區塊鏈:一文淺析區塊鏈分叉帶來的安全挑戰_以太坊

原文作者：Johan

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。

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。

比特幣期權市場180天25%Delta偏差已達2021年11月最高水平:3月20日消息，隨著比特幣價格升至2.8萬美元區間，比特幣期權出現反轉看漲，7、30、60、90和180天的25%Delta偏差已恢復到看漲區域，相關指標值均接近5，其中7天25%Delta偏差創下自2022年2月以來最高水平，180天25%Delta偏差創下自2021年11月以來最高水平。

25%Delta期權偏差是一個普遍監測指標，高于0的25%Delta期權偏差表明看漲期權和看跌期權的需求更強，可以解釋為一個市場看漲信號。（Cryptonews）[2023/3/20 13:14:25]

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。

OpenSea CEO：NFT賽道相比整體加密領域更為健康，未來NFT也可以美元計價:12月29日消息，OpenSea首席執行官Devin Finzer在接受《金融時報》采訪時表示，雖然加密行業近期遇到了一些挫折（指 FTX 崩盤事件），但相信 NFT 仍會有光明的未來，NFT不一定會一直像今天這樣以加密貨幣計價進行買賣，雖然以加密貨幣計價在當前生態中有很多意義，但隨著 NFT 更容易獲得，用例更加廣泛，不能以美元來計價是一件沒有道理的事。

對于行業現狀，Devin Finzer表示預計加密市場將進入長期低迷，但OpenSea是在一條健康的賽道上。監管機構和官員了解 NFT 與更廣泛的加密行業之間的區別，例如加密領域非常關注金融用例，這一點非常重要。

提到NFT的價值，Devin Finzer表示 NFT 的價值應該取決于人們如何參與其中，無論是通過使用NFT參加獨家活動、玩游戲，還是在家中展示數字藝術品，未來每個人都會有越來越多的數字化財產。[2022/12/29 22:15:14]

2、異形攻擊

上海博物館首批數字藏品今日上線:金色財經報道，“海上博物”正式上線，平臺上線之際，海上博物也正式發售了首批數字藏品，分為三個系列，系列一的主題是行星Galaxy徽章，系列二是上海Meta少年，系列三是宅茲中國。海上博物“行星Galaxy徽章”數字藏品系列，是海上博物平臺發行的特別款賦能型數字藏品，每款徽章均會有不同的使用功能。[2022/8/6 12:06:38]

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》。

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。

數據：7月OpenSea以太坊鏈上NFT美元交易額或下跌25%，但用戶量和交易量均反彈:金色財經報道，根據鏈上分析平臺Dune Analytics數據顯示，7月迄今為止，以太坊NFT美元交易量價值超過4.95億美元，而6月份為6.95億美元，環比下降了29%。如果按最近日均交易趨勢繼續下去，OpenSea可能會以約5.3億美元的以太坊交易額結束本月，環比下降近24%。不過，7月份在OpenSea上NFT的用戶數量略有增加，獨立交易者數量已從6月的近393,000人小幅上升至400,000多人。此外，OpenSea 在以太坊區塊鏈上售出的NFT數量約有161萬枚，而整個6月為154萬枚。[2022/7/30 2:47:30]

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。

新加坡金融管理局官員：Web3的智能合約仍由人類設計，因此必須確保協議層被審查:7月14日消息，在今日舉行的“全球Web3生態創新峰會·新加坡”會議上，新加坡金融管理局金融科技官Sopnendu Mohanty表示：“傳統上，大部分的治理和信任是以某種方式外包給第三方的，信任是外源的。Web3的未來愿望是轉移和分散經濟機會，讓每個人都參與到經濟活動中。信任必須以分布式的方式出現。然而我們的大腦不是為此設計的，所以從監管和政策制定的角度來看，它將變得更加復雜。雖然Web3談到了智能合約，但它仍然是由人類設計和編寫的，因此，必須有一些機制來確保這些協議層被審查。”

Sopnendu Mohanty補充道：“Web1和Web2雖然提供了顯著的技術，但它并沒有解決好分配問題。Web3將解決財富分配問題。”（DeFi之道）[2022/7/14 2:12:33]

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那個網絡，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。

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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