamjernog softvera. Redovito stvaranje sigurnosnih kopija privatnih ključeva i njihovo pohranjivanje na sigurnom mjestu također je ključno.

c) Slabo generiranje slučajnih brojeva

Kriptografski sustavi oslanjaju se na jake generatore slučajnih brojeva (RNG) za generiranje sigurnih ključeva i nonceova (slučajnih brojeva koji se koriste za sprječavanje replay napada). Ako je RNG predvidljiv ili pristran, napadač može potencijalno predvidjeti generirane brojeve i iskoristiti ih za kompromitiranje sustava.

Primjer: Ako blockchain koristi slab RNG za generiranje privatnih ključeva, napadač bi potencijalno mogao predvidjeti te ključeve i ukrasti sredstva. Slično, ako se slab RNG koristi za generiranje nonceova, napadač bi mogao ponoviti prethodno valjane transakcije.

Ublažavanje: Korištenje kriptografski sigurnih RNG-ova koji su temeljito testirani i provjereni je ključno. Osiguravanje da je RNG ispravno inicijaliziran s dovoljnom entropijom također je ključno. Izbjegavanje korištenja predvidljivih ili pristranih RNG-ova je najbolja praksa.

3. Ranjivosti pametnih ugovora

Pametni ugovori su samostalno izvršavajući sporazumi napisani u kodu koji se pokreću na blockchainu. Oni automatiziraju izvršenje sporazuma i mogu se koristiti za stvaranje složenih decentraliziranih aplikacija (dApps). Međutim, ranjivosti u pametnim ugovorima mogu dovesti do značajnih financijskih gubitaka.

a) Ponovni ulazni napadi (Reentrancy Attacks)

Ponovni ulazni napad događa se kada zlonamjerni ugovor pozove ranjivi ugovor prije nego što je izvorna funkcija dovršena. To može omogućiti napadaču da opetovano povlači sredstva iz ranjivog ugovora prije ažuriranja njegovog salda.

Primjer: Zloglasno hakiranje DAO-a 2016. godine uzrokovano je ranjivošću ponovnog ulaza u pametnom ugovoru DAO-a. Napadač je iskoristio ovu ranjivost kako bi ispraznio Ether u vrijednosti milijuna dolara iz DAO-a.

Ublažavanje: Korištenje obrasca "provjere-efekti-interakcije" (checks-effects-interactions) može pomoći u sprječavanju ponovnih ulaznih napada. Ovaj obrazac uključuje provođenje svih provjera prije bilo kakvih promjena stanja, zatim izvođenje svih promjena stanja i na kraju interakciju s drugim ugovorima. Korištenje biblioteka poput OpenZeppelinove SafeMath biblioteke također može pomoći u sprječavanju aritmetičkih preljeva i potkoračenja koja se mogu iskoristiti u ponovnim ulaznim napadima.

b) Preljev/potkoračenje cijelog broja (Integer Overflow/Underflow)

Preljev i potkoračenje cijelog broja događaju se kada aritmetička operacija premaši maksimalnu ili minimalnu vrijednost koju cijeli broj može predstavljati. To može dovesti do neočekivanog ponašanja i ranjivosti u pametnim ugovorima.

Primjer: Ako pametni ugovor koristi cijeli broj za praćenje stanja računa korisnika, preljev bi mogao omogućiti napadaču da poveća svoje stanje iznad predviđenog limita. Slično, potkoračenje bi moglo omogućiti napadaču da isprazni stanje drugog korisnika.

Ublažavanje: Korištenje sigurnih aritmetičkih biblioteka poput OpenZeppelinove SafeMath biblioteke može pomoći u sprječavanju preljeva i potkoračenja cijelih brojeva. Ove biblioteke pružaju funkcije koje provjeravaju preljeve i potkoračenja prije izvođenja aritmetičkih operacija, bacajući iznimku ako dođe do pogreške.

c) Uskraćivanje usluge (Denial of Service - DoS)

Napadi uskraćivanja usluge imaju za cilj učiniti pametni ugovor nedostupnim legitimnim korisnicima. To se može postići iskorištavanjem ranjivosti u logici ugovora ili preopterećivanjem ugovora velikim brojem transakcija.

