Blokkjede-sikkerhet: Avdekking av vanlige sårbarheter

Blokkjede-teknologi, med sitt løfte om desentralisering, transparens og uforanderlighet, har fått betydelig oppmerksomhet i en rekke bransjer. Men som all annen teknologi, er ikke blokkjeden immun mot sårbarheter. En dyp forståelse av disse sårbarhetene er avgjørende for utviklere, bedrifter og brukere for å sikre sikkerheten og integriteten til blokkjedebaserte systemer. Denne artikkelen dykker ned i vanlige sikkerhetssårbarheter i blokkjeder og gir innsikt i potensielle risikoer og tiltak for å redusere dem.

Forståelse av sikkerhetslandskapet for blokkjeder

Før vi går inn på spesifikke sårbarheter, er det viktig å forstå det unike sikkerhetslandskapet for blokkjeder. Tradisjonelle sikkerhetsmodeller baserer seg ofte på sentraliserte myndigheter for å administrere og sikre data. Blokkjeder, derimot, distribuerer data på tvers av et nettverk av noder, noe som gjør dem potensielt mer motstandsdyktige mot enkeltpunkter for svikt. Men denne desentraliserte naturen introduserer også nye utfordringer og sårbarheter.

Sentrale sikkerhetsprinsipper for blokkjeder

• Uforanderlighet: Når data er registrert på en blokkjede, er det ekstremt vanskelig å endre eller slette dem, noe som sikrer dataintegritet.
• Transparens: Alle transaksjoner på en offentlig blokkjede er synlige for alle, noe som fremmer ansvarlighet.
• Desentralisering: Data distribueres på tvers av flere noder, noe som reduserer risikoen for sensur og enkeltpunkter for svikt.
• Kryptografi: Kryptografiske teknikker brukes for å sikre transaksjoner og verifisere identiteter.
• Konsensusmekanismer: Algoritmer som Proof-of-Work (PoW) eller Proof-of-Stake (PoS) sikrer enighet om tilstanden til blokkjeden.

Vanlige sårbarheter i blokkjeder

Til tross for de innebygde sikkerhetsfunksjonene i blokkjeder, kan flere sårbarheter utnyttes av ondsinnede aktører. Disse sårbarhetene kan grovt kategoriseres i feil i konsensusmekanismer, kryptografiske svakheter, sårbarheter i smarte kontrakter, nettverksangrep og problemer med nøkkelhåndtering.

1. Feil i konsensusmekanismer

Konsensusmekanismen er hjertet i en blokkjede, ansvarlig for å sikre enighet om gyldigheten av transaksjoner og den generelle tilstanden til hovedboken. Feil i konsensusmekanismen kan ha katastrofale konsekvenser.

a) 51%-angrep

Et 51%-angrep, også kjent som et majoritetsangrep, skjer når en enkelt enhet eller gruppe kontrollerer mer enn 50 % av nettverkets hashing-kraft (i PoW-systemer) eller eierandel (i PoS-systemer). Dette gjør det mulig for angriperen å manipulere blokkjeden, potensielt reversere transaksjoner, dobbeltbruke mynter og forhindre at nye transaksjoner blir bekreftet.

Eksempel: I 2018 ble Bitcoin Gold-nettverket utsatt for et vellykket 51%-angrep, noe som resulterte i tyveri av kryptovaluta verdt millioner av dollar. Angriperen kontrollerte en majoritet av nettverkets utvinningskraft, noe som gjorde det mulig for dem å omskrive transaksjonshistorikken og dobbeltbruke myntene sine.

