Кросчейн-протоколи: глибоке занурення в безпеку мостів

Екосистема блокчейну, хоч і революційна, стикається зі значною перешкодою: фрагментацією. Різні блокчейни працюють ізольовано, що ускладнює передачу активів та даних між ними. Кросчейн-протоколи, які часто називають блокчейн-мостами, мають на меті вирішити цю проблему, забезпечуючи інтероперабельність між різними блокчейнами. Однак ці мости стали головними цілями для атак, що підкреслює критичну важливість їхньої безпеки.

Що таке кросчейн-протоколи?

Кросчейн-протоколи сприяють передачі активів та даних між двома або більше окремими блокчейн-мережами. По суті, вони діють як міст, дозволяючи користувачам взаємодіяти з різними блокчейн-екосистемами без необхідності покладатися на централізовані біржі.

Ключові функції кросчейн-протоколів:

• Передача активів: Переміщення токенів або інших цифрових активів з одного блокчейну на інший. Наприклад, переміщення токенів на базі Ethereum до Binance Smart Chain.
• Передача даних: Обмін даними між блокчейнами. Це може включати передачу інформації про транзакції, стани смарт-контрактів або навіть дані оракулів.
• Інтероперабельність смарт-контрактів: Надання можливості смарт-контрактам на різних блокчейнах взаємодіяти між собою.

Типи кросчейн-мостів

Кросчейн-мости бувають різних форм, кожна з яких має свої компроміси щодо безпеки:

• Централізовані мости: Ці мости покладаються на централізовану структуру для управління передачею активів. Хоча вони часто швидші та дешевші, вони є єдиною точкою відмови та вразливі до атак і цензури. Уявіть це як традиційний банк, що здійснює міжнародні перекази; сам банк стає якорем довіри.
• Федеративні мости: Федеративні мости використовують групу валідаторів для нагляду за транзакціями. Це зменшує ризик порівняно з централізованими мостами, але все ще становить потенційний вектор атаки, якщо більшість валідаторів буде скомпрометовано.
• Атомарні свопи: Атомарні свопи дозволяють прямий обмін активами між двома блокчейнами за принципом peer-to-peer без необхідності у довіреному посереднику. Вони покладаються на криптографічну техніку під назвою Hashed Timelock Contracts (HTLC), щоб гарантувати, що обидві сторони або завершать обмін, або не завершить жодна з них.
• Реле легких клієнтів: Реле легких клієнтів передбачають запуск легких клієнтів вихідного та цільового блокчейнів один на одному. Це дозволяє мосту незалежно перевіряти дійсність кросчейн-транзакцій, не покладаючись на зовнішніх валідаторів.
• Мости типу Lock-and-Mint/Burn-and-Mint: Це один з найпоширеніших типів мостів. Коли активи передаються з одного блокчейну на інший, вони блокуються на вихідному ланцюжку, а відповідне представлення активу випускається (minted) на цільовому ланцюжку. Коли актив повертається, випущений актив спалюється, а оригінальний актив розблоковується.
• Оптимістичні мости: Ці мости припускають, що транзакції є дійсними, якщо не доведено протилежне. Зазвичай вони передбачають період оскарження, протягом якого будь-хто може надати доказ шахрайства, якщо вважає транзакцію недійсною.

Виклики безпеки кросчейн-мостів

Незважаючи на свій потенціал, кросчейн-мости становлять значні виклики для безпеки, що призвело до суттєвих фінансових втрат. Ці виклики випливають із притаманної складності поєднання різних блокчейн-екосистем та вразливостей, що виникають через цю складність.

1. Вразливості смарт-контрактів

Багато кросчейн-мостів покладаються на смарт-контракти для управління блокуванням та випуском активів. Ці смарт-контракти, як і будь-яке програмне забезпечення, схильні до помилок та вразливостей, які можуть бути використані зловмисниками. Поширені вразливості смарт-контрактів включають:

• Атаки повторного входу (Reentrancy Attacks): Зловмисник може рекурсивно викликати функцію смарт-контракту до завершення попереднього виконання, потенційно виводячи кошти з контракту.
• Цілочисельне переповнення/недостатність (Integer Overflow/Underflow): Ці вразливості виникають, коли арифметичні операції призводять до значень, що перевищують максимальне або є меншими за мінімальне представлюване значення, що призводить до непередбачуваної поведінки.
• Логічні помилки: Недоліки в дизайні або реалізації логіки смарт-контракту можуть дозволити зловмисникам маніпулювати системою та красти кошти. Наприклад, неправильна обробка випуску або спалювання токенів.
• Маніпуляція оракулами: Деякі мости покладаються на зовнішні джерела даних (оракули) для визначення стану блокчейнів, які вони з'єднують. Якщо зловмисник може маніпулювати цими оракулами, він може змусити міст обробляти шахрайські транзакції.

