解析：以太坊礦池拒絕打包攻擊_比特幣

撰文|?NESTResearch研究組，Yuheng?&Yuyi

出品?|NEST愛好者授權發布

分析案例：針對NEST預言機的礦池拒絕打包攻擊

一、引言

與單純基于可信任第三方的中心化預言機不同，NEST分布式預言機希望能夠讓盡可能多的鏈上用戶參與到價格轉換關系確定的過程中來，從而進一步提升預言機輸出數據結果的可靠性以及整個預言機系統的安全性。

而正是因為這種特性，分布式預言機往往會遇到數據無法得到有效驗證的問題，比如有惡意礦工提供惡意報價來影響價格。為了解決這種問題，NEST設計了報價—吃單的提交驗證機制，即允許驗證者根據報價的價格進行交易得到報價者所抵押的資產，并重新提出一個報價進行修正。通過這種方式，NEST分布式預言機能夠在一定程度上有效地對惡意報價進行限制，同時也能夠及時地對惡意報價進行修正。

Beosin解析Reaper Farm遭攻擊事件：_withdraw中owner地址可控且未作任何訪問控制:8月2日消息，據 Beosin EagleEye 安全輿情監控數據顯示，Reaper Farm 項目遭到黑客攻擊，Beosin 安全團隊發現由于_withdraw 中 owner 地址可控且未作任何訪問控制，導致調用 withdraw 或 redeem 函數可提取任意用戶資產。攻擊者（0x5636 開頭）利用攻擊合約（0x8162 開頭）通過漏洞合約（0xcda5 開頭）提取用戶資金，累計獲利 62 ETH 和 160 萬 DAI，約價值 170 萬美元，目前攻擊者（0x2c17 開頭）已通過跨鏈將所有獲利資金轉入 Tornado.Cash。[2022/8/2 2:54:18]

然而，這種針對于價格修正方式的順利運行基于的是吃單交易以及新的報價交易能夠在驗證期內及時地出現在鏈上的新區塊當中。眾所周知，目前整個區塊鏈網絡中的礦工群體早已不是像最開始那樣單獨工作了，為了保證收益的穩定性，礦工們會組織在一起形成礦池來達到算力的整合，因為在工作量證明的共識下，更大的算力也就代表著獲得收益的概率越高。

浪潮集團王偉兵：標識解析、標識密碼、區塊鏈是構建工業區塊鏈三個技術要素:金色財經現場報道，12月5日，2020世界區塊鏈大會于武漢舉辦，會上浪潮集團區塊鏈技術研究院首席架構師王偉兵演講表示，消費互聯網是實現人和人的連接的，工業互聯網從技術上看更偏重物，工業互聯網數量多，管理難度大，面向物的標識解析和密碼學適合應用。標識解析的本質是提供名稱映射的分布式數據庫，構建工業區塊鏈的三個技術要素是標識解析、標識密碼、區塊鏈。標識解析需要目錄服務、數據共享，標識密碼主要做設備身份認證、設備寫入鏈，區塊鏈則增強安全，完成可信交易。[2020/12/5 14:06:24]

礦池的出現所引發的本質問題是其對交易打包權的壟斷。因為在公有鏈中只有挖到區塊的礦工或者礦池能夠決定下一個區塊中應該包含哪些交易，而礦池相較于單一的個體礦工又往往具有壓倒性的算力優勢，在這種情況下那些具有算力規模更大的礦池會選擇打包一些對自己有利的或者交易費較高的交易，即使這些交易可能并不是最先被公布到鏈上的。

V神：預測市場的結果解析層和市場層正在分離:V神在推特表示，預測市場正在分離：結果解析層（如果發生某些事件，給1美元的代幣，沒有發生返回0代幣）與市場層（如何交易這些代幣）分離。[2020/9/26]

而當這種情況出現在NEST分布式預言機中時，則會導致提交的新報價無法在驗證期內得到及時地驗證，最終會導致NEST輸出錯誤的價格數據，從而使得部分礦池捕捉到套利機會，進而威脅到整個DeFi生態的環境安全。本文接下來會具體介紹這種針對NEST分布式預言機的礦池拒絕打包攻擊的詳細內容。

