区块链安全入门笔记：多签、双花攻击、软分叉、硬分叉

虽然有着越来越多的人参与到区块链的行业之中，然而由于很多人之前并没有接触过区块链，也没有相关的安全知识，安全意识薄弱，这就很容易让攻击者们有空可钻。面对区块链的众多安全问题，慢雾特推出区块链安全入门笔记系列，向大家介绍十篇区块链安全相关名词，让新手们更快适应区块链危机四伏的安全攻防世界。

多签 Multi-sig

多签(Multi-sig)指的是需要多个签名才能执行的操作(这些签名是不同私钥生成的)。这可用于提供更高的安全性，即使丢失单个私钥的话也不会让攻击者取得帐户的权限，多个值得信赖的各方必须同时批准更新，否则无效。

我们都知道，一般来说一个比特币地址对应一个私钥，动用这个地址中的资金需要私钥的持有者发起签名才行。而多重签名技术，简单来说，就是动用一笔资金时需要多个私钥签名才有效。多签的一个优势就是可以多方对一笔付款一起达成共识，才能支付成功。

双花攻击  Double Spend Attack

双花攻击(Double Spend Attack)即一笔钱花了两次，双重支付，利用货币的数字特性两次或多次使用“同一笔钱”完成支付。双花不会产生新的 Token，但能把自己花出去的钱重新拿回来。简单说就是，攻击者将一笔 Token 转到另外一个地址，通常是转到交易所进行套现，然后再利用一些攻击手法对转账交易进行回滚。目前有常见的几种手法能够引发双花攻击：

1. Race Attack

这种攻击主要通过控制矿工费来实现双花。攻击者同时向网络中发送两笔交易，一笔交易发给自己(为了提高攻击成功的概率，他给这笔交易增加了足够的矿工费)，一笔交易发给商家。由于发送给自己的交易中含有较高的手续费，会被矿工优先打包进区块的概率比较高。这时候这笔交易就会先于发给商家的那笔交易，那么发给商家的交易就会被回滚。对于攻击者来说，通过控制矿工费，就实现了同一笔 Token 的“双花”。
 
2. Finney Attack

攻击者主要通过控制区块的广播时间来实现双花，攻击对象针对的是接受 0 确认的商家。假设攻击者挖到区块，该区块中包含着一个交易，即 A 向 B 转了一定数量的 Token，其中 A 和 B 都是攻击者的地址。但是攻击者并不广播这个区块，而是立即找到一个愿意接受 0 确认交易的商家向他购买一个物品，向商家发一笔交易，用 A 向商家的地址 C 支付，发给商家的交易广播出去后，攻击者再把自己之前挖到的区块广播出去，由于发给自己的交易先于发给商家的交易，对于攻击者来说，通过控制区块的广播时间，就实现了同一笔 Token 的“双花”。
 
3. Vector76 attack

Vector76 Attack 又称“一次确认攻击”，也就是交易确认一次后仍然可以回滚，是 Finney Attack 和 Race Attack 的组合。

攻击者创建两个节点，节点 A 连接到商家节点，节点 B 连接到区块链网络中的其他节点。接着，攻击者用同一笔 Token 发起两笔交易，一笔交易发送给商家地址，我们称为交易 1；一笔交易发送给自己的钱包地址，我们称为交易 2。与上面说的 Race Attack 一样，攻击者对交易 2 添加了较高的矿工费从而提高了矿工的打包概率，此时，攻击者并没有把这两笔交易广播到网络中去。
 
接着，攻击者开始在交易 1 所在的分支上进行挖矿，这条分支我们命名为分支 1。攻击者挖到区块后，并没有广播出去，而是同时做了两件事：在节点 A 上发送交易 1，在节点 B 上发送交易 2。
 
由于节点 A 只连接了商家节点，所以当商家节点想把交易 1 传给其它对等节点时，连接了更多节点的节点 B，已经把交易 2 广播给了网络中的大部分节点。于是，从概率上来讲，交易 2 就更有可能被网络认定为是有效的，交易 1 被认定为无效。
 
交易 2 被认为有效后，攻击者立即把自己之前在分支 1 上挖到的区块，广播到网络中。这时候，这个接受一次确认就支付的商家，会确认交易成功，然后攻击者就可以立即变现并转移资产。
 
同时，由于分支 2 连接的更多节点，所以矿工在这个分支上挖出了另一个区块，也就是分支 2 的链长大于分支 1 的链长。于是，分支 1 上的交易就会回滚，商家之前支付给攻击者的交易信息就会被清除，但是攻击者早已经取款，实现了双花。

4. 51% attack

攻击者占有超过全网 50% 的算力，在攻击者控制算力的这段时间，他可以创造一条高度大于原来链的新链。那么旧链中的交易会被回滚，攻击者可以使用同一笔 Token 发送一笔新的交易到新链上。

目前已知公链安全事件的攻击手法多为 51% 攻击，截止发稿日由于攻击者掌握大量算力发起 51% 攻击所造成的损失共 19,820,000 美金。2019 年 1 月 6 日，慢雾区预警了 ETC 网络的 51% 算力攻击的可能性，据 Coinbase 博客报道该攻击者总共发起了 15 次攻击，其中 12 次包含双花，共计被盗 219,500 ETC(按当时市价约为 110 万美元)，攻击者经过精心准备，通过租借大量算力向 ETC 发动了 51% 攻击，累计收益超 10 倍，Gate.io、Yobit、Bitrue 等交易所均受到影响。所幸在整个 ETC 生态社区的努力下，一周后攻击者归还了攻击所得收益，幸而没有造成进一步的损失。

软分叉 Soft-fork

软分叉(Soft-fork)更多情况下是一种协议升级，当新共识规则发布后，没有升级的旧节点并不会意识到代码已经发生改变，而继续生产不合法的区块，就会产生临时性分叉，但新节点可以兼容旧节点，即新旧节点始终在同一条链上工作。

硬分叉 Hard-fork

硬分叉(Hard-fork)是区块链发生永久性分歧，在新共识规则发布后，已经升级的节点无法验证未升级节点产生的区块，未升级节点也无法验证已经升级的节点产生的区块，即新旧节点互不兼容，通常硬分叉就会发生，原有正常的一条链被分成了两条链（已升级的一条链和未升级的一条链，且这两条链互不兼容）。
 
历史上比较著名的硬分叉事件是 The DAO 事件，作为以太坊上的一个著名项目，由于智能合约的漏洞造成资金被黑客转移，黑客盗取了当时价值约 6000 万美元的 ETH，让这个项目蒙受了巨大的损失。为了弥补这个损失，2016 年 7 月，以太坊团队修改了以太坊合约代码实行硬分叉，在第 1920000 个区块强行把 The DAO 及其子 DAO 的所有资金全部转到一个特定的退款合约地址，进而“夺回”了黑客所控制 DAO 合约上的币。但这个修改被一部分矿工所拒绝，因而形成了两条链，一条为原链(以太坊经典，ETC)，一条为新的分叉链(ETH)，他们各自代表了不同社区的共识和价值观。

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