區塊鏈分叉帶來的安全挑戰_區塊鏈:Chain

區塊鏈分叉分為軟分叉和硬分叉。本文主要探討的是硬分叉，一種不支持向后兼容的軟件升級方式。硬分叉是共識的分裂或者改變，共識就是區塊鏈系統中各節點達成數據一致性的算法，正常情況下每個節點需要運行相同規則的算法，例如比特幣運行的是基于PoW共識，以太坊曾經也是PoW共識，最近通過“TheMerge”切換到了PoS共識算法。

分叉的原因有很多，在區塊鏈當中是一種很常見的現象，通常是短距離的分叉，這和共識算法有關，同一個高度上有時會出現相互競爭的區塊，但最終有的區塊會被放棄，只保留一個區塊。但硬分叉不同，這一種是有計劃有目的的分叉，一些節點客戶端部署了與原網絡不同的程序版本，生產出的區塊只能在分叉鏈上通過驗證，無法被原網絡接受，也不接受原網絡的區塊。例如近期熱門的EthereumPoW分叉。

Gartner副總裁：Web3是建立在區塊鏈協議上的新技術堆棧:金色財經報道，Gartner副總裁Avivah Litan討論了最近發布的Gartner 2022年區塊鏈和Web3炒作周期，Avivah Litan表示，Web3是建立在區塊鏈協議上的新技術堆棧，支持去中心化Web應用程序的開發，并使用戶能夠控制自己的身份、內容和數據。這些技術包括隱私保護協議、去中心化治理和去中心化應用平臺。這些創新最終將支持分散式網絡，該網絡將與我們每天使用的當前 Web 2.0 集成。

Web3 支持新的商業和社交模式。例如，智能合約運行的應用程序消除了控制中心化實體的中介和管理開銷。包括加密貨幣在內的代幣為 Web3 的商業模式和經濟性提供動力，并內置于區塊鏈協議中。Web3 支持新的商機，例如以 NFT 形式對創作者擁有和管理的內容進行可編程性和貨幣化。?

元宇宙將需要 Web3 啟用的許多功能。例如，元界可以受益于 Web3 的標記化，以在純虛擬環境中存儲和交換價值。Metaverse 和 Web3 不會合并為一個實體，但它們是對未來互聯網的互補愿景。[2022/8/31 12:59:02]

如果要成功分叉一條區塊鏈并不容易，并非直接復制原網絡的代碼即可，需要進行基本的修改才能保證它安全運行，為此，我們總結了幾種常見的安全問題及防護方法。

優盾錢包CMO孟春東：以太坊2.0關系到整個區塊鏈公鏈未來:官方消息，太壹科技&優盾錢包CMO孟春東將于12月1日晚7點進行《ETH 2.0蓄勢待發，你還不了解這些事兒？》的主題直播。

ETH2.0的階段0已經箭在弦上，一周內以太坊2.0存款合約質押了超過70萬枚ETH，市場對以太坊的期待更上了一層。但從技術來看，謎一樣的ETH2.0仍然是一個未來不可預測的形態，因為公鏈始終都在嘗試。對于以太坊2.0的發展前景，孟春東表示：“以太坊2.0不僅是以太坊的未來而且也是整個區塊鏈公鏈的未來，以太坊立足的根本在于它將承載無限可能的應用，它價值延申的空間有無限可能。 ”[2020/12/1 22:40:46]

網絡層

由于分叉鏈是獨立于原網絡的區塊鏈，首先需要在網絡層進行隔離：

1、種子節點

種子節點，也稱bootnode或者seednode，是區塊鏈啟動時網絡首先會嘗試進行連接的節點。分叉鏈在啟動時首先連接種子節點列表里的節點，從而進一步發現網絡中其它的對等節點，然后才能進一步同步區塊，達成共識。因而必須要修改種子節點列表，防止連接到原網絡的節點。

