pos機(jī)安全攻擊, 探討一下區(qū)塊鏈中隨機(jī)數(shù)安全問題

新聞資訊 | 2023-04-04 08:16 | 投稿人：pos機(jī)之家

網(wǎng)上有很多關(guān)于pos機(jī)安全攻擊, 探討一下區(qū)塊鏈中隨機(jī)數(shù)安全問題的知識(shí)，也有很多人為大家解答關(guān)于pos機(jī)安全攻擊的問題，今天pos機(jī)之家(www.tjfsxbj.com)為大家整理了關(guān)于這方面的知識(shí)，讓我們一起來看下吧!

本文目錄一覽：

1、pos機(jī)安全攻擊

2、pos機(jī)系統(tǒng)安全已觸發(fā)怎樣維修？

pos機(jī)安全攻擊

前言

“隨機(jī)數(shù)”在計(jì)算機(jī)程序中并不少見，開發(fā)人員也會(huì)經(jīng)常使用隨機(jī)數(shù)進(jìn)行數(shù)值的模擬、預(yù)測。在C++程序里，我們經(jīng)常使用一定的種子來進(jìn)行隨機(jī)數(shù)的生成過程。在計(jì)算機(jī)程序中，隨機(jī)數(shù)可以被分為真隨機(jī)數(shù)與偽隨機(jī)數(shù)。而真隨機(jī)數(shù)是十分難實(shí)現(xiàn)的，例如使用篩子、轉(zhuǎn)輪等等。對(duì)于偽隨機(jī)數(shù)來說，我們又分為：

強(qiáng)偽隨機(jī)數(shù)：難以預(yù)測的隨機(jī)數(shù)，常用于密碼學(xué)。弱偽隨機(jī)數(shù)：易于預(yù)測的隨機(jī)數(shù)。

隨機(jī)數(shù)有3個(gè)特性，具體如下：

隨機(jī)性：不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)偏差，是完全雜亂的數(shù)列，即分布均勻性和獨(dú)立性不可預(yù)測性：不能從過去的數(shù)列推測出下一個(gè)出現(xiàn)的數(shù)不可重現(xiàn)性：除非將數(shù)列本身保存下來，否則不能重現(xiàn)相同的數(shù)列

隨機(jī)數(shù)的特性和隨機(jī)數(shù)的分類有一定的關(guān)系，比如，弱偽隨機(jī)數(shù)只需要滿足隨機(jī)性即可，而強(qiáng)位隨機(jī)數(shù)需要滿足隨機(jī)性和不可預(yù)測性，真隨機(jī)數(shù)則需要同時(shí)滿足3個(gè)特性。

上述是宏觀上隨機(jī)數(shù)的情況，然而在區(qū)塊鏈的場景下，隨機(jī)數(shù)又有了不同。對(duì)于分布式的APP，區(qū)塊鏈先天就在隨機(jī)數(shù)的生成中有了弊端。要領(lǐng)所有的用戶都能夠得到相同的隨機(jī)數(shù)數(shù)值并且還不能讓延時(shí)過高確實(shí)是個(gè)很難的挑戰(zhàn)。

在區(qū)塊鏈中，隨機(jī)數(shù)有很多的應(yīng)用場景，例如抽獎(jiǎng)活動(dòng)、驗(yàn)證碼、Token、密碼應(yīng)用場景（生成秘鑰、生成鹽）等。

隨機(jī)數(shù)的安全也是一個(gè)由來已久的問題。一個(gè)廣泛的原則是：隨機(jī)性的生成最好不被任何個(gè)體所控制。如從比特幣的未來某區(qū)塊的數(shù)據(jù)來獲取隨機(jī)性的方式是不能使人信服的，因?yàn)檫@些隨機(jī)性最終實(shí)際上是由某個(gè)個(gè)體決定的，無法證明這個(gè)相關(guān)人沒有作惡等等。

下面我們就針對(duì)區(qū)塊鏈中的隨機(jī)數(shù)生成進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)現(xiàn)在的隨機(jī)數(shù)安全進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)。

區(qū)塊鏈中的隨機(jī)數(shù)

