Chain:區塊鏈分叉帶來的安全挑戰_HAI

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。

齊魯壹點區塊鏈系統正式上線:5月6日，齊魯壹點區塊鏈系統正式上線，在山東省內首批實現了傳媒+區塊鏈的技術應用。通過齊魯壹點平臺發布的原創內容，將在第一時間上鏈，在互聯網中被認證、確權，更好地保護原創者權益。

在區塊鏈系統背后，是齊魯壹點內容庫的大數據支持。目前壹點內容庫已收錄了1500余萬條數據信息，包括圖、文、音、視頻等多媒體形式；同時內容庫具有自主學習能力，隨著數據庫的不斷擴大，學習能力不斷增強，將為使用者提供更為精準便捷的檢索體驗。（齊魯壹點）[2020/5/6]

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。

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 | “博雅醫鏈”戰“疫”醫療物資捐贈存證公益平臺運用區塊鏈提高信息透明度與公信力:日前，中國互聯網金融協會指導發起，北京大學信息科學技術學院區塊鏈研究中心、博雅正鏈（北京）科技有限公司開發建設了“博雅醫鏈”戰“疫”醫療物資捐贈存證公益平臺，旨在運用區塊鏈技術的分布式、防篡改、可溯源等特性來提高捐贈信息的透明度與公信力，為捐贈與受贈方免費提供物資確認、可信存證、信息查詢等在線服務，為社會各界提供公開透明、可追溯、可反饋的監督途徑，從而更好地凝聚社會信任與力量共同抗擊疫情。（金融時報）[2020/2/28]

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》。

聲音 | 火幣中國范進：2020年將是區塊鏈行業從1到10大力發展的一年:11月29日，火幣中國受邀在北京參加了由路孚特主辦的“洞見2020 | ReFinTech金融科技峰會”。據悉，受邀嘉賓還包括中國互金協會區塊鏈研究組組長、中國銀行原行長李禮輝、中國外匯交易中心技術開發總經理朱榮、阿里云智能產品總監劉剛等資深業內人士。火幣中國總裁助理、清華X-lab特聘導師范進圍繞大會主題“引領科技變革，洞見金融未來”，與參會嘉賓展開了深入探討與業務合作交流。范進表示，2020年將是區塊鏈行業從1到10大力發展的一年，火幣中國將抓住這一重要發展期，將多年的行業經驗和解決方案與各行業相結合，致力于打造價值創造的行業應用和標桿型落地案例。[2019/11/29]

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。

聲音 | 黃奇帆：區塊鏈技術就像更先進的“基因改造技術”:10月28日，在由中國金融四十人論壇等機構共同推出的首屆外灘金融峰會上，中國國際經濟交流中心副理事長黃奇帆表示，目前全球已有24個國家政府投入并建設分布式記賬系統，超過90個跨國企業加入到不同的區塊鏈聯盟中。歐盟、日本、俄羅斯等國正在研究建設類似SWIFT的國際加密貨幣支付網絡來取代SWIFT，越來越多的金融機構和區塊鏈平臺正在通過區塊鏈試水跨境支付。（證券時報）[2019/10/28]

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。

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。

聲音 | 安鑫鑫：中國十分重視區塊鏈賦能實體經濟:金色財經現場報道，28日，在日本東京舉行的“TEAMZ BLOCKCHAIN SUMMIT”峰會上，以“中國投資家對國際投資市場的見解”為題的圓桌會議上，金色財經合伙人安鑫鑫表示，2018年1月中國媒體產業爆發，產生了大量媒體推動行業浪潮。由于中國傳統行業紛紛轉型區塊鏈，區塊鏈的發展離不開人才，中國對人才非常重視，因此會非常需要這樣的人才。中國十分重視區塊鏈賦能實體經濟，因此區塊鏈如何賦能實體經濟，如何給人民創造價值，將會是一個值得研究的課題。[2018/9/28]

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。

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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