動態 | 中國人民銀行沈陽分行開展“區塊鏈技術”專題培訓:金色財經報道，為學習貫徹習近平總書記對區塊鏈技術應用的重要指示精神，落實中國人民銀行總行行長辦公會的工作要求，11月19日，沈陽分行科技處邀請區塊鏈專家圍繞區塊鏈的核心技術、安全防護和應用場景，通過現場加視頻會議的方式開展全省專題培訓。分行機關及全轄13個地市、90余家銀行業金融機構470余人參加了此次培訓。本次培訓從密碼安全技術、共識算法、賬戶模型、技術迭代等多個角度介紹了區塊鏈的核心技術。沈陽分行要求轄內各金融機構深入貫徹總書記的講話精神，認真落實人總行的相關工作要求，深入研究區塊鏈技術，推動區塊鏈與實體經濟的深度融合，秉持守正創新、安全可控、普惠民生、開放共贏的原則，確保遼寧轄區金融科技創新應用安全、有序、可持續發展。[2019/11/29]

2、異形攻擊

即使種子節點列表改變了，但并不代表分叉網絡不會連接到原網絡，因為雙方的P2P協議是相同的，如果有一個節點無意中添加了另外一個網絡的節點連接，那么兩個節點將成功握手，并將對方添加到節點地址池。不僅如此，雙方節點還會將自己節點里的地址分享給對方，進而造成雙邊網絡節點池互相污染。關于這個問題，慢霧此前曾單獨披露過《沖突的公鏈！來自P2P協議的異形攻擊漏洞》。

動態 | 濟南市政務服務系統已應用區塊鏈技術:據濟南市人民政府網站報道，區塊鏈技術已經應用于濟南市政務服務系統。濟南高新區智能政務系統依托“大緯鏈”，創新數據共享模式和政務服務模式，實現數字信用、數字材料、數字證照跨部門、跨領域、跨系統的可信流轉。僅在“企業開辦”一項服務平均用時就較之前壓縮了75%。[2019/10/27]

為了解決地址池互相污染的問題，需要在通信協議上做網絡識別。早期的以太坊并不支持網絡分隔，但后續的版本中在協議里加入了NetworkID做為網絡區分的標志，NetworkID通常是每個鏈的ChainID，例如以太坊主網的NetworkID和ChainID都為1，而ETHW初始版本中并未對NetworkID進行分叉，可能存在異形攻擊漏洞。

在比特幣網絡中，使用的是Magic值來標識不同的網絡，通常在chainparams里進行定義，例如比特幣主網值為F9BEB4D9，測試網值為FABFB5DA。

聲音 | 人民日報：金融機構可使用區塊鏈等技術助力精準扶貧:據人民日報消息，從現在起到2020年，脫貧攻堅已進入最為關鍵的階段。脫貧攻堅戰要實現全面勝利，仍面臨不少困難和挑戰，當此之時，金融行業應擔當有為，發揮更大作用。如銀行等金融機構運用信息技術打造一站式金融綜合服務平臺，貧困農戶可以實現快捷、安全、高效的信息獲取，大大降低交易成本；通過大數據以及人工智能等技術，金融機構能夠精準地對農戶“畫像”，可以對各種扶貧需求進行精準識別，靈活高效地配置扶貧資金資源；區塊鏈技術的使用可以大大降低風險，提升交易安全性，保證相關金融機構與農戶的合法權益。[2018/11/7]

共識層

1、交易隔離

通常與區塊鏈交互時，我們需要用自己的私鑰簽署一筆交易，隨后這筆交易被廣播到網絡，并被礦工或者出塊節點打包到區塊中。但如果區塊鏈出現分叉，這筆交易可能會被兩個網絡分別打包到不同的區塊當中，假設這是一筆原鏈上的轉賬，那么分叉鏈上也會有相同的一筆轉賬，顯然這是一個非預期行為，會造成資產損失。

這時就需要對交易進行重放保護，在早期以太坊的版本中沒有做這樣的保護，后來EIP155之后在交易結構中加入了ChainID，確保用戶簽署的交易只用于當前網絡。如果對以太坊進行分叉，那么也需要對ChainID進行重新定義，當然這并不是只修改配置里的ChainID這么簡單，因為分叉鏈需要對舊的區塊做兼容，所以需要在分叉高度之后使用新的ChainID，才能保證分叉鏈正常運行。