Приклад: Сумнозвісний злам DAO на Ethereum у 2016 році був яскравим прикладом атаки повторного входу, яка використала вразливість у смарт-контракті DAO, що призвело до крадіжки Ether на мільйони доларів. Хоча це не був суто міст, цей випадок підкреслює ризик вразливостей смарт-контрактів.

2. Відмінності в механізмах консенсусу

Різні блокчейни використовують різні механізми консенсусу, такі як Proof-of-Work (PoW) або Proof-of-Stake (PoS). Поєднання цих різних механізмів може створювати ризики для безпеки.

• Атаки подвійної витрати: Зловмисник може спробувати витратити ті самі активи двічі на різних блокчейнах, використовуючи відмінності в часі підтвердження або правилах консенсусу.
• Атаки 51%: На блокчейнах Proof-of-Work зловмисник, який контролює понад 50% хеш-потужності мережі, потенційно може маніпулювати блокчейном та скасовувати транзакції. Це може бути використано для крадіжки активів з мосту.
• Проблеми фінальності: Різні блокчейни мають різний час фінальності, що означає час, необхідний для того, щоб транзакція вважалася незворотною. Поєднання ланцюжків із значно різним часом фінальності може створювати можливості для зловмисників використати затримку.

3. Ризики управління ключами

Багато кросчейн-мостів покладаються на гаманці з мультипідписом або інші схеми управління ключами для захисту активів, що передаються. Якщо приватні ключі, що контролюють ці гаманці, скомпрометовані, зловмисники можуть вкрасти кошти, що утримуються мостом.

• Витік приватних ключів: Випадкове розкриття приватних ключів через погані практики безпеки або загрози з боку інсайдерів.
• Компрометація зберігання ключів: Зловмисники отримують доступ до приватних ключів через фішингові атаки, шкідливе програмне забезпечення або фізичну крадіжку.
• Недостатній розподіл ключів: Якщо приватні ключі не розподілені належним чином між кількома сторонами, одна скомпрометована сторона може контролювати весь міст.

Приклад: Відбулося кілька атак, під час яких були скомпрометовані приватні ключі, що використовуються для роботи блокчейн-мостів, що призвело до значних втрат. Ці інциденти часто підкреслюють важливість надійних практик управління ключами та захищених апаратних модулів безпеки (HSM).

4. Вразливості оракулів

Багато мостів використовують оракули для надання даних з реального світу або інформації про стан інших блокчейнів. Якщо ці оракули скомпрометовані або піддаються маніпуляціям, зловмисники можуть використати їх, щоб змусити міст обробляти шахрайські транзакції.

• Маніпуляція даними: Зловмисники подають неправдиві дані оракулу, змушуючи його повідомляти невірну інформацію про ціни активів, статуси транзакцій або інші відповідні дані.
• Атаки Сивілли: Зловмисник створює кілька фальшивих ідентичностей, щоб вплинути на консенсус оракула та маніпулювати його вихідними даними.
• Залежність від централізованих оракулів: Централізовані оракули є єдиною точкою відмови і можуть бути легко маніпульовані або виведені з ладу.

Приклад: Якщо міст покладається на оракул для визначення ціни активу на іншому блокчейні, зловмисник може маніпулювати оракулом, щоб повідомити неправдиву ціну, дозволяючи йому дешево купити актив на одному ланцюжку і продати його за вищою ціною на іншому.

5. Проблеми економічних стимулів

Економічні стимули операторів мостів та валідаторів також можуть впливати на безпеку системи. Якщо винагороди за чесну поведінку недостатньо високі, або якщо покарання за зловмисну поведінку недостатньо суворі, це може створювати стимули для зловмисників використовувати міст.

• Атаки з підкупом: Зловмисники підкуповують валідаторів для змови та схвалення шахрайських транзакцій.
• Недостатні вимоги до стейкінгу: Якщо сума стейка, необхідна для того, щоб стати валідатором, занадто низька, це полегшує зловмисникам отримання контролю над мостом.
• Відсутність прозорості: Відсутність прозорості в роботі мосту може ускладнити виявлення та запобігання зловмисній поведінці.

