區塊鏈:區塊鏈安全性的洋蔥模型：每一層都增加了額外的安全性_HASH

作者：DeribitMarketResearch

翻譯：子銘

來源：加密谷

編者注：原標題為《區塊鏈安全性的洋蔥模型》

根據經驗來看公鏈是安全的，在其大部分歷史上，它們已成功的達到其設計目的，即以沒有任何差錯的情形下處理交易。這確實是我們觀察到的事實，但要想出一個理論來解釋為什么會這樣就比較困難了。

個人一般會用他們最了解和最看重的事物來解釋他們的鐘意項目的安全性。人們認為一個公鏈是通過經濟激勵、全球分布式的Hash算力、全球性的節點或者狂熱的社區來保證其安全性。這種看法可以理解，根據工具定律，我們過度依賴那些我們已經熟悉的工具。也就是說如果你唯一的工具是一把錘子，那么你就傾向于把一切都當作釘子來對待。

我不認為以上任何一個因素可以能單獨解釋這個現象。盡管在某一特定領域有完美的防護措施，但對其實施攻擊也不是一件難事。例如，在一個所有用戶都運行一個完整的節點的網絡中，礦工仍然可以用一個備用的區塊鏈代替整個區塊鏈。因此必須是不同組合的相互作用才能維護一個免許可數字貨幣系統在相對安全的程度。

動態 | 區塊鏈行業創投活躍 供應鏈和支付成主要應用場景:中國投資有限責任公司中投研究院編制的報告顯示，區塊鏈行業處于起步階段，但其快速增長的潛力和前景已得到廣泛認同，市場對區塊鏈的認知和接受程度不斷提高。供應鏈是區塊鏈落地最快的應用場景之一。支付場景與區塊鏈的共識機制密切相關是另一種典型應用。[2018/12/4]

區塊鏈安全性的洋蔥模型

我提出的模型希望將安全性的各個元素形成一個連貫的組合。其目標是能夠更全面地看待公鏈以發現其優勢和缺陷，并允許對不同區塊鏈進行比較。

公鏈的安全性類似于洋蔥，每一層都增加了額外的安全性：

要永久地破壞一個公鏈，就必須破壞用戶對其賬本狀態的信任，以及破壞未來可靠地更新該狀態的能力。所有更上層的服務都是為了防止這種情況的發生。

聲音 | 上海大數據聯盟馬慧民：用區塊鏈技術或能解決隱私濫用的問題:上海大數據聯盟常務副秘書長馬慧民近日在接受記者采訪時指出，未來從技術手段上可以用區塊鏈來防范個人信息泄露。用區塊鏈技術或能解決隱私濫用的問題。在采集、使用數據的過程中，都會有記錄，也不能輕易篡改。同時，數據價值變現也能更加公開透明化，并有可能會解決歸屬權的問題。[2018/8/31]

攻擊要經過這些防御層的“漏斗”才能觸及核心。現在我們來逐一討論這幾層。

加密保障

最外層的防御是由密碼學來保障的。密碼學給出了最可靠的保障形式，所以我們希望它能承擔起重任，從一開始就能防止大多數攻擊。除此之外，還需要保障以下幾點：

不憑空創造數字貨幣。所有的區塊都必須有足夠的工作證量依附在上面。

不得花費他人的數字貨幣。數字簽名必須確保數字貨幣的有效擁有者才能花費。

不能追溯性地改變舊區塊的內容。哈希指針確保攻擊者必須改變建立在任何他想改變的舊區塊之后的所有區塊。

所有針對以上幾點的攻擊都會被“漏斗”的第一層所阻擋。

聲音 | CSIRO：區塊鏈技術食品供應應用仍存在技術弱點:據cointelegraph報道，英聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）認為，盡管區塊鏈在農業和食品供應部門取得了許多積極的發展和應用，但仍然存在技術上的弱點。放入區塊鏈中的信息無法改變，這增加了“有數據”被鎖在系統中的風險。同樣的缺陷還可能導致敏感的元數據受到損害。雖然區塊鏈本身可能是不可變的，但物聯網設備并不是不會受到操縱的影響。此外，由于眾所周知的區塊鏈技術能耗，如果用于執行“智能合約”，區塊鏈可能比現有的系統更昂貴。該組織還對區塊鏈是否適合此類大型信息數據庫表示關注，并強調該技術尚不能與其他現有的基于云的系統或內部系統隔離開來實施。[2018/8/22]