比特幣的交易結構中不存在ChainID，那么它是如何做重放保護的呢？比特幣使用了一種叫做UTXO的模型，簡單說它是對一筆交易進行花費，而不是對賬號進行花費，通常全新啟動的網絡不會存在相同的兩筆交易，也就不存在重放的場景。

但是在硬分叉的情況下，還是會存在交易重放的問題，例如2017年的BCH分叉以及后來的BSV分叉。BCH通過在交易數據簽名添加SIGHASH_FORKID(0x40)，使得BCH上的交易和BTC的交易不再互相兼容，從而達到重放保護的目的。

2、算力調整

在分叉前，原鏈占有全網所有的算力，那么依據PoW共識算法，它的出塊計算難度也是比較高的。分叉后，算力分散到不同的區塊鏈上，那么分叉鏈由于共識不足通常無法獲得足夠的算力去生產新的區塊，區塊的增長會陷入停滯。這時有必要降低分叉后的初始計算難度，給分叉鏈贏得一個快速調整算力的時間窗口。

3、防范51%攻擊

網絡和交易都隔離開了，區塊鏈分叉了，新區塊順利產出，一切都看似正常。然而安全問題依舊突出，它依舊存在一種更普遍、更難以防御的攻擊：51%攻擊。

挖礦是逐利的，當出現分叉幣時，哪邊的挖礦收益高礦工就會把算力切換到哪個網絡，但現實是分叉幣往往幣價低，導致整體的算力十分低。以ETHW分叉為例，我們從2miners上看到，原ETH網絡算力峰值最高超過900TH/s，而在寫稿時ETHW的算力只有30TH/s左右，大量算力消失并不是好事，它隨時可以對ETHW發起51%攻擊。

對于這種51%攻擊的防范幾乎沒有什么很好的方法，只能通過增加確認數來防范。

應用層

我們把建立在交易上的應用，如基于虛擬機的智能合約，統歸為應用層。區塊鏈在分叉時，也會對運行在區塊鏈上的應用產生巨大影響。

1、簽名重放

簽名重放與上文提到的交易重放是相同道理的，有一些合約，例如GnosisSafe，它會在合約里驗證用戶的簽名，如果簽名里沒有包含ChainID，那么這個簽名非常可能可以在兩個鏈上重放，導致資產損失。

2、預言機失效

分叉后的區塊鏈多數智能合約依舊可以正常運行，例如Token合約、AMM合約，這些自運行系統不依賴于鏈下數據就可以穩定運行，但類似MakerDAO等借貸系統，高度依賴預言機的價格數據，在失去鏈下喂價支持后，它將無法繼續運行下去。

3、價格劇變

區塊鏈分叉了，一個應用同時運行在兩個鏈上，用戶該使用哪個鏈上的應用？哪個算是“正統”的呢？這個問題又回到了共識上，通常哪個區塊鏈擁有正統的共識，那么它上面的資產就會保留原有的價值共識，而另一個區塊鏈上的資產會在瞬間失去價值。

這種價格上的劇烈變化，會導致DeFi應用徹底崩潰，借貸應用永遠無法平倉，有一些有識之士會抓住分叉的時間窗口，把“歸零”的資產通過AMM等應用兌換成主鏈代幣，從而保留了一些價值，在ETHW分叉事件中，我們觀察到了大量分叉鏈上的套利行為。

總結

至此，我們從網絡層、共識層和應用層對區塊鏈分叉的安全性進行了分析，可以看到其中存在的技術風險，對于分叉我們需要十分審慎地對待。并且，不少分叉的背后不僅僅是技術變革的需要，有的可能存在商業上的直接利益，例如發起方在分叉中直接獲取大量的分叉幣，這些都需要用戶準確認識，避免不必要的損失。

區塊鏈是一種去中心化的系統，它的升級不依賴于單一個人或組織，因此分叉在區塊鏈里難以避免，雖然給社區用戶帶來混亂，但也促進了系統向前發展以更好地服務社會。

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