“一笔交易” 的胜利

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如何应对区块的堵塞攻击?

以太坊

作者:NEST爱好者_九章天问


如果问我区块链上,有什么攻击是不可避免的,我会回答:堵塞攻击和51%攻击。51%攻击我们下次再谈,今天单论这堵塞攻击。


所谓堵塞攻击,是用交易占据区块,使其他人的交易无法打包。


有人把堵塞攻击比作区块链上的DDOS攻击:不是寻找系统漏洞,而是“合规”地占用资源,令系统停摆。二者确有相似之处,抽象出来:一是“合规”,即攻击是系统允许的;二是非漏洞,即任何系统都可能被攻击,再完美也一样;三是抢占资源,攻击者占用系统资源,其他人被动排除在外。


仔细看这些特点,似乎并不是一个纯粹的技术问题,也不是一个单纯的安全问题。堵塞攻击是一个经济学问题,或者博弈问题。现以以太坊网络为例,我们先研究堵塞攻击的最佳逻辑,其次则研究对抗堵塞攻击的思路。


以太坊


假设一个区块的gaslimit上限是1000万,最小的单笔交易是2万,则堵塞一个区块有两种方案:第一种是用大量高gasprice的小型交易区堵塞区块;第二种是用一笔高gasprice的大型交易(这里大型和小型是以gaslimit来度量的,大型交易是尽可能占满整个区块的交易,如gaslimit为1000万)来堵塞。比如gasprice都是1000(312 以太坊网络拥堵的情况下,保证迅速打包的gasprice也在1000倍以内),则两种方案计算出来的gas成本是一致的,这是从自己的立场出发计算的结果。

 

但从矿工和竞争者的角度看,二者是有差异的。


先说竞争者,即希望突破堵塞攻击的交易者。如果是小型交易,则竞争者完全可以通过一笔更高的gasprice,抢在攻击者之前打包,比如用2000的gaceprice去竞争,原则上一定排在诸多的gasprice为1000的小型交易前面;但对于一笔大型交易,由于矿工考虑最大化gas的组合,而不是最高gasprice的交易优先,则竞争者可能就被阻挡在外。这是因为,大型交易的总gas为1000万*1000,而包含小型交易的gas为2万*2000+其余交易,这里其余交易是备选的第三方交易,一般gasprice较低。在这两个交易组合里,理性的矿工会选择大型交易的组合,从而使竞争者即使出了更高的gasprice,由于其单笔交易的gas较低也会被排除在外。因此堵塞攻击从有效性来讲,高gasprice的大型交易更有优势。

 

根据当前以太坊网络的交易情况,一个1000倍gasprice的大型交易的手续费为,1000w*1000=10 ETH,以来堵塞一个区块,那么堵塞10分钟的成本在500ETH。如果外部激励足够大(外部激励即当前行为之外的奖励),堵塞1个小时也就是3000ETH,这很可能是值得的。注意到,1000倍gasprice只是基于一个统计数据的假设,并没有基于一个链上应用来分析。


以太坊


考虑一个链上应用,比如 DeFi,其经济性存在对区块的依赖,即在N个区块内,需要完成一笔交易,否则会造成X个ETH的损失。如果该应用不做任何设计的话,按照之前的假设,10*N个ETH的堵塞攻击即可造成X个ETH的损失。这里有几种情况:1.X个ETH的损失可以变成攻击者的收益,则当X>10N时,攻击便是一种完全理性的激励。2.X个ETH的损失并不能变成攻击者的收益,则此种情况和X<10N一样,便成为一种恶意行为:通过破坏该应用的有效性使得资产从该应用中流出。

 

这两种情况应当分开考虑应对方案,但不管哪种情况,核心是如何使得堵塞攻击失效:总有一笔交易能够在临界条件触发前完成,这就是我们说的“一笔交易的胜利”。


对于第一种情况,应用需要做两种设计:首先应当根据经济规模或某种异常条件提升N的大小,变成N1;其次提升完成一笔交易的激励收益:比如完成一笔交易的收益从a个ETH提升到b个ETH,其中b>a,并且b>10eth,即堵塞一个区块的成本变成bETH,总成本从10*NETH变成b*N1ETH,只要b*N1ETH>X,则攻击的外部激励失效。


以太坊


对于第二种情况应对恶意攻击的最好办法,即是安排一种停机机制,包含两种含义:其一是攻击造成的成本几何级数提升,使得攻击者无法达到目的,从而放弃攻击,比如NEST系统的beta系数设计,是目前区块链行业内第一个内置停机系统的设计,我们可以借鉴,比如让临界区块数N可以级数提升。其次,根据“一笔交易的胜利”难度自动调整应用的可执行性,当完成“一笔交易的胜利”变得非常紧迫时,可以让应用暂时不能执行,使得攻击者失去了攻击目标。这两种安排由于比较开放,需要更深入的边界条件的分类研究。

 

当然,以上分析都是假设矿工是完全理性且只考虑打包的gas收益,不考虑可能的黑名单、自愿牺牲部分利益抵制堵塞攻击等行为,通过这些人性化的安排,也可以间接实现抗攻击的目的,但我们更倾向于在应用端进行设计。

 

由于当前链上应用还在探索期,没有人认真思考过堵塞攻击的攻防,这对未来应用的发展十分不利,想想当年FOMO3D的结局,希望不要在DeFi行业发生。我们以此文提醒行业,小心堵塞攻击,在开发应用合约时,尽可能用各种巧妙的方案来争取“一笔交易的胜利”。


参考资料:NEST 预言机白皮书 https://www.nestfans.com/wiki/whitepaper

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