Primjer: Napadač bi mogao stvoriti pametni ugovor koji troši veliku količinu plina (gas), čineći nemogućim da drugi korisnici komuniciraju s ugovorom. Drugi primjer je slanje velikog broja nevažećih transakcija ugovoru, što uzrokuje njegovo preopterećenje i neodgovaranje.

Ublažavanje: Ograničavanje količine plina koja se može potrošiti u jednoj transakciji može pomoći u sprječavanju DoS napada. Implementacija ograničenja stope (rate limiting) i korištenje tehnika poput paginacije također mogu pomoći u ublažavanju DoS napada. Revizija pametnog ugovora radi potencijalnih ranjivosti i optimizacija njegovog koda za učinkovitost također su ključni.

d) Logičke pogreške

Logičke pogreške su nedostaci u dizajnu ili implementaciji pametnog ugovora koji mogu dovesti do neočekivanog ponašanja i ranjivosti. Te je pogreške teško otkriti i mogu imati značajne posljedice.

Primjer: Pametni ugovor može imati nedostatak u svojoj logici koji omogućuje napadaču da zaobiđe sigurnosne provjere ili manipulira stanjem ugovora na nepredviđen način. Drugi primjer je ranjivost u mehanizmu kontrole pristupa ugovora koja omogućuje neovlaštenim korisnicima obavljanje osjetljivih operacija.

Ublažavanje: Temeljito testiranje i revizija pametnih ugovora ključni su za identifikaciju i ispravljanje logičkih pogrešaka. Korištenje tehnika formalne verifikacije također može pomoći u osiguravanju da se ugovor ponaša kako je predviđeno. Pridržavanje sigurnih praksi kodiranja i utvrđenih obrazaca dizajna također može smanjiti rizik od logičkih pogrešaka.

e) Ovisnost o vremenskoj oznaci

Oslanjanje na vremenske oznake bloka za kritičnu logiku unutar pametnih ugovora može biti rizično. Rudari imaju određeni utjecaj na vremensku oznaku bloka, što im potencijalno omogućuje manipuliranje ishodom određenih operacija.

Primjer: Pametni ugovor za lutriju koji odabire pobjednika na temelju vremenske oznake budućeg bloka mogao bi biti manipuliran od strane rudara koji može malo prilagoditi vremensku oznaku kako bi favorizirao sebe ili nekoga s kime surađuje.

Ublažavanje: Izbjegavajte korištenje vremenskih oznaka bloka za kritičnu logiku gdje je to moguće. Ako su vremenske oznake nužne, razmislite o korištenju više vremenskih oznaka bloka kako biste smanjili utjecaj manipulacije rudara. Trebalo bi istražiti alternativne izvore slučajnosti za aplikacije poput lutrija.

4. Mrežni napadi

Blockchaini su osjetljivi na razne mrežne napade koji mogu poremetiti mrežu, ukrasti informacije ili manipulirati transakcijama.

a) Sybil napad

Sybil napad događa se kada napadač stvori velik broj lažnih identiteta (čvorova) na mreži. Ovi lažni identiteti mogu se koristiti za preopterećenje legitimnih čvorova, manipuliranje mehanizmima glasanja i ometanje konsenzusa mreže.

Primjer: Napadač bi mogao stvoriti velik broj lažnih čvorova i koristiti ih za kontrolu većine glasačke moći mreže, omogućujući mu da manipulira stanjem blockchaine.

Ublažavanje: Implementacija mehanizama za provjeru identiteta, kao što su Dokaz o radu ili Dokaz o udjelu, može otežati napadačima stvaranje velikog broja lažnih identiteta. Korištenje sustava reputacije i zahtijevanje da čvorovi pruže kolateral također mogu pomoći u ublažavanju Sybil napada.

b) Napadi na usmjeravanje (Routing Attacks)

Napadi na usmjeravanje uključuju manipuliranje mrežnom infrastrukturom za usmjeravanje kako bi se presreo ili preusmjerio promet. To može omogućiti napadačima da prisluškuju komunikaciju, cenzuriraju transakcije i pokreću druge napade.

