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「加倍平安」的区块链为何频仍发生事故?

原文问题:《区块链平安和传统平安有什么差异》

撰文:卫剑钒

提及传统平安,许多同伙都对照熟悉,基本而言,就是针对破绽(治理、手艺、人性)的攻击,和针对攻击的防护。

但提及区块链平安,许多人就不太领会了。有人说区块链自己是平安的,传统攻击基本怎样不了它;但也经常看到区块链里的平安事宜,似乎一点也不少。

那到底和传统平安有什么区别呢?

本文就是讲一讲这个。

1. 总体而言

区块链在设计上大量接纳密码学手艺,在营业层、通讯层、数据层均使用了加密、署名、Hash 等手艺,再加上区块链的去中央化设计,使得区块链所承载营业的保密性、完整性、可用性,到达了史无前例的高度。

但从本质上讲,区块链仍然是一个软件系统,软件可能存在的平安问题,区块链一样有。

即便区块链在底层自作掩饰,其上层运行的种种 Dapp、Web3 应用仍可能破绽百出。

这就好比,地基做得再平安,也不能保障其上的修建没有平安问题。

本文的结构:

2. 平安主要看什么?

着实,平安说来说去,就三个器械,至今没有逾越:

保密性、完整性、可用性。

这三性简称 CIA(三个英文单词的首字母缩写)。

即便有其他的说法,也都不在一个条理上,好比认证性、可控性、可审计性、防狡辩性等等,这些都是 CIA 的隶属或延伸,都是为 CIA 服务的。

若何深刻明晰 CIA?

熟悉 UNIX 的同砚会对照容易明晰一些,在 UNIX 的头脑里,一切都是文件,而文件的平安,最终落实到读、写、执行(rwx)上。用户对某个文件的接见权限,就是是否可读、是否可写、是否可执行。这大要就对应了保密性、完整性、可用性。

保密性,就是不想让别人知道的就不让别人知道。

实现的思绪无外这么几种:

  • 锁起来,不管是物理性照样手艺性的锁,实现对接见者的接见控制,被授权者才气接见。

  • 藏起来,只让授权者知道在那里,其他人不知道在那里,隐写术也可以归到此类中。

  • 加密,使用编码(code)或者密码(cipher)的方式,有密码本或者密钥才气接见。

完整性的观点不太好明晰,最简朴的明晰就是,若是没有授权,对一个器械的任何部门都不能添加、削减、更改,若是非授权地做了这些,就损坏了完整性。

此外,完整性尚有一个对照直观的寄义:一致性。也即系统数据和真实天下一致,正如完整性的英文 integrity 自己有「老实」寄义一样,数据被改动就一定损坏了一致性。

可用性相对对照好明晰,系统瘫了、慢了,数据不能用了,都是可用性出了问题。通常系统提供的服务给人「用不成」、「没法用」、「不起作用」、「欠好使」的感受,那就是可用性出问题了。

信息系统,要保障的就是这三点。

而通常用来保障 CIA 的做法,就是认证、授权、接见控制、校验、加密、检测、备份、多活等等。固然,这些事情往往没有做好,会有林林总总的破绽,一方面,发现了赶忙补上,另一方面,从源头做起,只管削减破绽的发生。

传统平安的主体差不多就是这些。

3. 传统平安的问题在那里?

若是你已经是平安圈的内行,可以跳过这一节。

平安破绽有许多种,本文不会逐一枚举,只是简朴举一些例子,让人人看看大致情形。

从最高层面上讲,破绽的配合特点是:攻击者的行为,使得软硬件的行为,超出了系统设计者的预期,发生了负面的效果。

例 1:SQL 注入

所谓 SQL 注入,就是在页面输入栏中或者在 URL 等处,黑客没有根据程序员预期的内容输入正常数据,而是在夹杂了 SQL 要害字,程序在处置输入数据时,用到了 SQL,并把输入内容作为 SQL 语句的参数。这样,SQL 语句可能就会执行黑客巧妙插入的 SQL 内容,使得黑客可以执行程序员预期外的数据库操作。

