Varnost tehnologije veriženja blokov: Razkrivanje pogostih ranljivosti

Tehnologija veriženja blokov s svojo obljubo decentralizacije, transparentnosti in nespremenljivosti je pritegnila veliko pozornosti v različnih panogah. Vendar, kot vsaka tehnologija, tudi tehnologija veriženja blokov ni imuna na ranljivosti. Poglobljeno razumevanje teh ranljivosti je ključnega pomena za razvijalce, podjetja in uporabnike, da bi zagotovili varnost in celovitost sistemov, ki temeljijo na tehnologiji veriženja blokov. Ta članek se poglablja v pogoste varnostne ranljivosti tehnologije veriženja blokov ter ponuja vpogled v možna tveganja in strategije za njihovo ublažitev.

Razumevanje varnostnega okolja tehnologije veriženja blokov

Preden se poglobimo v specifične ranljivosti, je bistveno razumeti edinstveno varnostno okolje tehnologije veriženja blokov. Tradicionalni varnostni modeli se pogosto zanašajo na centralizirane organe za upravljanje in varovanje podatkov. Tehnologija veriženja blokov pa podatke porazdeli po omrežju vozlišč, zaradi česar so potencialno bolj odporni na posamezne točke odpovedi. Vendar pa ta decentralizirana narava prinaša tudi nove izzive in ranljivosti.

Ključna varnostna načela tehnologije veriženja blokov

• Nespremenljivost: Ko so podatki enkrat zapisani v verigo blokov, jih je izjemno težko spremeniti ali izbrisati, kar zagotavlja celovitost podatkov.
• Transparentnost: Vse transakcije na javni verigi blokov so vidne vsem, kar spodbuja odgovornost.
• Decentralizacija: Podatki so porazdeljeni med več vozlišč, kar zmanjšuje tveganje cenzure in posameznih točk odpovedi.
• Kriptografija: Kriptografske tehnike se uporabljajo za varovanje transakcij in preverjanje identitet.
• Mehanizmi soglasja: Algoritmi, kot sta dokazilo o delu (PoW) ali dokazilo o deležu (PoS), zagotavljajo soglasje o stanju verige blokov.

Pogoste ranljivosti tehnologije veriženja blokov

Kljub inherentnim varnostnim značilnostim tehnologije veriženja blokov obstaja več ranljivosti, ki jih lahko zlonamerni akterji izkoristijo. Te ranljivosti lahko na splošno razdelimo na pomanjkljivosti mehanizma soglasja, kriptografske šibkosti, ranljivosti pametnih pogodb, omrežne napade in težave z upravljanjem ključev.

1. Pomanjkljivosti mehanizma soglasja

Mehanizem soglasja je srce verige blokov, odgovoren za zagotavljanje dogovora o veljavnosti transakcij in splošnem stanju knjige. Pomanjkljivosti v mehanizmu soglasja imajo lahko katastrofalne posledice.

a) Napad 51 %

Napad 51 %, znan tudi kot napad večine, se zgodi, ko en subjekt ali skupina nadzoruje več kot 50 % zgoščevalne moči omrežja (v sistemih PoW) ali deleža (v sistemih PoS). To napadalcu omogoča manipulacijo verige blokov, potencialno razveljavitev transakcij, dvojno trošenje kovancev in preprečevanje potrditve novih transakcij.

Primer: Leta 2018 je omrežje Bitcoin Gold doživelo uspešen napad 51 %, ki je povzročil krajo kriptovalut v vrednosti več milijonov dolarjev. Napadalec je nadzoroval večino rudarske moči omrežja, kar mu je omogočilo, da je prepisal zgodovino transakcij in dvakrat porabil svoje kovance.

Ublažitev: Povečanje decentralizacije s spodbujanjem širše porazdelitve zgoščevalne moči ali deleža lahko zmanjša tveganje napada 51 %. Pri preprečevanju napadov lahko pomaga tudi uvedba mehanizmov kontrolnih točk, kjer zaupanja vredna vozlišča redno preverjajo celovitost verige blokov.

b) Napadi dolgega dosega

Napadi dolgega dosega so pomembni za verige blokov z dokazilom o deležu (Proof-of-Stake). Napadalec lahko ustvari alternativno verigo od geneznega bloka (prvega bloka v verigi blokov) s pridobitvijo starih zasebnih ključev in vlaganjem v to alternativno verigo. Če lahko napadalec ustvari daljšo in vrednejšo verigo od poštene verige, lahko prepriča omrežje, da preklopi na zlonamerno verigo.