6. Регуляторна та правова невизначеність

Регуляторне та правове середовище навколо кросчейн-протоколів все ще розвивається. Ця невизначеність може створювати проблеми для операторів мостів та користувачів, а також ускладнювати забезпечення заходів безпеки.

• Відсутність чітких регуляцій: Відсутність чітких регуляцій може ускладнити операторам мостів дотримання правових вимог, а також створити можливості для незаконної діяльності.
• Юрисдикційні питання: Кросчейн-протоколи часто охоплюють кілька юрисдикцій, що може ускладнити визначення застосовних законів та способів їх виконання.
• Потенціал для відмивання грошей: Кросчейн-протоколи можуть використовуватися для сприяння відмиванню грошей та іншим незаконним діям, що може привернути увагу регуляторів.

Нещодавні злами мостів та їхні уроки

Вразливості, описані вище, проявилися в численних зламах мостів, що призвело до значних фінансових втрат для користувачів. Аналіз цих інцидентів дає цінні уроки для покращення безпеки мостів.

• Злам мосту Ronin (березень 2022): Зловмисники вкрали криптовалюти на суму понад 600 мільйонів доларів, скомпрометувавши приватні ключі валідаторів мережі Ronin, сайдчейну, що використовується для гри Axie Infinity. Це підкреслює важливість надійного управління ключами та децентралізованої валідації.
• Злам Wormhole (лютий 2022): Зловмисник використав вразливість у мості Wormhole, що з'єднує Ethereum та Solana, для випуску 120 000 токенів wrapped ETH без блокування відповідної суми на стороні Ethereum. Ця вразливість була пов'язана з неправильною перевіркою підписів зберігачів. Збитки склали понад 320 мільйонів доларів.
• Злам Poly Network (серпень 2021): Зловмисник використав вразливість у мості Poly Network для переказу криптовалюти на суму понад 600 мільйонів доларів на власні адреси. Хоча зловмисник зрештою повернув кошти, інцидент підкреслив потенціал катастрофічних втрат. Злам був пов'язаний з помилкою в логіці смарт-контракту.
• Злам мосту Nomad (серпень 2022): Вразливість у мості Nomad дозволила користувачам виводити кошти, які їм не належали, що призвело до втрати майже 200 мільйонів доларів. Проблема виникла через помилковий процес ініціалізації, який дозволяв будь-кому легко підробляти підтвердження транзакцій.

Вивчені уроки:

• Управління ключами є вирішальним: Безпечне зберігання та управління приватними ключами є першочерговим. Гаманці з мультипідписом, апаратні модулі безпеки (HSM) та надійні засоби контролю доступу є обов'язковими.
• Аудити смарт-контрактів є обов'язковими: Ретельний аудит смарт-контрактів незалежними експертами з безпеки може виявити вразливості до того, як їх буде використано.
• Децентралізація підвищує безпеку: Більш децентралізовані процеси валідації зменшують ризик єдиної точки відмови.
• Моніторинг та реагування на інциденти є життєво важливими: Впровадження надійних систем моніторингу та наявність чітко визначеного плану реагування на інциденти може допомогти швидко виявляти та пом'якшувати атаки.
• Диверсифікація ризиків є важливою: Користувачі повинні усвідомлювати ризики, пов'язані з кросчейн-мостами, та диверсифікувати свої активи між кількома мостами, щоб мінімізувати потенційні збитки.

Стратегії для підвищення безпеки мостів

Для пом'якшення ризиків, пов'язаних з кросчейн-мостами, можна впровадити кілька стратегій безпеки:

1. Формальна верифікація

Формальна верифікація передбачає використання математичних методів для доведення правильності коду смарт-контракту. Це може допомогти виявити вразливості, які можуть бути пропущені традиційними методами тестування.

2. Програми винагород за виявлення помилок (Bug Bounty)

Програми винагород за виявлення помилок стимулюють дослідників безпеки знаходити та повідомляти про вразливості в коді мосту. Це може забезпечити цінний рівень тестування безпеки поза внутрішніми аудитами.

3. Багатосторонні обчислення (MPC)

MPC дозволяє кільком сторонам спільно обчислити функцію, не розкриваючи своїх індивідуальних вхідних даних. Це можна використовувати для захисту приватних ключів, що використовуються мостом, ускладнюючи їх компрометацію зловмисниками.

