在智能合約系統(tǒng)的設(shè)計中，一種常見的模式是要求客戶端在某個時間節(jié)點前采取某些行為；如果客戶端超過這個時間點（如，某個區(qū)塊高度）沒有響應(yīng)，則智能合約會采取一些替代行動，而且通常來說是對逾時的客戶端不利的行動。本文中，我的關(guān)注點是交互式 rollup 協(xié)議會用到的類似模式 —— 由某一方提出 “斷言（assertion）”，其他人如果覺得斷言有問題，可以在 “挑戰(zhàn)窗口期” 內(nèi)提出挑戰(zhàn)；如果挑戰(zhàn)期內(nèi)沒有人提出任何挑戰(zhàn)，則這個斷言就會被視為有效的。

這種設(shè)計模式在實踐中會遇到的問題是審查攻擊（censorship attack）—— 攻擊者阻撓其他人在時間窗口內(nèi)提出挑戰(zhàn)。在交互式 rollup 協(xié)議中，攻擊者可能會提出虛假的 “斷言”，同時阻止其他人在窗口期發(fā)起挑戰(zhàn)，最終導(dǎo)致虛假的斷言反倒成為合法的。

我們也假設(shè)，攻擊者必須先投入一筆資金，一旦攻擊失敗，它會失去這筆錢；這樣一來，我們不需要讓系統(tǒng)被成功攻擊概率為零，而只要確保攻擊成功概率足夠小，就不會有人愿意去嘗試攻擊整個系統(tǒng)。

下文，我會總結(jié)有關(guān)審查攻擊的知識，以及如何對抗審查攻擊，最后給出我對這種風(fēng)險的看法。

審查攻擊的類型

審查攻擊主要有四種：

分叉：礦工串通（或被賄賂）棄置包含正常挑戰(zhàn)的區(qū)塊，并通過分叉，使另一條沒有包含任何挑戰(zhàn)的區(qū)塊鏈被接受。

閃躲：礦工密謀（或被賄賂）在出塊時不打包正常的挑戰(zhàn)。

干擾：攻擊者通過傳統(tǒng)的拒絕服務(wù)攻擊（DoS），使得其他人無法提出挑戰(zhàn)（無法發(fā)出包含挑戰(zhàn)的交易）。

速攻：攻擊者在很短的時間內(nèi)提出大量的鏈上斷言，讓其他人來不及在時間窗口內(nèi)對所有斷言進(jìn)行檢查和挑戰(zhàn)。

我們一個一個分別討論。

分叉攻擊

分叉攻擊是指在工作量證明（PoW）區(qū)塊鏈上，攻擊者獲得大多數(shù)挖礦算力，并根據(jù)需求使用這些算力來孤立包含挑戰(zhàn)的區(qū)塊。

因為這類攻擊要求攻擊者控制絕大部分算力，所以很難發(fā)起——如果攻擊者能夠輕易獲得大部分算力，表示這條區(qū)塊鏈本身就有很大的問題。或者換個角度想，一個能夠控制絕大部分挖礦算力的卡特爾，一方面會導(dǎo)致大家不信任他們所在的區(qū)塊鏈，另一方面，可能也會有比審查攻擊能更快從系統(tǒng)中榨出油水來的辦法。

你可能會說，慢著！算力壟斷者可能并不會高調(diào)地聲張，只是偷偷摸摸地搞審查；如果攻擊者有能力這么做，他們可能會在避免整個區(qū)塊鏈信譽(yù)受損的前提下，通過分叉進(jìn)行審查攻擊。

這里引出第一個問題：審查攻擊對于旁觀者來說，是否易于察覺？為了證明分叉攻擊是顯而易見的，我模擬了分叉。假設(shè)攻擊者控制了 60% 的算力，在前三十個區(qū)塊中，出現(xiàn)三條分叉鏈，長度分別是 1、6、5；這和一般的區(qū)塊鏈完全不同。我又做了一次模擬，這次攻擊者控制 55% 的算力，這時候一個較早期的分叉可長達(dá) 48 個塊。根據(jù)簡單的數(shù)學(xué)模型預(yù)測，當(dāng)壟斷了 60% 的算力，則每 2.5 塊會發(fā)生一次分叉，分叉導(dǎo)致的孤鏈平均長度為 5 ；當(dāng)壟斷了 55% 的算力，則每 2.2 塊會發(fā)生一次分叉，分叉導(dǎo)致的孤鏈平均長度為 10。

可以看到，隨著壟斷的算力下降，分叉發(fā)生的頻率及孤鏈長度反而增加了；但無論分叉長短，它們的共同之處是（首塊共性）：在孤立分支上的首個區(qū)塊一定包含有效挑戰(zhàn)，而最終成為主鏈的分支則絕對不會包含這個挑戰(zhàn) —— 提出該挑戰(zhàn)的人一定會發(fā)現(xiàn)這點?。ü粽呖赡軙噲D在更遠(yuǎn)處進(jìn)行分叉來避免首塊共性，但這會導(dǎo)致分支過長，而最終孤立的分支仍包含該挑戰(zhàn)。）所以審查攻擊一旦發(fā)生，就一定會被人發(fā)現(xiàn)。

我不知道你會怎么想，但如果我發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈中存在算力壟斷現(xiàn)象，而且壟斷者會時不時使用算力干擾應(yīng)用層協(xié)議，我會感到非常擔(dān)憂。如果其他人也有這種疑慮，整個區(qū)塊鏈將不再被用戶所信任——任何 51% 算力攻擊皆會導(dǎo)致這個結(jié)果。