Primjer: Napadač bi mogao presresti transakcije i odgoditi ih ili izmijeniti prije nego što se propagiraju ostatku mreže. To bi im moglo omogućiti dvostruku potrošnju kovanica ili cenzuriranje transakcija određenih korisnika.

Ublažavanje: Korištenje sigurnih protokola za usmjeravanje i implementacija enkripcije mogu pomoći u ublažavanju napada na usmjeravanje. Diverzifikacija mrežne infrastrukture za usmjeravanje i praćenje mrežnog prometa u potrazi za sumnjivim aktivnostima također su važni.

c) Eclipse napad

Eclipse napad izolira čvor od ostatka mreže okružujući ga zlonamjernim čvorovima koje kontrolira napadač. To omogućuje napadaču da izoliranom čvoru pruža lažne informacije, potencijalno manipulirajući njegovim pogledom na blockchain.

Primjer: Napadač bi mogao koristiti eclipse napad kako bi uvjerio čvor da je lažna transakcija valjana, omogućujući mu dvostruku potrošnju kovanica. Također bi mogli spriječiti čvor da prima ažuriranja o legitimnom blockchainu, uzrokujući da zaostane i potencijalno se odvoji od glavne mreže.

Ublažavanje: Zahtijevanje da se čvorovi povezuju s raznolikim skupom sudionika (peers) i periodično provjeravanje nedosljednosti u informacijama koje primaju može pomoći u ublažavanju eclipse napada. Korištenje sigurnih komunikacijskih kanala i provjera identiteta sudionika također su važni.

d) DDoS napadi

Distribuirani napadi uskraćivanja usluge (DDoS) preplavljuju mrežu prometom iz više izvora, preopterećujući njezine resurse i čineći je nedostupnom legitimnim korisnicima.

Primjer: Napadači mogu preplaviti blockchain čvorove zahtjevima, čineći ih nesposobnima za obradu legitimnih transakcija i ometajući rad mreže.

Ublažavanje: Implementacija ograničenja stope, korištenje mreža za isporuku sadržaja (CDN) i primjena sustava za otkrivanje upada mogu pomoći u ublažavanju DDoS napada. Distribucija mreže na više geografskih lokacija također može povećati njezinu otpornost na DDoS napade.

5. Problemi s upravljanjem ključevima

Pravilno upravljanje ključevima ključno je za osiguranje sustava temeljenih na blockchainu. Loše prakse upravljanja ključevima mogu dovesti do kompromitacije privatnog ključa i značajnih financijskih gubitaka.

a) Gubitak ključa

Ako korisnik izgubi svoj privatni ključ, neće moći pristupiti svojim sredstvima. To može biti razoran gubitak, pogotovo ako korisnik nema sigurnosnu kopiju svog ključa.

Primjer: Korisnik bi mogao izgubiti svoj privatni ključ zbog kvara hardvera, softverske greške ili jednostavne pogreške. Bez sigurnosne kopije, bit će trajno isključen sa svog računa.

Ublažavanje: Poticanje korisnika da stvaraju sigurnosne kopije svojih privatnih ključeva i pohranjuju ih na sigurnom mjestu je ključno. Korištenje hardverskih novčanika ili novčanika s više potpisa također može pomoći u sprječavanju gubitka ključa.

b) Krađa ključa

Privatni ključevi mogu biti ukradeni putem phishing napada, zlonamjernog softvera ili fizičke krađe. Jednom kada napadač dobije pristup privatnom ključu, može ga koristiti za krađu sredstava i lažno predstavljanje kao legitimni vlasnik.