程序员应该多检查一下的,绝不能允许输入中含有这类攻击实验,但大多数程序员并没有平安知识,即便有一点,也未必能做好,黑客就尚有可能绕过。

黑客损坏了什么平安性子?黑客写入了系统预期外的数据,损坏了系统的完整性。黑客若是通过 SQL 语句还拖了库,就进一步损坏了系统的保密性。

程序什么地方没有做好?接见控制,就不应让什么数据都进来的。

例 2: 缓冲区溢露马脚

缓冲区是内存中存放数据的地方,通常都市有一个预设的巨细。在将用户输入的数据放到内存中时,若是不做好检查,就可能超出内存预先设定的空间,发生缓冲区溢出。由于程序的运行代码也在内存中,若是黑客设计得足够精巧,就可以通过溢出笼罩掉原先的代码,使盘算机最终执行了黑客的代码。

这和 SQL 注入有异曲同工之妙,黑客行使输入数据的时机,写入了可执行代码,而受害主机居然执行了它!

厥后,为了抑制此类攻击,CPU 厂商提供了 DEP(Data execution protect)功效,在内存页标志了是否可执行,操作系统若是行使这个功效,就能在很洪水平上提防此类攻击。此外,操作系统推出 ASLR 手艺,通过对堆、栈、共享库映射等线性区结构的随机化,增添攻击者展望目的地址的难度。不外,使用这两项手艺不代表攻击者就无法绕过。

黑客肆意乱写内存区,一样是损坏了系统的完整性。

程序则没有做好接见控制。

例 3:文件上传破绽

好比一个网站给了用户上传 jpg 照片的入口,由于未做检查,黑客乐成上传了 JSP 文件,然后黑客找到该上传文件的 URL,就可以执行他写好的剧本,这个剧本完全可以是一个木马。

和前面一样,由于检查不严,让黑客钻了空子,写了设计者预期外的文件,运行了设计者预期外的程序。

程序的接见控制没有做好。

例 4: 中央人挟制破绽

挟制有许多种,好比 TCP 挟制、HTTP 挟制、DNS 挟制、证书挟制、密钥协商挟制等等。

配合的特点是,A 以为自己是在和 B 交互,B 以为自己在和 A 交互,但现实上,他们都是和中央的 C 在交互。A 和 B 的所有内容都经由了 C,C 看得见 A 和 B 通讯的内容,C 还可以修改 A、B 间通讯的内容。

这至少损坏了 A 和 B 通讯的保密性,若是 C 还修改了数据,就损坏了完整性。

程序的认证没有做好。

例 5: 口令暴力破解

若是用户口令对照弱,黑客实验多次后,可能破解出口令并进入系统。

这种事,有人可能以为责任在用户,但一样平常而言,现代的应用系统都市对用户所设口令的强度举行强制要求。

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由于黑客一旦得手,系统的完整性会遭到损坏(系统接受黑客就注释一致性失效),并可能造成进一步的损坏,好比黑客进入后看到了不应看的器械,保密性被损坏。

系统的认证没有做好。

例 6: 越权破绽

在某个网站里,用户 A 和 B 都是通俗用户,按原理只能操作自己的小我私人信息,A 若是通过某种黑客手法,可以操作 B 的小我私人信息,这就是平行越权;若是 A 是通俗用户,B 是治理员,A 若是能通过某种黑客方式,执行 B 才气做的操作,这就是垂直越权。

越权破绽通常是权限校验逻辑不够严谨导致的。

程序的权限治理没有做好。

例 7: 岑岭期网站瘫掉

明星在网站官宣新闻,导致大量群众涌入围观,以至于该网站瘫掉或者响应很慢。

这是典型的系统可用性泛起问题。

系统什么没有做好?可扩展性没有做好。

例 8: 自然灾难导致系统数据丢失

2015 年,谷歌位于比利时的数据中央由于遭遇了 4 次闪电袭击,导致磁盘受损,虽然谷歌对这些磁盘举行了紧要修复,但部门数据仍然永远丢失了。谷歌稀奇强调,丢失的数据异常异常少,只占该数据中央的 0.000001%。即便云云,一些谷歌用户永远失去自己的部门小我私人数据。

这典型地损坏了数据的可用性。

系统的容灾备份没有做好。

4. 区块链解决了什么平安问题?