換言之，這種攻擊的問題并不是有人會審查你的應(yīng)用層的交易，而是你所處的區(qū)塊鏈存在算力壟斷者，它可以為了利益不受約束地破壞規(guī)則。對于任何區(qū)塊鏈應(yīng)用來說，不論 TA 是否采用窗口期設(shè)計模式，只要出現(xiàn)了這種算力壟斷，就是毀滅性的打擊。

如果你所在的區(qū)塊鏈可能出現(xiàn)分叉攻擊，你應(yīng)考慮轉(zhuǎn)移到其他區(qū)塊鏈。

閃躲攻擊

如果算力壟斷者不采用容易被發(fā)現(xiàn)的分叉攻擊，還有別的詭計嗎？有的，就是閃躲攻擊。惡意礦工只要在出塊時，拒絕打包包含挑戰(zhàn)的交易就行了；只要確保挑戰(zhàn)窗口期內(nèi)所產(chǎn)的區(qū)塊，都由惡意礦工產(chǎn)出，攻擊就能成功。

閃躲攻擊成功的可能性有多大？可以這么解釋：當(dāng)壟斷者控制的算力比例為?f?，挑戰(zhàn)窗口期為?n?個區(qū)塊，則攻擊成功率為?f?n?。舉例來說，壟斷者控制了 90% 的算力，挑戰(zhàn)窗口期為 50 個區(qū)塊，則攻擊成功率為 0.5 %（如果控制了 95% 的算力，攻擊成功率還要維持在 0.5 %，則窗口期要增加為 100 個區(qū)塊）。如果攻擊者要為攻擊失敗支付大量罰金 —— 就像 rolluo 協(xié)議所設(shè)計的那樣 —— 他們就不會肆無忌憚地攻擊；而且如果罰沒的錢能返給受害者，大家還會喜聞樂見這些未遂的攻擊。

所以應(yīng)對閃躲攻擊的辦法是確保挑戰(zhàn)窗口期足夠長，使得攻擊成功概率低至用戶能接受的范圍；假設(shè)你能接受的攻擊成功率為?r?，攻擊者至多能控制?f?的算力，則安全的挑戰(zhàn)窗口期為?log(r)/log(f)?個區(qū)塊。

這個建議在現(xiàn)實中也是合理的；假設(shè)攻擊者能夠壟斷 99% 的算力，要保證攻擊成功率低至 0.1%，則挑戰(zhàn)窗口期至少要等于 log(0.001)/log(0.99) = 687 個區(qū)塊，對于以太坊來說只需要不到三小時。

干擾攻擊

在干擾攻擊情況下，攻擊者通過“傳統(tǒng)的拒絕服務(wù)攻擊”，來阻止其他人發(fā)出挑戰(zhàn)；也就是“以 DoS 進(jìn)行審查攻擊”。

干擾攻擊的問題是，攻擊者必須阻止 “所有” 可能提交挑戰(zhàn)的參與方，如果這些參與方足夠多，則干擾攻擊就很難成功。

對于攻擊者來說還有個壞消息是，其他利益相關(guān)方可能會暗中雇用監(jiān)視者 —— 一個暗中觀察協(xié)議運行的中間方，在參與者來不及或難以發(fā)出挑戰(zhàn)時介入，對無效的斷言發(fā)起挑戰(zhàn)。攻擊者沒辦法辨別這些潛伏的監(jiān)視者，也就沒辦法對他們發(fā)起 DoS 。

綜上，對于攻擊者來說，干擾攻擊似乎不是個好選擇。

速攻

速攻指的是，攻擊者發(fā)布大量的斷言，使得其他人來不及在挑戰(zhàn)窗口期內(nèi)檢查所有斷言。

任何的 rollup 協(xié)議都需要有防御速攻的機(jī)制，其中一種方法是對提出斷言的頻率進(jìn)行限制，保證協(xié)議在設(shè)定的挑戰(zhàn)窗口期內(nèi)的任何時間點，全網(wǎng)都有足夠的能力去檢查待處理的斷言或挑戰(zhàn)。

這類機(jī)制會在一條rollup區(qū)塊鏈上，針對智能合約的處理能力實施一種 “速限手段” ——即使存在某個能快速提出大量斷言的人，他最終也不得不慢下來，確保其他正常參與者能跟上。

所以要衡量一個 rollup 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，其中一個很重要的指標(biāo)就是它在保證安全的前提下的最大速度限制；速限指的是一個系統(tǒng)能安全處理事務(wù)的速率，而不是某個參與者能夠產(chǎn)出斷言的極限速率。

總結(jié)

綜上所述，有三種審查攻擊能夠通過合理的設(shè)計或?qū)嵺`來避免。

防范閃躲攻擊：評估攻擊者的資源和風(fēng)險承受能力，制定合理的挑戰(zhàn)窗口期。

防范干擾攻擊：自行雇用（或通過可信的權(quán)威方雇用）潛伏的監(jiān)視者，當(dāng)你出差池的時候這些監(jiān)視者能夠代替你發(fā)起挑戰(zhàn)。

防范速攻：更細(xì)致的設(shè)計 rollup 協(xié)議。

關(guān)于分叉類型的審查攻擊則很難分析；因為某種程度上來說，成功的分叉攻擊會留下明顯的證據(jù)，證明該鏈上存在算力壟斷者，而這些算力壟斷者會更愿意采取其他更快獲得收益的攻擊 —— 比如雙花。任何存在算力壟斷的區(qū)塊鏈都已經(jīng)病入膏肓，那又何必為這種情況下的審查攻擊而操心呢？
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