Tiltak: Å øke desentraliseringen ved å fremme en bredere distribusjon av hashing-kraft eller eierandel kan redusere risikoen for et 51%-angrep. Implementering av sjekkpunktmekanismer, der klarerte noder periodisk verifiserer blokkjedens integritet, kan også bidra til å forhindre angrep.

b) Langdistanseangrep

Langdistanseangrep er relevante for Proof-of-Stake-blokkjeder. En angriper kan lage en alternativ kjede fra genesis-blokken (den første blokken i blokkjeden) ved å skaffe seg gamle private nøkler og satse på denne alternative kjeden. Hvis angriperen kan lage en lengre og mer verdifull kjede enn den ærlige kjeden, kan de overbevise nettverket om å bytte til den ondsinnede kjeden.

Eksempel: Tenk deg en PoS-blokkjede der en stor eier av satsede tokens selger sine tokens og mister interessen for å vedlikeholde nettverket. En angriper kan potensielt kjøpe disse gamle tokensene og bruke dem til å bygge en alternativ historikk for blokkjeden, og potensielt ugyldiggjøre legitime transaksjoner.

Tiltak: Teknikker som "svak subjektivitet" og løsninger for "ingenting-på-spill"-problemet er utformet for å redusere disse angrepene. Svak subjektivitet krever at nye noder som kobler seg til nettverket, henter et nylig gyldig sjekkpunkt fra klarerte kilder, noe som forhindrer dem i å bli lurt til å akseptere en kjede fra et langdistanseangrep. Løsning av "ingenting-på-spill"-problemet sikrer at validatorer har et økonomisk insentiv til å validere transaksjoner ærlig, selv på konkurrerende forgreninger.

c) Egennyttig utvinning (Selfish Mining)

Egennyttig utvinning er en strategi der utvinnere med vilje holder tilbake nylig utvunnede blokker fra det offentlige nettverket. Ved å holde disse blokkene private, får de en fordel over andre utvinnere, noe som øker sjansene deres for å utvinne neste blokk og tjene flere belønninger. Dette kan føre til en sentralisering av utvinningskraft og en urettferdig fordeling av belønninger.

Eksempel: En utvinningspool med betydelig hashing-kraft kan velge å holde tilbake blokker for å øke sjansene sine for å vinne neste blokk. Dette gir dem en liten fordel over mindre utvinnere, og kan potensielt drive dem ut av nettverket og ytterligere konsentrere makten.

Tiltak: Å forbedre blokkspredningstider og implementere rettferdige regler for blokkvalg kan bidra til å redusere egennyttig utvinning. Å utdanne utvinnere om de skadelige effektene av egennyttig utvinning og oppmuntre dem til å handle ærlig kan også forbedre nettverksstabiliteten.

2. Kryptografiske svakheter

Blokkjeder er sterkt avhengige av kryptografi for å sikre transaksjoner og beskytte data. Svakheter i kryptografiske algoritmer eller deres implementering kan imidlertid utnyttes av angripere.

a) Hasjkollisjoner

Hash-funksjoner brukes til å kartlegge data av vilkårlig størrelse til en utdata med fast størrelse. En kollisjon oppstår når to forskjellige inndata produserer samme hash-utdata. Selv om hasjkollisjoner er teoretisk mulige med enhver hash-funksjon, er det beregningsmessig umulig å finne dem for sterke hash-funksjoner. Svakheter i den underliggende hash-algoritmen eller implementeringen kan imidlertid gjøre kollisjoner lettere å finne, noe som potensielt kan tillate angripere å manipulere data eller lage falske transaksjoner.

Eksempel: En angriper kan potensielt lage to forskjellige transaksjoner med samme hash-verdi, noe som gjør det mulig for dem å erstatte en legitim transaksjon med en ondsinnet en. Dette er spesielt farlig hvis hash-funksjonen brukes til å identifisere transaksjoner eller lagre sensitive data.