Primjer: Korisnik bi mogao biti prevaren da unese svoj privatni ključ na lažnu web stranicu ili preuzme zlonamjerni softver koji mu ukrade ključ. Drugi primjer je napadač koji fizički ukrade korisnikov hardverski novčanik ili računalo.

Ublažavanje: Edukacija korisnika o rizicima phishinga i zlonamjernog softvera je ključna. Korištenje jakih lozinki i omogućavanje višefaktorske autentifikacije također mogu pomoći u sprječavanju krađe ključa. Pohranjivanje privatnih ključeva izvan mreže u hardverskom novčaniku ili sigurnom trezoru je najbolja praksa.

c) Slabo generiranje ključeva

Korištenje slabih ili predvidljivih metoda za generiranje privatnih ključeva može ih učiniti ranjivima na napade. Ako napadač može pogoditi privatni ključ korisnika, može mu ukrasti sredstva.

Primjer: Korisnik bi mogao koristiti jednostavnu lozinku ili predvidljiv obrazac za generiranje svog privatnog ključa. Napadač bi tada mogao koristiti napade grubom silom (brute-force) ili rječničke napade kako bi pogodio ključ i ukrao njegova sredstva.

Ublažavanje: Korištenje kriptografski sigurnih generatora slučajnih brojeva za generiranje privatnih ključeva je ključno. Izbjegavanje korištenja predvidljivih obrazaca ili jednostavnih lozinki također je ključno. Korištenje hardverskog novčanika ili renomiranog alata za generiranje ključeva može pomoći u osiguravanju sigurnog generiranja privatnih ključeva.

Najbolje prakse za poboljšanje sigurnosti blockchaine

Ublažavanje ranjivosti blockchaine zahtijeva višestruki pristup koji obuhvaća sigurne prakse kodiranja, robusno upravljanje ključevima i kontinuirano praćenje.

• Sigurne prakse kodiranja: Slijedite smjernice za sigurno kodiranje, koristite sigurne biblioteke te temeljito testirajte i revidirajte pametne ugovore.
• Robusno upravljanje ključevima: Koristite hardverske novčanike, novčanike s više potpisa i sigurne prakse pohrane ključeva za zaštitu privatnih ključeva.
• Redovite sigurnosne revizije: Provodite redovite sigurnosne revizije od strane renomiranih sigurnosnih tvrtki kako biste identificirali i riješili potencijalne ranjivosti.
• Programi za nagrađivanje pronalaženja grešaka (Bug Bounty): Implementirajte programe za nagrađivanje kako biste potaknuli sigurnosne istraživače da pronađu i prijave ranjivosti.
• Kontinuirano praćenje: Pratite mrežu u potrazi za sumnjivim aktivnostima i implementirajte sustave za otkrivanje upada kako biste otkrili napade i odgovorili na njih.
• Ostanite ažurirani: Budite u toku s najnovijim sigurnosnim prijetnjama i ranjivostima te pravovremeno primjenjujte sigurnosne zakrpe.
• Educirajte korisnike: Educirajte korisnike o rizicima phishinga i zlonamjernog softvera te promičite sigurne prakse za upravljanje njihovim privatnim ključevima.
• Implementirajte višefaktorsku autentifikaciju: Koristite višefaktorsku autentifikaciju za zaštitu računa od neovlaštenog pristupa.

Zaključak

Blockchain tehnologija nudi brojne prednosti, ali ključno je biti svjestan potencijalnih sigurnosnih ranjivosti. Razumijevanjem ovih ranjivosti i implementacijom odgovarajućih strategija ublažavanja, programeri, tvrtke i korisnici mogu graditi i održavati sigurne sustave temeljene na blockchainu. Kontinuirano praćenje sigurnosnog okruženja i prilagodba novim prijetnjama ključni su za osiguravanje dugoročne sigurnosti i integriteta blockchaina. Kako se blockchain tehnologija razvija, stalna istraživanja i razvoj u području sigurnosti od vitalnog su značaja za rješavanje novih izazova i osiguravanje sigurnije decentralizirane budućnosti.