雖然密碼學非常強大，但它也有其他一些無法提供的保障。例如，它不能決定兩個同樣長的區塊鏈中的哪一個是“正確的”區塊鏈。它也不能強迫礦工們在特定區塊上挖礦，也不能讓他們一旦發現區塊就發布區塊，甚至不能確保它們包含特定的交易。

金色財經現場報道 IBM區塊鏈副總裁：區塊鏈適合供應鏈及供應鏈融資:金色財經現場報道，今日在Coindesk 2018共識會議上有關深層次融資的圓桌討論上，IBM區塊鏈副總裁James Wallis表示：“供應鏈和供應鏈融資存在很多挑戰，這反而是區塊鏈非常適合的地方。我認為正是這種可見性和確定性會使供應商和制造商都感到滿意。”R3聯合創始人Todd McDonald，表示“深層次融資”的定義是，供應鏈中的較小參與者如何在更大程度上與大玩家共同參與。如果項目被正確地啟動，客戶甚至不會知道是利用了區塊鏈。[2018/5/16]

共識保障

一些通過第一層的攻擊會在共識保障中被阻止。在中本聰設置的共識中，節點會不斷觀察網絡，并自動切換到最長的鏈上。礦工只有當他們的區塊最終成為那條最長的鏈的一部分時才會獲得報酬，所以他們需要與其他礦工匯合。因此，對礦工來說，他們會更傾向于在區塊鏈的頂端挖礦，因為他們的區塊在那里最有可能被其他礦工認可。

如果一個惡意礦工想在之前的區塊上挖礦，他就會和其他繼續在區塊鏈頂端挖礦的礦工進入競爭狀態。只有當他找到幾個區塊的速度比其他人的總和快，他才能追得上整條鏈且把他挖出的區塊及之后的鏈拉到最長。但根據他所占的Hash算力份額，就算是很短的分叉，他也很難成功。

迪拜道路與交通管理局將開發基于區塊鏈的車輛生命周期管理系統:迪拜道路與交通管理局（RTA）宣布將開發基于區塊鏈的車輛生命周期管理系統，該系統將首先管理汽車，隨后再擴展到其他交通工具。RTA董事會主席兼執行董事Mattar Al Tayer表示:”這個平臺將讓許多利益相關者受益，包括汽車制造商、經銷商、監管機構、保險公司、買家、賣家，甚至是車庫，可為車輛交易提供透明度和信任，防止糾紛，降低服務成本。它追蹤所有權、銷售和事故歷史，為供應鏈、物聯網、多媒體權利管理、政府身份證明和保險記錄管理創建智能、高效的系統。IBM將成為戰略制定顧問，而未來的合作伙伴包括迪拜海關，迪拜警察局，迪拜經濟發展部（DED），阿聯酋航空標準化和計量局（ESMA）等政府實體以及內政部門。[2018/2/28]

為了使攻擊可靠地發揮作用，攻擊者需要首先獲得對共識層的控制權。這意味著要控制PoW中大于50%的哈希率，或者控制了基于BFT的股權證明中大于33%的股權，或者控制了基于最長鏈的PoS中大于50%的股權。

這其中的操作難度往往被低估。例如，大型組織通常被認為是公鏈的最大威脅。然而，如果他們想在一級市場上購買必要的硬件，他們很快就會發現，中國大陸、中國臺灣和韓國的芯片代工廠的年產量是有上限的。而且他們的產能還被澳大利亞的稀土開采、亞洲和非洲的晶圓生產等進一步限制，即每年的產能是有限的。即使是對積極性很高的買家來說也是如此。以這種方式獲得必要的硬件至少需要2-3年的時間，而且在這期間不可能不會引起相關的關注。

