什么是異形攻擊

當(dāng)我們談?wù)搮^(qū)塊鏈時(shí)，總是離不開這些技術(shù)：分布式存儲(chǔ)、P2P 網(wǎng)絡(luò)和共識(shí)機(jī)制，本次我們要談的問題就是出現(xiàn)在 P2P 對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上。

異形攻擊實(shí)際上是一個(gè)所有公鏈都可能面臨的問題，我們用以太坊為例子說(shuō)明。以太坊的 P2P 網(wǎng)絡(luò)主要采用了 Kademlia （簡(jiǎn)稱 Kad ） 算法實(shí)現(xiàn)，Kad 是一種分布式哈希表（ DHT ）技術(shù)，使用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在分布式環(huán)境下快速而又準(zhǔn)確地路由、定位數(shù)據(jù)的問題。

什么是異形攻擊？

首先，我們先定義一個(gè)同類鏈的概念，是指使用了和其它區(qū)塊鏈相同或兼容協(xié)議的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

異形攻擊又稱地址池污染，是指誘使同類鏈的節(jié)點(diǎn)互相侵入和污染的一種攻擊手法，漏洞的主要原因是同類鏈系統(tǒng)在通信協(xié)議上沒有對(duì)非同類節(jié)點(diǎn)做識(shí)別。

以太坊異形攻擊是指，以太坊同類鏈（具體的說(shuō)是使用以太坊 P2P discv4 節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)協(xié)議的公鏈，包括以太坊、以太經(jīng)典）由于使用了兼容的握手協(xié)議，無(wú)法區(qū)分節(jié)點(diǎn)是否屬于同個(gè)鏈，導(dǎo)致地址池互相污染，節(jié)點(diǎn)通信性能下降，最終造成節(jié)點(diǎn)阻塞的一種攻擊方式。

1. 正常的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程

以太坊同類鏈節(jié)點(diǎn)間通過(guò) 4 個(gè) UDP 通信協(xié)議來(lái)完成節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，消息結(jié)構(gòu)如下：

［1］ ping： 探測(cè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否在線

［2］ pong： 響應(yīng) Ping 命令

［3］ findnode： 查找與 Target 節(jié)點(diǎn)異或距離最近的其他節(jié)點(diǎn)

［4］ neighbors： 響應(yīng) FindNode 命令，會(huì)返回一或多個(gè)節(jié)點(diǎn)

2. 攻擊過(guò)程

準(zhǔn)備工作：收集以太坊節(jié)點(diǎn)地址

我們找到了社區(qū)制作的一個(gè)地址庫(kù)：

https://github.com/smartheye/EthStaticNodesTool/blob/master/MainNet/staTIc-nodes.txt

第一步：發(fā)起惡意握手。

攻擊者 A 模擬整個(gè)握手過(guò)程，主動(dòng)發(fā)起 ping 操作，并利用協(xié)議的第 4 步 neighbors，將返回的鄰居表修改成我們收集到的以太坊節(jié)點(diǎn)地址，推送給受害節(jié)點(diǎn) B（B 是一個(gè)以太坊同類鏈節(jié)點(diǎn)）。由于單次通信只能推送 16 個(gè)地址，我們需要多次推送以達(dá)到攻擊效果。

第二步：污染地址池。

B 收到大量 A 返回的鄰居表，嘗試跟這些節(jié)點(diǎn)握手，并將這些節(jié)點(diǎn)加入了自己的地址池（俗稱 K 桶）。

第三步：污染自動(dòng)擴(kuò)散。

讓人意外的是，不同鏈的節(jié)點(diǎn)居然互相握手成功了，更為可怕的是，它們把各自地址池里已知的節(jié)點(diǎn)推送給了對(duì)方，導(dǎo)致更多的節(jié)點(diǎn)互相污染，最終擴(kuò)散致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

漏洞危害

· 受異形攻擊的同類鏈節(jié)點(diǎn)無(wú)法找到真正可用的節(jié)點(diǎn)，無(wú)法建立 TCP 數(shù)據(jù)同步通道，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)被攻擊離線。

· 對(duì)于礦池或者出塊節(jié)點(diǎn)，異形攻擊可能導(dǎo)致廣播延遲甚至失敗，造成收益損失。

· 異形攻擊可以使所有以太坊同類鏈地址池相互污染，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)通信效率全面下降，對(duì)整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)造成長(zhǎng)久的傷害。

影響范圍

我們對(duì)知名公鏈 QuarkChain 進(jìn)行安全審計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，QuarkChain 的節(jié)點(diǎn)在遭受異形攻擊后，節(jié)點(diǎn)性能嚴(yán)重下降，外部節(jié)點(diǎn)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能與受害節(jié)點(diǎn)建立連接。QuarkChain 團(tuán)隊(duì)隨后修復(fù)了該問題。

理論上所有使用了以太坊 discv4 協(xié)議的區(qū)塊鏈都可能受此漏洞影響，在發(fā)起測(cè)試后的一段時(shí)間，我們觀測(cè)到 EtherNode 的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)也已經(jīng)被污染了，污染的擴(kuò)散速度似乎比想象中的要快。

后記

1、 此漏洞對(duì)以太坊是否有影響？

以太坊的節(jié)點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)大于其它同類鏈節(jié)點(diǎn)，并且節(jié)點(diǎn)間已經(jīng)建立了穩(wěn)定的連接，影響不明顯。但對(duì)于其它的同類鏈節(jié)點(diǎn)，卻會(huì)受到來(lái)自以太坊節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)勢(shì)侵入，導(dǎo)致通信阻塞。

2、 很多朋友關(guān)心除了以太坊之外，其它的公鏈?zhǔn)欠裼写藛栴}，比如比特幣和它的山寨幣，比如使用了 libp2p 協(xié)議的公鏈，這些問題我們將在后續(xù)文章中披露！