Primer: Predstavljajte si verigo blokov PoS, kjer velik imetnik vloženih žetonov proda svoje žetone in izgubi zanimanje za vzdrževanje omrežja. Napadalec bi lahko potencialno kupil te stare žetone in jih uporabil za izgradnjo alternativne zgodovine verige blokov, s čimer bi lahko razveljavil legitimne transakcije.

Ublažitev: Tehnike, kot sta "šibka subjektivnost" in rešitve "ničesar na kocki", so zasnovane za ublažitev teh napadov. Šibka subjektivnost zahteva, da nova vozlišča, ki se pridružijo omrežju, pridobijo nedavno veljavno kontrolno točko iz zaupanja vrednih virov, kar preprečuje, da bi bila zavedena v sprejetje napadalne verige dolgega dosega. Reševanje problema "ničesar na kocki" zagotavlja, da imajo validatorji ekonomsko spodbudo za pošteno potrjevanje transakcij, tudi na konkurenčnih razcepih.

c) Sebično rudarjenje

Sebično rudarjenje je strategija, pri kateri rudarji namerno zadržujejo novo izrudarjene bloke pred javnim omrežjem. Z zasebnim hranjenjem teh blokov pridobijo prednost pred drugimi rudarji, s čimer povečajo svoje možnosti za rudarjenje naslednjega bloka in zaslužijo več nagrad. To lahko vodi do centralizacije rudarske moči in nepoštene porazdelitve nagrad.

Primer: Rudarski bazen z znatno zgoščevalno močjo se lahko odloči zadržati bloke, da bi povečal svoje možnosti za zmago pri naslednjem bloku. To jim daje rahlo prednost pred manjšimi rudarji, kar jih lahko potencialno izrine iz omrežja in dodatno koncentrira moč.

Ublažitev: Izboljšanje časov širjenja blokov in uvedba pravil za pošteno izbiro blokov lahko pomagata ublažiti sebično rudarjenje. Tudi izobraževanje rudarjev o škodljivih učinkih sebičnega rudarjenja in spodbujanje k poštenemu delovanju lahko izboljša stabilnost omrežja.

2. Kriptografske šibkosti

Verige blokov se močno zanašajo na kriptografijo za varovanje transakcij in zaščito podatkov. Vendar pa lahko napadalci izkoristijo šibkosti v kriptografskih algoritmih ali njihovi implementaciji.

a) Kolizije zgoščenih vrednosti

Zgoščevalne funkcije se uporabljajo za preslikavo podatkov poljubne velikosti v izhod fiksne velikosti. Do kolizije pride, ko dva različna vhoda proizvedeta enak zgoščeni izhod. Čeprav so kolizije zgoščenih vrednosti teoretično možne pri kateri koli zgoščevalni funkciji, je njihovo iskanje računsko neizvedljivo za močne zgoščevalne funkcije. Vendar pa lahko šibkosti v osnovnem zgoščevalnem algoritmu ali njegovi implementaciji olajšajo iskanje kolizij, kar napadalcem potencialno omogoči manipulacijo podatkov ali ustvarjanje goljufivih transakcij.

Primer: Napadalec bi lahko potencialno ustvaril dve različni transakciji z enako zgoščeno vrednostjo, kar bi mu omogočilo zamenjavo legitimne transakcije z zlonamerno. To je še posebej nevarno, če se zgoščevalna funkcija uporablja za identifikacijo transakcij ali shranjevanje občutljivih podatkov.

Ublažitev: Uporaba močnih, dobro preverjenih kriptografskih zgoščevalnih funkcij, kot sta SHA-256 ali SHA-3, je ključnega pomena. Pomembno je tudi redno posodabljanje kriptografskih knjižnic in algoritmov za odpravljanje znanih ranljivosti. Izogibanje uporabi zastarelih ali šibkih zgoščevalnih funkcij je najboljša praksa.

b) Ogroženost zasebnega ključa

Zasebni ključi se uporabljajo za podpisovanje transakcij in avtorizacijo dostopa do sredstev. Če je zasebni ključ ogrožen, ga lahko napadalec uporabi za krajo sredstev, ustvarjanje goljufivih transakcij in lažno predstavljanje zakonitega lastnika.