我們都知道PoW的方案是讓全網(wǎng)共同進(jìn)行哈希計(jì)算，并在出題時(shí)設(shè)置一個(gè)計(jì)算哈希的難題，誰先算出來誰就獲勝。所以這就意味著算力高的贏的概率高，算力低的贏的概率低，以這樣的方式保證勝出者是隨機(jī)的。而在計(jì)算難題的設(shè)置上也存在的隨機(jī)數(shù)的設(shè)置，這個(gè)隨機(jī)數(shù)需要所有的節(jié)點(diǎn)均能夠查看到，并且能夠做到無法預(yù)測。

對(duì)于Pos來說，它為了解決Pow中存在的浪費(fèi)電力的情況，它選擇了了隨機(jī)選舉一個(gè)節(jié)點(diǎn)來出塊，并且被選中的概率和它擁有的份額相關(guān)。倘若系統(tǒng)能夠保證隨機(jī)這個(gè)過程是無法預(yù)測且真實(shí)的，那么惡意節(jié)點(diǎn)只能通過增加自己的份額，增加自己被選中的概率，從而增加雙花攻擊的成功概率。比較Pow，Pos攻擊者要實(shí)現(xiàn)攻擊，先得成為持幣大戶，如果因?yàn)楣舳鴮?dǎo)致幣價(jià)大跌，攻擊者也會(huì)承受最大的損失。

根據(jù)我們的分析，上述兩種情況均涉及到隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生。我們假設(shè)此處的隨機(jī)數(shù)存在問題，例如存在可預(yù)測的情況。那么攻擊者就可以無限的進(jìn)行作惡。在Pow中，他就會(huì)比別的節(jié)點(diǎn)提前知道隨機(jī)數(shù)的內(nèi)容，并且能夠先人一步提前進(jìn)行計(jì)算，也就意味著他能夠有更大的概率獲得記賬權(quán)。對(duì)于Pos來說，攻擊者就能根據(jù)隨機(jī)數(shù)的生成機(jī)制，更改某些條件以達(dá)到使的選擇到自己為記賬人的概率加大，從而提升自己記賬的權(quán)利。

傳統(tǒng)地PoS方案嘗試從鏈上的數(shù)據(jù)入手，比如使用上一個(gè)區(qū)塊的哈希值，上一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間戳等等來作為隨機(jī)數(shù)的來源，但這些會(huì)帶來額外的安全風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)閰^(qū)塊本身的信息就是節(jié)點(diǎn)寫進(jìn)去的，然后又要根據(jù)里面的信息來選舉后續(xù)的出塊者，存在循環(huán)論證的嫌疑，安全性不會(huì)太好。這也是傳統(tǒng)地認(rèn)為PoS方案不如PoW可靠的部分原因。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的系統(tǒng)，它要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算結(jié)果是可驗(yàn)證、可共識(shí)的。然而傳統(tǒng)的偽隨機(jī)數(shù)生成算法與單臺(tái)機(jī)器的物理狀態(tài)或運(yùn)算狀態(tài)相關(guān)，不同的機(jī)器或者節(jié)點(diǎn)會(huì)展現(xiàn)出不同的運(yùn)算結(jié)果，然而區(qū)塊鏈上不能這么進(jìn)行設(shè)計(jì)。

所以針對(duì)DAPP，有一下三種解決方案供參考：

第一種是引入第三方，并讓可信第三方為合約提供隨機(jī)數(shù)；第二種是通過合約的設(shè)定進(jìn)行多方協(xié)作從而實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)數(shù)的生成，為其他合約提供一致性的隨機(jī)數(shù)。第三種是讓所有節(jié)點(diǎn)上的合約可以采集到相同的種子，再通過偽隨機(jī)算法計(jì)算出相同的隨機(jī)數(shù)序列。

下面我們具體來看：

1 可信第三方參與生成

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，為了使所有的節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)數(shù)同一，我們可以將區(qū)塊鏈的所有節(jié)點(diǎn)接入第三方的平臺(tái)上來。簡單來說，我們可以可以找一個(gè)應(yīng)用幫助我們生成隨機(jī)數(shù)，而所有的節(jié)點(diǎn)均對(duì)這個(gè)應(yīng)用信任。