Tiltak: Bruk av sterke, velprøvde kryptografiske hash-funksjoner som SHA-256 eller SHA-3 er avgjørende. Regelmessig oppdatering av kryptografiske biblioteker og algoritmer for å håndtere kjente sårbarheter er også viktig. Å unngå bruk av utdaterte eller svake hash-funksjoner er en beste praksis.

b) Kompromittering av privat nøkkel

Private nøkler brukes til å signere transaksjoner og autorisere tilgang til midler. Hvis en privat nøkkel blir kompromittert, kan en angriper bruke den til å stjele midler, lage falske transaksjoner og utgi seg for å være den rettmessige eieren.

Eksempel: Phishing-angrep, skadevare og fysisk tyveri er vanlige måter private nøkler kan bli kompromittert på. Når en angriper får tilgang til en privat nøkkel, kan de overføre alle tilknyttede midler til sin egen konto.

Tiltak: Implementering av sterk praksis for nøkkelhåndtering er avgjørende. Dette inkluderer bruk av maskinvarelommebøker for å lagre private nøkler offline, aktivering av flerfaktorautentisering og opplæring av brukere om risikoen ved phishing og skadevare. Regelmessig sikkerhetskopiering av private nøkler og lagring på et sikkert sted er også avgjørende.

c) Svak generering av tilfeldige tall

Kryptografiske systemer er avhengige av sterke generatorer for tilfeldige tall (RNG-er) for å generere sikre nøkler og nonces (tilfeldige tall som brukes for å forhindre replay-angrep). Hvis en RNG er forutsigbar eller partisk, kan en angriper potensielt forutsi de genererte tallene og bruke dem til å kompromittere systemet.

Eksempel: Hvis en blokkjede bruker en svak RNG til å generere private nøkler, kan en angriper potensielt forutsi disse nøklene og stjele midler. Tilsvarende, hvis en svak RNG brukes til å generere nonces, kan en angriper gjenta tidligere gyldige transaksjoner.

Tiltak: Bruk av kryptografisk sikre RNG-er som er grundig testet og kontrollert er avgjørende. Å sikre at RNG-en er riktig initialisert med tilstrekkelig entropi er også avgjørende. Å unngå bruk av forutsigbare eller partiske RNG-er er en beste praksis.

3. Sårbarheter i smarte kontrakter

Smarte kontrakter er selvutførende avtaler skrevet i kode som kjører på blokkjeden. De automatiserer utførelsen av avtaler og kan brukes til å lage komplekse desentraliserte applikasjoner (dApps). Sårbarheter i smarte kontrakter kan imidlertid føre til betydelige økonomiske tap.

a) Reentrancy-angrep

Et reentrancy-angrep skjer når en ondsinnet kontrakt kaller tilbake til den sårbare kontrakten før den opprinnelige funksjonen er fullført. Dette kan tillate angriperen å gjentatte ganger trekke midler fra den sårbare kontrakten før saldoen blir oppdatert.

Eksempel: Det beryktede DAO-hacket i 2016 ble forårsaket av en reentrancy-sårbarhet i DAOs smarte kontrakt. En angriper utnyttet denne sårbarheten til å tappe millioner av dollar i Ether fra DAO.

Tiltak: Å bruke "sjekk-effekt-interaksjon"-mønsteret kan bidra til å forhindre reentrancy-angrep. Dette mønsteret innebærer å utføre alle sjekker før man gjør tilstandsendringer, deretter gjøre alle tilstandsendringer, og til slutt samhandle med andre kontrakter. Å bruke biblioteker som OpenZeppelins SafeMath-bibliotek kan også bidra til å forhindre aritmetisk overflyt og underflyt som kan utnyttes i reentrancy-angrep.

b) Heltallsoverflyt/-underflyt

Heltallsoverflyt og -underflyt oppstår når en aritmetisk operasjon overskrider maksimums- eller minimumsverdien et heltall kan representere. Dette kan føre til uventet atferd og sårbarheter i smarte kontrakter.

Eksempel: Hvis en smart kontrakt bruker et heltall for å spore saldoen på en brukers konto, kan et overflyt tillate en angriper å øke saldoen sin utover den tiltenkte grensen. Tilsvarende kan et underflyt tillate en angriper å tømme saldoen til en annen bruker.