Primer: Ribarjenje (phishing), zlonamerna programska oprema in fizična kraja so pogosti načini, na katere so lahko ogroženi zasebni ključi. Ko napadalec pridobi dostop do zasebnega ključa, lahko vsa povezana sredstva prenese na svoj račun.

Ublažitev: Uvajanje močnih praks upravljanja ključev je bistveno. To vključuje uporabo strojnih denarnic za shranjevanje zasebnih ključev brez povezave, omogočanje večfaktorske avtentikacije in izobraževanje uporabnikov o tveganjih ribarjenja in zlonamerne programske opreme. Prav tako je ključnega pomena redno varnostno kopiranje zasebnih ključev in njihovo shranjevanje na varnem mestu.

c) Šibko generiranje naključnih števil

Kriptografski sistemi se zanašajo na močne generatorje naključnih števil (RNG) za generiranje varnih ključev in enkratnih števil (nonce), ki se uporabljajo za preprečevanje napadov s ponovitvijo. Če je RNG predvidljiv ali pristranski, lahko napadalec potencialno predvidi generirana števila in jih uporabi za ogrožanje sistema.

Primer: Če veriga blokov uporablja šibek RNG za generiranje zasebnih ključev, bi lahko napadalec te ključe potencialno predvidel in ukradel sredstva. Podobno, če se za generiranje enkratnih števil uporablja šibek RNG, bi lahko napadalec ponovil prej veljavne transakcije.

Ublažitev: Uporaba kriptografsko varnih RNG-jev, ki so bili temeljito preizkušeni in preverjeni, je bistvena. Ključnega pomena je tudi zagotovitev, da je RNG pravilno inicializiran z zadostno entropijo. Izogibanje uporabi predvidljivih ali pristranskih RNG-jev je najboljša praksa.

3. Ranljivosti pametnih pogodb

Pametne pogodbe so samodejno izvršljivi dogovori, zapisani v kodi, ki se izvajajo na verigi blokov. Avtomatizirajo izvajanje dogovorov in se lahko uporabljajo za ustvarjanje kompleksnih decentraliziranih aplikacij (dApps). Vendar pa lahko ranljivosti v pametnih pogodbah vodijo do znatnih finančnih izgub.

a) Napadi ponovnega vstopa

Do napada ponovnega vstopa pride, ko zlonamerna pogodba pokliče nazaj v ranljivo pogodbo, preden je prvotna funkcija končana. To lahko napadalcu omogoči večkratno dvigovanje sredstev iz ranljive pogodbe, preden se njeno stanje posodobi.

Primer: Zloglasni vdor v DAO leta 2016 je povzročila ranljivost ponovnega vstopa v pametni pogodbi DAO. Napadalec je to ranljivost izkoristil za odtujitev več milijonov dolarjev vrednega Etherja iz DAO.

Ublažitev: Uporaba vzorca "preverjanja-učinki-interakcije" lahko pomaga preprečiti napade ponovnega vstopa. Ta vzorec vključuje izvajanje vseh preverjanj pred kakršnimi koli spremembami stanja, nato izvedbo vseh sprememb stanja in nazadnje interakcijo z drugimi pogodbami. Uporaba knjižnic, kot je knjižnica SafeMath podjetja OpenZeppelin, lahko prav tako pomaga preprečiti aritmetične prekoračitve in podkoračitve, ki jih je mogoče izkoristiti pri napadih ponovnega vstopa.

b) Prekoračitev/podkoračitev celih števil

Do prekoračitve in podkoračitve celih števil pride, ko aritmetična operacija preseže največjo ali najmanjšo vrednost, ki jo lahko celo število predstavlja. To lahko privede do nepričakovanega obnašanja in ranljivosti v pametnih pogodbah.

Primer: Če pametna pogodba uporablja celo število za sledenje stanja na računu uporabnika, bi prekoračitev lahko napadalcu omogočila, da poveča svoje stanje preko predvidene meje. Podobno bi podkoračitev lahko napadalcu omogočila, da izprazni stanje drugega uporabnika.