雖然這樣可以解決隨機(jī)數(shù)生成的問題，但是我們知道區(qū)塊鏈作為去中心化的代表，倘若引入了中心化的應(yīng)用來幫助是有些違背理論的。然而該第三方是否值得信任，能否能提供高質(zhì)量的隨機(jī)數(shù)均是問題。倘若這個(gè)應(yīng)用于其他攻擊者聯(lián)手或者被黑客攻破，那帶來的威脅也是巨大的。

不過還是有一些落地的DAPP使用了這種設(shè)計(jì)思維。例如：External oracles: Oraclize。

Oraclize 提供了一個(gè)連接以太坊與互聯(lián)網(wǎng)的橋梁。通過 Oraclize，智能合約能夠通過 web API 請(qǐng)求數(shù)據(jù)。如當(dāng)前的兌換率，天氣預(yù)報(bào)或股票價(jià)格。其中一個(gè)最大的作用是能提供偽隨機(jī)數(shù)。一些合約通過 Oraclize 中的 URL 連接器來連接來獲取偽隨機(jī)數(shù)。如下圖所示：

在這個(gè)應(yīng)用中，Oracle是提供數(shù)據(jù)的一方。由于區(qū)塊鏈應(yīng)用程序（如比特幣腳本和智能合約）無法直接獲取所需數(shù)據(jù)，因此需要這樣的數(shù)據(jù)：資產(chǎn)和金融應(yīng)用程序的價(jià)格供給。此應(yīng)用多用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)保險(xiǎn)的天氣相關(guān)信息。賭博的隨機(jī)數(shù)生成。Oraclize是一個(gè)預(yù)言機(jī)，獨(dú)立于區(qū)塊鏈系統(tǒng)之外，智能合約發(fā)送請(qǐng)求給Oraclize，當(dāng)Oraclize監(jiān)聽到鏈上相關(guān)請(qǐng)求后，生成隨機(jī)數(shù)并將結(jié)果返回區(qū)塊鏈。

下面代碼是在以太坊中接入的函數(shù)：

基礎(chǔ)合約參與生成

第二種方法是在區(qū)塊鏈中最符合分布式思想的一種，他需要區(qū)塊鏈系統(tǒng)中不同的參與者進(jìn)行合作才能生成偽隨機(jī)數(shù)。具體的算法我們講解如下：

首先，在隨機(jī)數(shù)生成時(shí)，為了能夠達(dá)到生成隨機(jī)數(shù)的安全特性，我們需要使用密碼學(xué)的理論來充實(shí)我們的概念。首先我們來看承諾和打開((Commitment & Open)。

在承諾與打開的應(yīng)用場景下，倘若此處存在兩個(gè)用戶A與B。他們兩個(gè)人并沒有面對(duì)面，但是他們想進(jìn)行一個(gè)石頭剪刀布的游戲，并決出獲勝者。那我們應(yīng)該怎么做呢？倘若時(shí)間不同步，那么一個(gè)人就能看到另一個(gè)人的情況，這也就意味著他們無法公平的競爭。所以我們要對(duì)每個(gè)人的結(jié)果采取一些措施：

他們先自行做出選擇，然后把自己的選擇做個(gè)哈希；（H(A)、H(B)）交換這個(gè)哈希；等雙方都收到對(duì)方的哈希后，再交換雙方的選擇；驗(yàn)證對(duì)方的選擇和之前的哈希一致；

這個(gè)過程中也可以添加入自己的公鑰以做證據(jù)，防止以后反悔。

這樣雙方都知道了對(duì)方的選擇，也能確認(rèn)對(duì)方的選擇是提前就做好的。這個(gè)哈希值就叫做承諾，因?yàn)樗锩姘吮Ｃ苄畔?，但又沒有泄漏保密信息，而最終發(fā)送對(duì)應(yīng)的保密信息，就叫做打開承諾。

下面我們講述一下如何在生產(chǎn)隨機(jī)數(shù)的過程中記錄作惡節(jié)點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行懲罰。下面我們介紹下秘密共享方案：