区块链和传统系统的最大区别就是两点:一是使用了大量的密码手艺,二是使用了去中央化的结构。

前者使得保密性和完整性大为增强,后者使得可用性大为增强。

先说一下密码手艺使用带来的利益。

在早期的 WEB 天下里,好比在 IP 协议里,在 HTTP 中,在 FTP、TELNET 中,都不太使用密码学手艺。由于那时互联网处于早期,主要目的是互联互通,而且主要在高校和科研机构之间使用,并没有太多精神和心思去思量恶意攻击。程序员在这些方面总是心思纯净的,总以为别人都是可以信托的,总以为没有人「那么无聊」。

厥后他们才发现,现实天下充满了攻击、损坏、仿冒和入侵,程序员们不得不引入种种平安手艺,密码学也被因此被引入,SSL、SSH、HTTPS、IPSec 这些新一代的网络协议纷纷泛起。

但这些多数处于传输层,主要是给传输数据加密的,并没有上升到营业层面或用户层面,最终用户并不能感受到密码学的利益。什么是用户层面的加密?举个例子:office 文档的口令加密、winrar 加密、truecrypt 通盘加密、网银中的 U 盾等等。

而区块链在设计的一最先,就内置了的加密算法,这使得:

1、区块通过 hash 链接起来,从第一个区块,直到最后一个区块,所有区块是否准确,都可以很容易地验证,这保证了所有区块数据的完整性。

2、伪造区块的 hash 并不容易,只有相符特定难度的 hash,才会被认可,伪造这样的 hash,需要支出大量的盘算,和挖矿相匹敌的算力。

3、每个用户有一个私钥,用私钥对应的公钥天生一个可以果然的地址。攻击者无法通过暴力破解的方式获得私钥。

4、由于用户系统是确立在公钥体制之上的,对用户的认证、用户的署名,对称密钥的确立(若是需要)都变得极为容易和便利。

5、区块中的每个生意,都要提供署名才气完成。攻击者没有私钥,无法署名,无法伪造生意;同时,有了署名,用户无法狡辩自己发出过的生意。

可以看到,区块链对 hash 和公钥体制的内置接纳,直接提供了密码学级其余完整性、保密性。

而密码学手艺,经由近一个世纪的生长,已经确立起相当坚实的基础,现代密码学的一些果然算法提供着全球顶尖级其余平安保障。这些算法中的佼佼者,现在没有任何国家气力可以破解(即便有一些后门传说,都还仅限于传说之中,没有明确的证据注释传说属实)。

然后看看去中央化的利益:

1、多一个节点,多一个备份。

以比特币为例,全球靠近 10000 个节点提供服务,导致比特币系统自降生以来,一直稳固地运行,任何人都未能让它停摆。由于即便有 8000 个节点同时失效,尚有 2000 个在事情。事实上,即便全网只有几个节点事情,这个网络就仍然可以运转。

2、部门叛变,仍可事情。

系统的稳健性并不确立在某个操作系统或某种数据库的平安之上,而是确立在其怪异的区块式数据结构之上,部门节点即便失陷,即便有意作恶,也不影响大局。详细能容忍若干个失陷叛变,要看详细的共识算法。

3、不依赖于某人或机构

只要你愿意,下载一份软件(代码都是开源的),你就可以加入比特币或以太坊或任何一个公链,你不用征求任何人意见,也不会由于任何人的失踪和退出而郁闷这个软件的前途,你只是凭证你的判断、你的兴趣和你的利益运行它,也就是说,没有单人、单机构可以控制它。

去中央化,大大增强了可用性。

5. 区块链无法解决什么平安问题?

从最基本的逻辑讲,区块链只是大大提升了平安性,但并不能确保没有问题。

我们已经在区块链平安经典案例「922 亿个比特币」和「The DAO 被盗」中看到:

比特币由于程序员未能注重到整数溢出的问题,闹了大笑话,说好的总量 2100 万个比特币,居然在某个生意中泛起了 1845 亿个比特币!

构建在以太坊之上的 The DAO,由于开发者对重入攻击一无所知,导致用户众筹而来的 300 多万以太币被人盗走,落得尴尬收场。

这至少告诉我们两点:

1、作为区块链自己,虽然在设计上使用了大量密码学算法,但若是设计或编码不慎,就可能会有大破绽。

2、即便区块链自己经由千锤百炼,提供了让人完全放心的平安,其上的智能合约也不能保证平安。

由于智能合约代码中的逻辑,若是和需求、设计、编码的预期不符,就会出问题。

这和传统平安没有任何差异。

此外,尚有一点异常要害:

3、区块链所使用的密码学手艺,可能自己也有破绽。

究竟,密码学也是人搞出来的。

只要是人做出来的器械,就总会有破绽。

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    2023-01-22 00:11:18 

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