二、攻擊流程及分析

為了方便講解這種攻擊方式，我們首先假設所有參與挖礦的成員都是礦池，各個礦池具有不同大小的算力占比，且彼此之間都知道各自的算力占比。

前美聯儲理事Kevin Warsh：從美國經濟政策角度解析比特幣價格波動: 前美聯儲理事、斯坦福大學胡佛研究所杰出訪問學者Kevin Warsh今日撰文，從政府經濟政策角度解讀了比特幣價格波動的原因。對于2017年BTC價格的狂飆，Warsh認為：1.特朗普上臺后推出的減稅等寬松政策持續刺激美國經濟增長，繼而帶來的通貨膨脹預期促使美國加息進度超預期，比特幣成為規避法幣貶值的避風港；2.特朗普政府貿易保護政策致使美元在2017年貶值12%，投資者尋求比特幣規避貶值；3.據去年10月、11月調查，美國民眾對政府的信任度下降14個百分點達到33%，而美元正是建立在公眾對政府信任的基礎上。而對于今年以來比特幣價格的大幅波動，是因為投資者正在調整對政府政策的預期，新任美聯儲主席也在重新考慮如何更好地實施貨幣政策，同時也在考慮推出自己的加密貨幣。[2018/3/8]

首先在發動攻擊之前，惡意礦池可以通過閃電貸等方式預先囤積好之后用于套利的加密貨幣。例如，惡意礦池會預先囤積大量的ETH，緊接著操縱ETH和USDT之間的價格比例來實現套利。

接下來，惡意礦池會向NEST提出一個報價，該報價會和當前的實際市場價格存在著巨大的差別。由于該報價和實際市場價格之間存在著巨大的差別，也就代表著存在著巨大的套利空間。因此在持續時間為S個區塊的驗證期內，根據NEST本身的吃單驗證的協議，必然會有驗證者提出吃單的交易并對該報價進行最合理的修正以獲得最大的收益。

而此時，在組裝每一個驗證期的區塊時，所有的挖礦礦池面對著兩個相同抉擇，將該交易打包進自己組裝的下一個正在組裝區塊當中或者不將該報價打包進下一個正在組裝的區塊中。由于各個礦池都知道彼此之間的算力占比以及彼此之間所能夠采取的策略選擇，因此在驗證期內，每個礦池是否選擇對該報價進行修正實際上可以看成所有礦池所一起進行的多次相互獨立的完全信息靜態博弈。而能夠決定整博弈最終結果的，也就是所謂的納什均衡點，則是每個參與者在各種決策組合情況下的收益，因為每個參與者都會選擇在各種情況下自己收益都最大化的決策。囚徒困境就是一種典型的完全信息靜態博弈。

如果一個礦池選擇對于該報價進行修正，那么很明顯該礦池能夠立即得到收益，我們假設修正報價對應的收益為a。而如果一個礦池不選擇對于一個報價進行修正，看似該礦池無法立刻得到收益，但是該礦池也可以根據該惡意報價所涉及到的加密貨幣進行囤積，最終在報價成立之后進行套利，我們可以設這個最終的收益為b并且通常有b>a。

但是我們需要注意到，在區塊鏈中只有挖到新區塊的礦池能夠獲得記賬權，也就是說即使一個礦池選擇立刻修正該惡意報價，它也只能在一定概率下獲得a的收益，并且這個概率是和該礦池的算力成正比的，因此我們可以將一個礦池選擇修正報價的收益表示為Pia。同樣的如果不修正報價，在報價成立之后，一個礦池所能夠得到的收益也為Pib。但是由于一旦報價被修正，那么之后的博弈也就不再存在，意味著所有的礦池都不會獲得b收益，因此實際上在驗證期礦池決定每個區塊的交易內容時，其所考慮的兩種收益實際如下：

其中T代表礦池的決策，Y代表修改該報價，N代表不修改該報價；Pn代表接下來所有驗證期區塊都不會出現修改報價的概率。

在組裝驗證期內對應的每一個區塊時，所有的礦池都會比較這兩種收益來選擇自己的決策。最后根據自己的算力占比，以及兩種收益a、b之間的比例關系選擇是否對于該報價進行修正，從而最終達到納什均衡狀態。

三、分析總結

正如上述所說，礦池有可能會憑借著自身算力的優勢對于報價的修正更新進行延遲和阻礙，從而利用NEST預言機進行套利。但是這也不僅僅是NEST預言機所面臨的問題，實際上整個區塊鏈的去中心化理念都在受到礦池這一現象的沖擊，因此如何解決好礦池所帶來的問題，是我們在走向真正的去中心化道路中不可避免的一個挑戰。

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