秘密共享是說，一個(gè)人可以把一個(gè)需要保密的信息，拆分成n份，分別發(fā)送給n個(gè)人，只要惡意節(jié)點(diǎn)不超過一定數(shù)量，最終大家可以綜合各自的信息片段把原始信息還原出來。并且就算分發(fā)者如果作弊，大家也可以檢查出來。比如密碼共享方案（3，9）即將一個(gè)秘密分為九份，然后分配給9個(gè)人，只要九份中的三份放在一起就可以恢復(fù)出秘密。

例如下面的直接坐標(biāo)系，我們都知道y = ax +b直線坐標(biāo)需要兩個(gè)點(diǎn)可以確定這個(gè)直線。所以我們可以用此方程做(2，n)的共享方案。我們可以在圖像上尋找n個(gè)點(diǎn)并分發(fā)給n個(gè)用戶，之后倘若有兩個(gè)用戶將點(diǎn)放在一起便可以恢復(fù)成直線，也就可以得出b的值。而b的值就是我們隱藏的秘密。

知道了這些，倘若作惡節(jié)點(diǎn)不發(fā)送隨機(jī)數(shù)的打開方式，那么我們也可以利用合理數(shù)量的用戶來打開秘密。保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果他想在拆分信息上作弊，大家也能檢查出來并把他踢掉。

最后，因?yàn)槲覀儽緛砭褪莻€(gè)區(qū)塊鏈，所以協(xié)議過程中需要廣播的信息，我們可以直接寫到鏈上去，這樣可以簡化實(shí)現(xiàn)，并且也不需要所有投票節(jié)點(diǎn)同時(shí)在線，并且如果有人作弊，作弊的記錄將會(huì)永遠(yuǎn)保存在鏈上。采取相應(yīng)的懲罰措施也會(huì)使惡意節(jié)點(diǎn)收手。

在講完密碼學(xué)基礎(chǔ)后，我們引用一張圖來表示這個(gè)過程：

公共種子采集生成

在第三種方式，合約采用了公共區(qū)塊上面的信息進(jìn)行隨機(jī)數(shù)的seed值，由智能合約根據(jù)種子生成偽隨機(jī)數(shù)。這種方法最大的缺陷就是一旦黑客知道了隨機(jī)數(shù)的生成算法，也能獲取正確的種子，就能輕易地對(duì)智能合約發(fā)起隨機(jī)數(shù)攻擊。

然而不同于傳統(tǒng)的中心化系統(tǒng)，區(qū)塊鏈上的信息是所有人都能看到的，區(qū)塊鏈上的種子幾乎是“透明”的。它是鏈上的區(qū)塊信息，所有節(jié)點(diǎn)上的智能合約都能夠取到，那么從原理上講，黑客用于攻擊的惡意合約同樣可以獲得這些數(shù)值。

下面我們列舉幾個(gè)危險(xiǎn)的隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)”：

在實(shí)例中，我們看到使用了block.number這個(gè)函數(shù)。而在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們可以看到：

除此之外，我們還可以使用困難度進(jìn)行隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，然而這也是不安全的。

由此可見，這種方法也是需要更深刻的進(jìn)行設(shè)計(jì)的。當(dāng)黑客獲取到隨機(jī)數(shù)算法后，他就能根據(jù)算法的內(nèi)容進(jìn)行百分百預(yù)測從而進(jìn)行作惡。

而在我們的的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，許多合約使用了block.blockhash(block.number)這個(gè)函數(shù)作為生成隨機(jī)數(shù)的種子。這是十分危險(xiǎn)的。block.number 變量可以獲取當(dāng)前區(qū)塊區(qū)塊高度。但是還沒執(zhí)行時(shí)，這個(gè)“當(dāng)前區(qū)塊”是一個(gè)未來區(qū)塊，即只有當(dāng)一個(gè)礦工把交易打包并發(fā)布時(shí)，這個(gè)未來區(qū)塊才變?yōu)楫?dāng)前區(qū)塊，所以合約才可以可靠地獲取此區(qū)塊的區(qū)塊哈希。

所以這個(gè)信息不論怎么運(yùn)行都只會(huì)返回0值。