Tiltak: Bruk av sikre aritmetiske biblioteker som OpenZeppelins SafeMath-bibliotek kan bidra til å forhindre heltallsoverflyt og -underflyt. Disse bibliotekene tilbyr funksjoner som sjekker for overflyt og underflyt før de utfører aritmetiske operasjoner, og kaster et unntak hvis en feil oppstår.

c) Tjenestenekt (DoS)

Tjenestenektangrep har som mål å gjøre en smart kontrakt utilgjengelig for legitime brukere. Dette kan oppnås ved å utnytte sårbarheter i kontraktens logikk eller ved å overvelde kontrakten med et stort antall transaksjoner.

Eksempel: En angriper kan lage en smart kontrakt som bruker en stor mengde gass, noe som gjør det umulig for andre brukere å samhandle med kontrakten. Et annet eksempel er å sende et stort antall ugyldige transaksjoner til kontrakten, noe som fører til at den blir overbelastet og ikke svarer.

Tiltak: Å begrense mengden gass som kan brukes av en enkelt transaksjon kan bidra til å forhindre DoS-angrep. Implementering av ratebegrensning og bruk av teknikker som paginering kan også bidra til å redusere DoS-angrep. Å revidere den smarte kontrakten for potensielle sårbarheter og optimalisere koden for effektivitet er også avgjørende.

d) Logiske feil

Logiske feil er feil i designet eller implementeringen av en smart kontrakt som kan føre til uventet atferd og sårbarheter. Disse feilene kan være vanskelige å oppdage og kan ha betydelige konsekvenser.

Eksempel: En smart kontrakt kan ha en feil i logikken som lar en angriper omgå sikkerhetskontroller eller manipulere kontraktens tilstand på en utilsiktet måte. Et annet eksempel er en sårbarhet i kontraktens tilgangskontrollmekanisme som lar uautoriserte brukere utføre sensitive operasjoner.

Tiltak: Grundig testing og revisjon av smarte kontrakter er avgjørende for å identifisere og fikse logiske feil. Bruk av formelle verifiseringsteknikker kan også bidra til å sikre at kontrakten oppfører seg som tiltenkt. Å følge sikker kodingspraksis og overholde etablerte designmønstre kan også redusere risikoen for logiske feil.

e) Avhengighet av tidsstempel

Å stole på blokktidsstempler for kritisk logikk i smarte kontrakter kan være risikabelt. Utvinnere har en viss innflytelse over tidsstempelet til en blokk, noe som potensielt kan tillate dem å manipulere utfallet av visse operasjoner.

Eksempel: En lotteri-smartkontrakt som velger en vinner basert på tidsstempelet til en fremtidig blokk, kan manipuleres av en utvinner som kan justere tidsstempelet litt for å favorisere seg selv eller noen de samarbeider med.

Tiltak: Unngå å bruke blokktidsstempler for kritisk logikk der det er mulig. Hvis tidsstempler er nødvendige, bør du vurdere å bruke flere blokktidsstempler for å redusere virkningen av utvinnermanipulering. Alternative kilder til tilfeldighet bør utforskes for applikasjoner som lotterier.

4. Nettverksangrep

Blokkjeder er utsatt for ulike nettverksangrep som kan forstyrre nettverket, stjele informasjon eller manipulere transaksjoner.

a) Sybil-angrep

Et Sybil-angrep skjer når en angriper lager et stort antall falske identiteter (noder) på nettverket. Disse falske identitetene kan brukes til å overvelde legitime noder, manipulere stemmemekanismer og forstyrre nettverkets konsensus.

Eksempel: En angriper kan lage et stort antall falske noder og bruke dem til å kontrollere en majoritet av nettverkets stemmekraft, noe som gjør det mulig for dem å manipulere blokkjedens tilstand.