4. Порогові підписи

Порогові підписи вимагають, щоб певна кількість сторін підписала транзакцію, перш ніж її можна буде виконати. Це може допомогти запобігти єдиним точкам відмови та ускладнити зловмисникам крадіжку коштів з мосту.

5. Обмеження швидкості (Rate Limiting)

Обмеження швидкості обмежує суму коштів, яку можна переказати через міст протягом певного періоду часу. Це може допомогти обмежити збитки від атаки та надати час для реагування на інцидент.

6. Автоматичні вимикачі (Circuit Breakers)

Автоматичні вимикачі — це механізми, які автоматично зупиняють роботу мосту, якщо виявлено підозрілу активність. Це може запобігти подальшим втратам і дозволити команді розслідувати проблему.

7. Покращена безпека оракулів

Підвищення безпеки оракулів є критично важливим для запобігання атакам маніпуляції оракулами. Це може включати використання кількох незалежних оракулів, впровадження перевірок валідації даних та використання криптографічних методів для перевірки цілісності даних.

8. Заходи економічної безпеки

Посилення економічної безпеки мосту може включати підвищення вимог до стейкінгу для валідаторів, впровадження штрафів за зловмисну поведінку та розробку механізмів стимулювання, що винагороджують чесну поведінку.

9. Прозорість та аудит

Сприяння прозорості та проведення регулярних аудитів безпеки може допомогти зміцнити довіру до мосту та виявити потенційні вразливості. Це включає оприлюднення коду мосту, публікацію звітів про аудит та надання чіткої документації про його роботу.

10. Регулярні оновлення безпеки

Мости повинні проходити постійні оновлення, щоб забезпечити наявність останніх патчів безпеки. Також слід проводити регулярні перевірки безпеки.

Майбутнє кросчейн-безпеки

Майбутнє кросчейн-безпеки залежить від безперервних інновацій та співпраці в блокчейн-спільноті. З'являється кілька перспективних тенденцій:

• Докази з нульовим розголошенням (Zero-Knowledge Proofs): Докази з нульовим розголошенням дозволяють одній стороні довести іншій, що твердження є істинним, не розкриваючи жодної інформації, крім дійсності самого твердження. Ця технологія може бути використана для створення більш безпечних та приватних кросчейн-переказів.
• Безпечні багатосторонні обчислення (Secure MPC): MPC дозволяє кільком сторонам спільно обчислити функцію, не розкриваючи своїх індивідуальних вхідних даних. Це може бути використано для захисту приватних ключів, що використовуються операторами мостів, роблячи їх менш вразливими до атак.
• Федеративне навчання: Федеративне навчання дозволяє кільком сторонам тренувати модель машинного навчання, не обмінюючись своїми даними. Це може бути використано для підвищення точності та надійності оракулів, що використовуються кросчейн-мостами.
• Протоколи інтероперабельності нульового рівня (Layer-0): Протоколи нульового рівня, такі як Polkadot та Cosmos, забезпечують фундаментальний шар для інтероперабельності, дозволяючи різним блокчейнам легше з'єднуватися та спілкуватися один з одним.
• Стандартизація: Розробка загальногалузевих стандартів для кросчейн-протоколів може допомогти покращити інтероперабельність та безпеку.

Висновок

Кросчейн-протоколи є важливими для реалізації повного потенціалу технології блокчейн. Вони забезпечують інтероперабельність між різними блокчейнами, дозволяючи користувачам отримувати доступ до ширшого спектра додатків та послуг. Однак ці протоколи також створюють значні проблеми з безпекою, які необхідно вирішити, щоб запобігти подальшим атакам та захистити кошти користувачів.

Впроваджуючи надійні заходи безпеки, сприяючи прозорості та розвиваючи співпрацю в блокчейн-спільноті, ми можемо створювати більш безпечні та надійні кросчейн-мости, які прокладуть шлях до більш взаємопов'язаного та децентралізованого майбутнього.

Відмова від відповідальності: Ця публікація в блозі призначена лише для інформаційних цілей і не повинна розглядатися як фінансова або інвестиційна порада. Надана інформація базується на розумінні та інтерпретації автором поточного стану кросчейн-технологій та безпеки. Завжди проводьте власне дослідження та консультуйтеся з кваліфікованим фахівцем перед прийняттям будь-яких інвестиційних рішень.