针对Layer 2协议审查攻击的研究，Vitalik称同步99%容错共识或是解决方案

译者前言：近日，区块链研究者Ryuya Nakamura等人提出了一种针对Layer2 协议的审查攻击策略，他们认为，这种攻击很难被识别，即使用户通过软分叉去做恢复，也无法在不惩罚诚实验证者的情况下去惩罚攻击者。

而来自以太坊研究社区的其他研究者则提出，实施这种攻击的理论成本是非常高的，因此要实施它并不现实，对此，以太坊创始人Vitalik也发表了他的看法。

（图片来自：pexels.com）

以下是该攻击策略的具体内容及研究者们的讨论：

Ryuya Nakamura：我们提出了一种审查特定交易的攻击策略（例如Layer2 协议中的欺诈证明），而想要识别出攻击者会是很困难的。

即使用户可通过社区协调的软/硬分叉从攻击中恢复，我们也无法在不惩罚诚实验证者的情况下去惩罚攻击者。

背景

基于欺诈证明的Layer2协议（如Plasma、Optimistic Rollup以及状态通道）的安全性，取决于以下假设：如果运营者/参与者claim无效链外状态，则可以在预定义的时间段内向链提交欺诈证明并将其包含在链中（脚注1）。最近，@gluk64提出了这些协议的安全性，然后在 Twitter和 ethresear.ch上进行了讨论。

粗略地讲，攻击者可通过在这样的Layer2 结构中，使用51%攻击来审查欺诈证明，以此实现获利，使整个系统（包括Layer1）不兼容激励，特别是因为协议内的奖励补偿了攻击者运行验证器的成本（脚注2）

主要对策是：

1、我们可通过“反DoS攻击”来增加此类审查攻击的成本。（参见@adlerjohn的评论）

TL;DR: 在以太坊的智能合约模型中，如果不实际执行交易，就不知道在执行交易时调用了哪些合约，因此可以通过向攻击者发送一堆交易来对审查进行DoS攻击； 2、我们可以通过软分叉从攻击中实施恢复，也可以“消灭”攻击者在PoS链中的权益。（参见@vbuterin的评论）

而在这篇文章中，我们描述了一种新的审查攻击策略，而以上这些策略都无法解决这种攻击，此策略适用于除Layer2协议中欺诈证明之外的任何交易。

攻击的描述

我们假设一个PoS系统，比方说以太坊2.0 信标链（脚注3），其中区块提议者创建一个区块，验证者委员会在每个slot周期（6秒）为一个区块投票，这些投票也被解释为Casper FFG投票以确定区块。我们期望类似的策略也适用于其他共识协议或PoW系统。

攻击者的能力

在这篇文章中，我们假设一个攻击者控制了大多数的权益（例如55%）。因为这样的攻击者控制了超过1/3的投票，所以Casper FFG无法完成攻击者所不喜欢的区块。

攻击者的策略

1、如果主链并不包含欺诈证明，攻击者将投票给主链。

2、如果主链中包含欺诈证明，攻击者将创建冲突链并为其投票，以分叉欺诈证明。

2.1 攻击者少数的验证器会投票给包含欺诈证明的链。（这些其实是“伪装投票”（alibi votes），其使得攻击者的验证器行为类似于诚实的验证器，另外，这种“伪装投票”数必须是足够少的（比如slot投票数的5%），这样区块在分叉选择中就无法获胜）

攻击者在创建区块时以一定的概率选择以下任一项。

3、创建一个没有欺诈证明的区块，其充满了攻击者自己制造的交易（例如，在攻击者控制的帐户之间传输token的交易）（脚注4）；

4、创建一个包含欺诈证明和自制交易的区块。

4、1 攻击者在下一个区块被发布后，紧接着就发布此区块，以便大多数诚实的验证者不会投票给该区块； 4、2 攻击者为该区块发布“伪装”投票（例如slot投票的40%）；

此外，攻击者还有一个策略，它可以鼓励诚实的验证者在没有欺诈证明的情况下创建区块。

5、 攻击者经常以高昂的费用广播其自制交易；

为什么说攻击者是安全的

抵抗“反DoS攻击”

当攻击者创建一个区块时，他并不包含其他人创建的任何交易。因此，攻击者只验证诚实验证者区块中包含的交易（要求是全节点），因此，攻击者并不会遭受上述的DoS攻击。

攻击的不可检测性

在上面提到的策略中，攻击者不会生成含糊其辞或无效的消息。 攻击者和诚实验证者之间的区别，仅仅在于它们如何创建、发布和投票给包含欺诈证明的区块。为了减少创建具有欺诈证明的区块的投票率差异，攻击者增加了“伪装投票”（策略2.1和4.2），并减少诚实验证者对攻击者制造的欺诈证明进行的投票（策略4.1）。