Tiltak: Implementering av identitetsverifiseringsmekanismer, som Proof-of-Work eller Proof-of-Stake, kan gjøre det vanskeligere for angripere å lage et stort antall falske identiteter. Bruk av omdømmesystemer og krav om at noder stiller med sikkerhet kan også bidra til å redusere Sybil-angrep.

b) Rutingangrep

Rutingangrep innebærer å manipulere nettverkets rutinginfrastruktur for å avskjære eller omdirigere trafikk. Dette kan tillate angripere å avlytte kommunikasjon, sensurere transaksjoner og starte andre angrep.

Eksempel: En angriper kan avskjære transaksjoner og forsinke eller endre dem før de blir spredt til resten av nettverket. Dette kan tillate dem å dobbeltbruke mynter eller sensurere transaksjoner fra spesifikke brukere.

Tiltak: Bruk av sikre rutingprotokoller og implementering av kryptering kan bidra til å redusere rutingangrep. Diversifisering av nettverkets rutinginfrastruktur og overvåking av nettverkstrafikk for mistenkelig aktivitet er også viktig.

c) Eclipse-angrep

Et eclipse-angrep isolerer en node fra resten av nettverket ved å omgi den med ondsinnede noder kontrollert av angriperen. Dette lar angriperen mate den isolerte noden med falsk informasjon, og potensielt manipulere dens syn på blokkjeden.

Eksempel: En angriper kan bruke et eclipse-angrep for å overbevise en node om at en falsk transaksjon er gyldig, slik at de kan dobbeltbruke mynter. De kan også forhindre noden i å motta oppdateringer om den legitime blokkjeden, noe som får den til å falle bak og potensielt forgrene seg fra hovednettverket.

Tiltak: Å kreve at noder kobler seg til et mangfoldig sett med jevnbyrdige og periodisk sjekker for inkonsistenser i informasjonen de mottar, kan bidra til å redusere eclipse-angrep. Bruk av sikre kommunikasjonskanaler og verifisering av identiteten til jevnbyrdige er også viktig.

d) DDoS-angrep

Distribuerte tjenestenektangrep (DDoS) oversvømmer et nettverk med trafikk fra flere kilder, overvelder ressursene og gjør det utilgjengelig for legitime brukere.

Eksempel: Angripere kan oversvømme blokkjedenoder med forespørsler, noe som gjør dem ute av stand til å behandle legitime transaksjoner og forstyrrer nettverkets drift.

Tiltak: Implementering av ratebegrensning, bruk av innholdsleveringsnettverk (CDN) og bruk av systemer for inntrengningsdeteksjon kan bidra til å redusere DDoS-angrep. Å distribuere nettverket over flere geografiske steder kan også øke motstandskraften mot DDoS-angrep.

5. Problemer med nøkkelhåndtering

Riktig nøkkelhåndtering er avgjørende for å sikre blokkjedebaserte systemer. Dårlig praksis for nøkkelhåndtering kan føre til kompromittering av privat nøkkel og betydelige økonomiske tap.

a) Tap av nøkkel

Hvis en bruker mister sin private nøkkel, vil de ikke kunne få tilgang til midlene sine. Dette kan være et ødeleggende tap, spesielt hvis brukeren ikke har en sikkerhetskopi av nøkkelen.

Eksempel: En bruker kan miste sin private nøkkel på grunn av en maskinvarefeil, en programvarefeil eller en enkel feil. Uten en sikkerhetskopi vil de bli permanent utestengt fra kontoen sin.

Tiltak: Å oppmuntre brukere til å lage sikkerhetskopier av sine private nøkler og lagre dem på et sikkert sted er avgjørende. Bruk av maskinvarelommebøker eller multisignaturlommebøker kan også bidra til å forhindre tap av nøkler.

b) Tyveri av nøkkel

Private nøkler kan bli stjålet gjennom phishing-angrep, skadevare eller fysisk tyveri. Når en angriper får tilgang til en privat nøkkel, kan de bruke den til å stjele midler og utgi seg for å være den rettmessige eieren.