Ublažitev: Uporaba varnih aritmetičnih knjižnic, kot je knjižnica SafeMath podjetja OpenZeppelin, lahko pomaga preprečiti prekoračitve in podkoračitve celih števil. Te knjižnice zagotavljajo funkcije, ki preverjajo prekoračitve in podkoračitve pred izvedbo aritmetičnih operacij in v primeru napake sprožijo izjemo.

c) Zavrnitev storitve (DoS)

Napadi za zavrnitev storitve so namenjeni temu, da pametno pogodbo naredijo nedostopno za legitimne uporabnike. To je mogoče doseči z izkoriščanjem ranljivosti v logiki pogodbe ali s preobremenitvijo pogodbe z velikim številom transakcij.

Primer: Napadalec bi lahko ustvaril pametno pogodbo, ki porabi veliko količino plina (gas), zaradi česar bi bilo drugim uporabnikom nemogoče komunicirati s pogodbo. Drug primer je pošiljanje velikega števila neveljavnih transakcij pogodbi, kar povzroči njeno preobremenitev in neodzivnost.

Ublažitev: Omejitev količine plina, ki ga lahko porabi posamezna transakcija, lahko pomaga preprečiti napade DoS. Uvajanje omejevanja hitrosti in uporaba tehnik, kot je paginacija, lahko prav tako pomagata ublažiti napade DoS. Ključnega pomena sta tudi revizija pametne pogodbe za morebitne ranljivosti in optimizacija njene kode za učinkovitost.

d) Logične napake

Logične napake so pomanjkljivosti v zasnovi ali implementaciji pametne pogodbe, ki lahko vodijo do nepričakovanega obnašanja in ranljivosti. Te napake je težko odkriti in imajo lahko znatne posledice.

Primer: Pametna pogodba ima lahko napako v svoji logiki, ki napadalcu omogoča, da zaobide varnostna preverjanja ali manipulira s stanjem pogodbe na nenameren način. Drug primer je ranljivost v mehanizmu za nadzor dostopa pogodbe, ki nepooblaščenim uporabnikom omogoča izvajanje občutljivih operacij.

Ublažitev: Temeljito testiranje in revizija pametnih pogodb sta bistvenega pomena za prepoznavanje in odpravljanje logičnih napak. Uporaba tehnik formalne verifikacije lahko prav tako pomaga zagotoviti, da se pogodba obnaša, kot je predvideno. Upoštevanje varnih praks kodiranja in uveljavljenih oblikovalskih vzorcev lahko prav tako zmanjša tveganje logičnih napak.

e) Odvisnost od časovnega žiga

Zanašanje na časovne žige blokov za kritično logiko znotraj pametnih pogodb je lahko tvegano. Rudarji imajo določen vpliv na časovni žig bloka, kar jim potencialno omogoča manipulacijo izida določenih operacij.

Primer: Pametno pogodbo za loterijo, ki izbere zmagovalca na podlagi časovnega žiga prihodnjega bloka, bi lahko manipuliral rudar, ki lahko rahlo prilagodi časovni žig v svojo korist ali v korist nekoga, s komer sodeluje.

Ublažitev: Izogibajte se uporabi časovnih žigov blokov za kritično logiko, kjer je to mogoče. Če so časovni žigi potrebni, razmislite o uporabi več časovnih žigov blokov, da zmanjšate vpliv manipulacije rudarjev. Za aplikacije, kot so loterije, je treba raziskati alternativne vire naključnosti.

4. Omrežni napadi

Verige blokov so dovzetne za različne omrežne napade, ki lahko motijo omrežje, kradejo informacije ali manipulirajo s transakcijami.

a) Sybil napad

Sybil napad se zgodi, ko napadalec ustvari veliko število lažnih identitet (vozlišč) v omrežju. Te lažne identitete se lahko uporabijo za preobremenitev legitimnih vozlišč, manipulacijo glasovalnih mehanizmov in motenje soglasja v omrežju.

Primer: Napadalec bi lahko ustvaril veliko število lažnih vozlišč in jih uporabil za nadzor večine glasovalne moči v omrežju, kar bi mu omogočilo manipulacijo stanja verige blokov.