經濟保障

我認為由于有了經濟保障，即便單一實體控制了共識層，區塊鏈也不會立即崩潰。通過設置正確的激勵機制，區塊鏈可以將現實世界的成本與錯誤行為聯系起來。主要原因來自于原生代幣，它引入了數字稀缺性并懲罰壞的行為。

這些激勵措施的大小會隨著行為者對共識層的控制程度的高低而變化。一個控制了大量Hash算力的礦工，其破壞系統的損失也會成比例地增加。因此，攻擊者會因為受到經濟上的懲罰而使他望而卻步。

不是所有的經濟激勵都是平等的。相對于網絡價值而言，區塊獎勵更大的作用是使網絡更安全，因為它迫使礦工們在挖礦中的防御性更強。這就是為什么區塊獎勵的下降會給BTC的安全帶來風險）。

當Hash運算需要專門的硬件且這些硬件并不能在其他領域利用時，礦工們在游戲中的防御性也會更強。迄今為止，所有的挖礦攻擊都發生在較小的網絡上，這不是巧合，因為這些網絡接受了一種叫做抵制ASIC的錯誤觀點，在這種情況下攻擊者是很容易占據上風的。

社會保障

之前我們說過，要永久摧毀一個公鏈就必須摧毀用戶對賬本狀態的信任，以及未來可靠地更新該狀態的能力。

這一點是非常必要的，因為區塊鏈并不是目的本身，也就是說沒有理由因為鏈的某些部分暫時失敗，就否定這條鏈。區塊鏈僅僅是一個在其參與者之間建立社會共識的自動化過程的手段，是一個維護和更新共享數據庫的工具。該數據庫的狀態對參與者來說是有價值的，當系統出現故障時，他們有強烈的動力去恢復系統。

例如，如果加密的Hash函數出現問題，社會層可以達成人為共識來替換出現問題的部分。

同樣，如果一個共識攻擊繞過了經濟保障，社會保障仍然可以將其阻擋。如果一個擁有多數Hash算力的攻擊者在完全接受了自己的經濟損失的情況下，開始通過挖空區塊對網絡進行DOS攻擊，那么礦工們可以投票決定改變PoW算法，從而移除該挖礦者的控制權。

我們可以看到，要想永遠摧毀一個區塊鏈，唯一的辦法就是要么讓用戶對賬本狀態本身失去興趣，要么就是對系統的破壞達到不可能修復的程度。

當攻擊能夠擊穿所有的層數，并最終消磨掉系統的社會核心，直到無法造成更深層次且無法治愈的傷害，那這種攻擊就相當危險了。

為了讓自我修復和人工干預都能發揮作用，每個項目的社區都需要圍繞著項目的主要屬性形成強大的社區共識。就BTC而言，這些核心屬性是交易的不可逆性、抗審查能力、不向后兼容的變化、21M代幣上限等。當社會干預變得有必要時，它們可以作為社會干預的行動藍圖，這些核心屬性圍繞著什么需要修復，什么不需要修復創造了謝林點。

一個項目的這些核心屬性是永遠都會被反復不斷協商改進的，并不是所有用戶會對所有屬性都達成一致。但是，圍繞著某個特定屬性的共識越強，就越能在困難時期堅持下去。將社會層視為任何區塊鏈的底層，我們可以認識到對于社會層攻擊是一個很大的威脅。如果惡意開發者可以在沒有監督的情況下偷偷地進行有害的代碼修改，更高的層就會變得更加脆弱。

總結

我認為洋蔥模型很有用，它可以幫我們看到區塊鏈的各層如何組合創造一個安全的整體。在某些方面，它建立在我之前關于比特幣的社交合約的文章基礎上：任何公鏈都是從核心的一組共識開始的，這是一個系統希望實現的藍圖。

這套共識必須被轉化為人際行為規則，然后我們自動執行這些規則，創造出不同類型的保障：經濟保障、共識保障和加密保障。通過對參與者的行為的約束，系統變得具有社會可擴展性，從而在低信任環境中實現合作，共同創造財富。

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