Eksempel: En bruker kan bli lurt til å skrive inn sin private nøkkel på en falsk nettside eller laste ned skadevare som stjeler nøkkelen deres. Et annet eksempel er en angriper som fysisk stjeler en brukers maskinvarelommebok eller datamaskin.

Tiltak: Å utdanne brukere om risikoen for phishing og skadevare er avgjørende. Bruk av sterke passord og aktivering av flerfaktorautentisering kan også bidra til å forhindre tyveri av nøkler. Å lagre private nøkler offline i en maskinvarelommebok eller et sikkert hvelv er en beste praksis.

c) Svak nøkkelgenerering

Bruk av svake eller forutsigbare metoder for å generere private nøkler kan gjøre dem sårbare for angrep. Hvis en angriper kan gjette en brukers private nøkkel, kan de stjele midlene deres.

Eksempel: En bruker kan bruke et enkelt passord eller et forutsigbart mønster for å generere sin private nøkkel. En angriper kan da bruke brute-force-angrep eller ordbokangrep for å gjette nøkkelen og stjele midlene.

Tiltak: Bruk av kryptografisk sikre generatorer for tilfeldige tall for å generere private nøkler er avgjørende. Å unngå bruk av forutsigbare mønstre eller enkle passord er også avgjørende. Bruk av en maskinvarelommebok eller et anerkjent verktøy for nøkkelgenerering kan bidra til å sikre at private nøkler genereres sikkert.

Beste praksis for å forbedre blokkjedesikkerhet

Å redusere sårbarheter i blokkjeder krever en mangesidig tilnærming som omfatter sikker kodingspraksis, robust nøkkelhåndtering og kontinuerlig overvåking.

• Sikker kodingspraksis: Følg retningslinjer for sikker koding, bruk sikre biblioteker, og test og revider smarte kontrakter grundig.
• Robust nøkkelhåndtering: Bruk maskinvarelommebøker, multisignaturlommebøker og sikker praksis for nøkkellagring for å beskytte private nøkler.
• Regelmessige sikkerhetsrevisjoner: Gjennomfør regelmessige sikkerhetsrevisjoner av anerkjente sikkerhetsfirmaer for å identifisere og håndtere potensielle sårbarheter.
• Bug bounty-programmer: Implementer bug bounty-programmer for å insentivere sikkerhetsforskere til å finne og rapportere sårbarheter.
• Kontinuerlig overvåking: Overvåk nettverket for mistenkelig aktivitet og implementer systemer for inntrengningsdeteksjon for å oppdage og respondere på angrep.
• Hold deg oppdatert: Hold deg oppdatert på de nyeste sikkerhetstruslene og sårbarhetene, og installer sikkerhetsoppdateringer raskt.
• Utdann brukere: Utdann brukere om risikoen for phishing og skadevare, og fremme sikker praksis for håndtering av deres private nøkler.
• Implementer flerfaktorautentisering: Bruk flerfaktorautentisering for å beskytte kontoer mot uautorisert tilgang.

Konklusjon

Blokkjede-teknologi tilbyr mange fordeler, men det er avgjørende å være klar over de potensielle sikkerhetssårbarhetene. Ved å forstå disse sårbarhetene og implementere passende tiltak, kan utviklere, bedrifter og brukere bygge og vedlikeholde sikre blokkjedebaserte systemer. Kontinuerlig overvåking av sikkerhetslandskapet og tilpasning til nye trusler er avgjørende for å sikre den langsiktige sikkerheten og integriteten til blokkjeder. Etter hvert som blokkjedeteknologien utvikler seg, er kontinuerlig forskning og utvikling innen sikkerhet avgjørende for å møte nye utfordringer og sikre en tryggere, desentralisert fremtid.