Ublažitev: Uvajanje mehanizmov za preverjanje identitete, kot sta dokazilo o delu ali dokazilo o deležu, lahko napadalcem oteži ustvarjanje velikega števila lažnih identitet. Uporaba sistemov ugleda in zahteva, da vozlišča zagotovijo zavarovanje, lahko prav tako pomaga ublažiti Sybil napade.

b) Napadi na usmerjanje

Napadi na usmerjanje vključujejo manipulacijo omrežne infrastrukture za usmerjanje z namenom prestrezanja ali preusmerjanja prometa. To lahko napadalcem omogoči prisluškovanje komunikacijam, cenzuriranje transakcij in izvajanje drugih napadov.

Primer: Napadalec bi lahko prestregel transakcije in jih zadržal ali spremenil, preden se razširijo po preostalem omrežju. To bi mu lahko omogočilo dvojno trošenje kovancev ali cenzuriranje transakcij določenih uporabnikov.

Ublažitev: Uporaba varnih usmerjevalnih protokolov in implementacija šifriranja lahko pomagata ublažiti napade na usmerjanje. Pomembna sta tudi diverzifikacija omrežne infrastrukture za usmerjanje in spremljanje omrežnega prometa za sumljive dejavnosti.

c) Napad mrka

Napad mrka (eclipse attack) izolira vozlišče od preostalega omrežja tako, da ga obkroži z zlonamernimi vozlišči, ki jih nadzoruje napadalec. To napadalcu omogoča, da izoliranemu vozlišču posreduje lažne informacije in tako potencialno manipulira z njegovim pogledom na verigo blokov.

Primer: Napadalec bi lahko z napadom mrka prepričal vozlišče, da je goljufiva transakcija veljavna, kar bi mu omogočilo dvojno trošenje kovancev. Prav tako bi lahko vozlišču preprečil prejemanje posodobitev o legitimni verigi blokov, zaradi česar bi zaostalo in se potencialno odcepilo od glavnega omrežja.

Ublažitev: Zahteva, da se vozlišča povezujejo z raznolikim naborom sogovornikov in redno preverjanje neskladij v informacijah, ki jih prejemajo, lahko pomaga ublažiti napade mrka. Pomembna sta tudi uporaba varnih komunikacijskih kanalov in preverjanje identitete sogovornikov.

d) DDoS napadi

Porazdeljeni napadi za zavrnitev storitve (DDoS) preplavijo omrežje s prometom iz več virov, preobremenijo njegove vire in ga naredijo nedostopnega za legitimne uporabnike.

Primer: Napadalci lahko preplavijo vozlišča verige blokov z zahtevami, zaradi česar ta ne morejo obdelovati legitimnih transakcij in s tem motijo delovanje omrežja.

Ublažitev: Uvajanje omejevanja hitrosti, uporaba omrežij za dostavo vsebin (CDN) in uporaba sistemov za zaznavanje vdorov lahko pomagajo ublažiti napade DDoS. Porazdelitev omrežja na več geografskih lokacij lahko prav tako poveča njegovo odpornost na napade DDoS.

5. Težave z upravljanjem ključev

Pravilno upravljanje ključev je ključnega pomena za varovanje sistemov, ki temeljijo na tehnologiji veriženja blokov. Slabe prakse upravljanja ključev lahko vodijo do ogroženosti zasebnega ključa in znatnih finančnih izgub.

a) Izguba ključa

Če uporabnik izgubi svoj zasebni ključ, ne bo mogel dostopati do svojih sredstev. To je lahko uničujoča izguba, še posebej, če uporabnik nima varnostne kopije svojega ključa.

Primer: Uporabnik lahko izgubi svoj zasebni ključ zaradi okvare strojne opreme, napake v programski opremi ali preproste napake. Brez varnostne kopije bo trajno zaklenjen iz svojega računa.

Ublažitev: Spodbujanje uporabnikov k ustvarjanju varnostnih kopij svojih zasebnih ključev in njihovo shranjevanje na varnem mestu je bistveno. Uporaba strojnih denarnic ali denarnic z več podpisi lahko prav tako pomaga preprečiti izgubo ključa.

b) Kraja ključa

Zasebne ključe je mogoče ukrasti z napadi ribarjenja, zlonamerno programsko opremo ali fizično krajo. Ko napadalec pridobi dostop do zasebnega ključa, ga lahko uporabi za krajo sredstev in lažno predstavljanje zakonitega lastnika.