除此之外，策略2和4.1利用了分布式系统的特性，即活跃性（liveness）故障不能从根本上与网络故障区分开来。此外，还会有各种的网络层攻击，通过这些攻击，攻击者可以延迟诚实验证者的区块和投票，使得诚实验证者看起来和攻击者相似。

因此，尽管我们必须改进策略（例如，通过参数化攻击者的stake、网络条件）以使这些论点更为正式，但我们推测，在不进行错误指控的情况下，很难去识别出攻击者的验证器。

用软分叉、硬分叉惩罚攻击者

如果用户们协调一次软分叉从审查交易中恢复，攻击者可以很快加入新链，以避免被检测到或遭受对liveness（活跃性）失败的任何惩罚。因为用户很难确定攻击者到底是谁，所以我们能做的就是用类似于“惩罚双方”的理念，在惩罚诚实验证者的同时，去惩罚所有可疑的验证者。

抵押

而确保只有攻击者一方受到惩罚的一种方法，是强迫任何人去存款成为Plasma/Opistic Rollup的运营者或参与通道，并通过欺诈证明罚没抵押品。

如果我们假设社区协调的软分叉很可能成功，并且抵押品是足够多的，那么这样的Layer2协议可能实现激励相容性，同时权衡更高的进入壁垒。如果我们想避免因诚实的错误而对欺诈行为进行过多的惩罚，在这种情况下，欺诈证明可顺利提交而不会遭到审查，我们可以限制惩罚的默认金额，在遭到审查攻击的情况下，我们可以用硬分叉对攻击者进行大量惩罚。

脚注

1. OTOH，分片中的无效状态根的欺诈证明使链无效而不包含在链中。这篇文章提出了一个聪明的技巧；
2. 请注意，攻击者不仅可以从单个 Layer2构造中获益，其还可以同时从多个Layer2构造中获益。这就是为什么对非链上（off-chain）资产价值设定上限并不能解决这个问题；
3. 在以太坊2.0中，Layer2系统将部署在分片链上，而不是在信标链上，因此最佳攻击策略可能会有所不同。我们把它留给以后讨论；
4. 此类自制交易的费用将归攻击者所有；

 

以太坊研究社区的讨论

 

对于nrryuya提出的攻击策略，ConsenSys区块链研究员、optimistic rollup创建者John Adler回复称：

“首先，这种攻击的代价并非是零。

通过估算，要实施这样的协议攻击，攻击者需要掌握大约300万 ETH，或大约4.5亿美元。

其次（更重要的是），你的投票策略是错误的，创建区块并不是投票策略的一部分，而是区块创建策略的一部分。每个slot的领导者（区块提议者）是已知的，至少在ETH2.0的Casper中它是已知的。一个 slot内不可能有多个区块提议者，因此，攻击者的区块将被轻易丢弃掉。

”

随后，Matter Labs合伙人Alex Gluchowski（gluk64）回复称：

“是的，这种策略可能行不通，因为欺诈证明gas价格可能被定得高得难以置信。然而，在不补贴欺诈证明区块的情况下，这种攻击会是可行的，这才是最重要的。攻击者需要的只是“伪装”。

进行伪装的能力，是这项研究最重要的成果。

矿工们既自私又主动，一旦他们意识到有欺诈证明的区块总是被拒绝，很多人自然会引入审查政策以避免损失。尤其是如果这种行为是a）不可察觉（有伪装）和b）通过swag futures行贿激励。

”

很快，这一讨论也引起了以太坊创始人Vitalik Buterin的关注，其回复道：

“我知道@vladzamfir正在研究一个主观‘CBC审查检测’系统，其提出了一个同步性假设（所有审查检测显然都必须依赖于同步性，因为审查与足够高的延迟是无法区分的），这允许验证器检测谁在进行审查，并形成集群，其中如果多数人在进行审查，少数人可以找到对方并建立在对方的区块上。我想知道它是否最终类似于 https://vitalik.ca/general/2018/08/07/99_fault_tolerance.html；有可能类似于Lamport的同步99%容错共识的技术，最终会成为自动拒绝审查链的强制性解决方案。”

更多讨论内容，读者可访问原贴：https://ethresear.ch/t/undetectable-censorship-attack-on-fraud-proof-based-layer2-protocols/6492