Primer: Uporabnika lahko zavedete, da vnese svoj zasebni ključ na lažno spletno stran ali prenese zlonamerno programsko opremo, ki mu ukrade ključ. Drug primer je, da napadalec fizično ukrade uporabnikovo strojno denarnico ali računalnik.

Ublažitev: Izobraževanje uporabnikov o tveganjih ribarjenja in zlonamerne programske opreme je ključnega pomena. Uporaba močnih gesel in omogočanje večfaktorske avtentikacije lahko prav tako pomagata preprečiti krajo ključa. Shranjevanje zasebnih ključev brez povezave v strojni denarnici ali varnem trezorju je najboljša praksa.

c) Šibko generiranje ključev

Uporaba šibkih ali predvidljivih metod za generiranje zasebnih ključev jih lahko naredi ranljive za napade. Če lahko napadalec ugane uporabnikov zasebni ključ, mu lahko ukrade sredstva.

Primer: Uporabnik lahko za generiranje svojega zasebnega ključa uporabi preprosto geslo ali predvidljiv vzorec. Napadalec bi nato lahko z napadi z grobo silo ali slovarskimi napadi uganil ključ in ukradel njegova sredstva.

Ublažitev: Uporaba kriptografsko varnih generatorjev naključnih števil za generiranje zasebnih ključev je bistvena. Ključno je tudi izogibanje uporabi predvidljivih vzorcev ali preprostih gesel. Uporaba strojne denarnice ali uglednega orodja za generiranje ključev lahko pomaga zagotoviti, da so zasebni ključi generirani varno.

Najboljše prakse za izboljšanje varnosti tehnologije veriženja blokov

Ublažitev ranljivosti tehnologije veriženja blokov zahteva večplasten pristop, ki zajema varne prakse kodiranja, robustno upravljanje ključev in stalno spremljanje.

• Varne prakse kodiranja: Upoštevajte smernice za varno kodiranje, uporabljajte varne knjižnice ter temeljito testirajte in revidirajte pametne pogodbe.
• Robustno upravljanje ključev: Uporabljajte strojne denarnice, denarnice z več podpisi in varne prakse shranjevanja ključev za zaščito zasebnih ključev.
• Redne varnostne revizije: Izvajajte redne varnostne revizije s strani uglednih varnostnih podjetij za prepoznavanje in odpravljanje morebitnih ranljivosti.
• Programi za nagrajevanje za odkrivanje hroščev: Uvedite programe za nagrajevanje za odkrivanje hroščev, da spodbudite varnostne raziskovalce k iskanju in poročanju o ranljivostih.
• Stalno spremljanje: Spremljajte omrežje za sumljive dejavnosti in uvedite sisteme za zaznavanje vdorov za odkrivanje in odzivanje na napade.
• Ostanite na tekočem: Bodite na tekočem z najnovejšimi varnostnimi grožnjami in ranljivostmi ter takoj namestite varnostne popravke.
• Izobražujte uporabnike: Izobražujte uporabnike o tveganjih ribarjenja in zlonamerne programske opreme ter spodbujajte varne prakse za upravljanje njihovih zasebnih ključev.
• Uvedite večfaktorsko avtentikacijo: Uporabite večfaktorsko avtentikacijo za zaščito računov pred nepooblaščenim dostopom.

Zaključek

Tehnologija veriženja blokov ponuja številne prednosti, vendar se je ključnega pomena zavedati morebitnih varnostnih ranljivosti. Z razumevanjem teh ranljivosti in izvajanjem ustreznih strategij za ublažitev lahko razvijalci, podjetja in uporabniki gradijo in vzdržujejo varne sisteme, ki temeljijo na tehnologiji veriženja blokov. Nenehno spremljanje varnostnega okolja in prilagajanje novim grožnjam sta bistvenega pomena za zagotavljanje dolgoročne varnosti in celovitosti verig blokov. Z razvojem tehnologije veriženja blokov so nenehne raziskave in razvoj na področju varnosti ključnega pomena za reševanje novih izzivov in zagotavljanje varnejše decentralizirane prihodnosti.