区块链常见的双花攻击问题如何避免？双重支付 (Double-spending)

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xiaolinzi
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区块链可以把一分钱，掰开两份花？

概述

  • 所谓双花，就是区块链利用延迟和分叉的特点，发送两笔或者多笔相互冲突的交易，这样当一笔交易被确认之后，其它有冲突的交易就会被取消。
  • 假设 A 转账给 B，在没有区块确认之前，A 有转账给 C，这个 C 就是 A 的另一个地址。如果 A 控制了足够多的算力，区块确认比较快，那么他转账给 C 地址会有些给打包确认，那么转账给 B 的交易就会被回滚或者取消，这样 A 得到 B 的某些服务之后，但是交易被取消了！

双花攻击的类型

  • 51%算力攻击：这种攻击是指拥有超过全网一半算力的恶意节点，可以在私下构造一个比主链更长的分支链，并在适当的时机发布出来，使得主链上的交易被回滚。这种攻击可以实现多次双花，并且可以针对已经确认过多次的交易。

  • Race Attack(竞争攻击)：这种攻击主要通过控制矿工费来实现双花。攻击者同时向网络中发送两笔交易，一笔交易发给自己(为了提高攻击成功的概率，他给这笔交易增加了足够的矿工费)，一笔交易发给商家。由于发送给自己的交易中含有较高的手续费，会被矿工优先打包进区块的概率比较高。这时候这笔交易就会在先于发给商家的那笔交易，那么发给商家的交易就会被回滚。对于攻击者来说，通过控制矿工费，就实现了同一笔 Token 的“双花”。

  • Finney attacks（零确认攻击）：这种攻击是针对接收零确认的商家，攻击者主要通过控制区块的广播时间来实现双花，假设攻击者挖到区块，该区块中包含着一个交易，即 A 向 B 转了一定数量的 Token，其中 A 和 B 都是攻击者的地址。但是攻击者并不广播这个区块，而是立即找到一个愿意接受 0 确认交易的商家向他购买一个物品，向商家发一笔交易，用 A 向商家的地址 C 支付，发给商家的交易广播出去后，攻击者再把自己之前挖到的区块广播出去，由于发给自己的交易先于发给商家的交易，从而导致支付给商家的交易回滚/失效。芬尼攻击的必要条件是事件按照特定顺序发生，能否成功还取决于收款方是否接受未确认的交易。一般来说，为了节省时间而接受 0 确认，特别是对于大额交易而言，是非常不安全的，而且对于大额交易而言，多几次确认，将会降低交易被回滚的风险。

双花攻击案例：

  • ＢＴＧ双花攻击：在 2018 年 5 月份，这位攻击者通过租用算力，控制了 51%的 BTG 网络总算力，然后攻击者开始向加密货币交易所充值 BTG，这条分支我们命名为分支 A，同时也试图将这些 BTG 发送到他们自己控制下的钱包，这条分支我们命名为分支 B，攻击者在分支 A 转账到交易所的交易被确定之后，攻击者立马卖掉 BTG 变现，然后由于攻击者控制了 51%的算力，他很快的在另一个分支 B 挖矿的长度超过分支 A，那么分支 A 上面的交易就被回滚了。交易所并没有收到 BTG，但是已经支付现金给攻击者了。

  • 以太坊经典（ETC）双花攻击：2019 年 1 月 5 日至 7 日，ETC 网络遭受了一系列的 51%算力攻击，导致至少 15 个区块被回滚，其中包含了双花交易。据估计，攻击者通过这种方式获得了约 22 万个 ETC。

  • 比特币（BTC）零确认双花攻击：2013 年 11 月，比特币网络发生了一起零确认双花攻击，涉及金额为 0.1 BTC。攻击者在向一个在线商家支付 0.1 BTC 后，立即发送了一笔使用相同输入但更高手续费的交易给自己。由于后者被矿工优先打包进区块，前者就被废弃了。

如何预防双花攻击？

  • 等待足够多的确认：对于接收数字货币的用户或交易所，最简单有效的防范措施就是等待足够多的确认，以降低交易被回滚或废弃的风险。一般来说，6 个确认以上就可以认为交易是安全的，除非有超过 50%的算力进行攻击。对于金额较大或者风险较高的交易，可以适当增加确认数。

  • Nonce (交易序号)：Nonce 是一个随机的加密值，在挖掘区块之前必须进行杂凑运算。 Nonce 的值只能使用一次，从而阻止双花攻击的发生。

  • 时间戳记：每个成功的交易都有一个时间戳记，这证明了特定区块在特定时间添加到链上。 一旦区块被时间戳记，就变得不可逆转。

  • 高节点运营成本：双花攻击通常要求攻击者管理一个或多个节点。 在 51％ 攻击的情况下，骇客需要支配网络内超过一半的节点。 所以区块链可以通过提高节点运营的门槛来减轻双花攻击的风险。 例如，以太坊要求抵押 32 个 ETH 才能成为节点管理员，这样相当于提高 51% 攻击的成本而让攻击者知难而退。

比特币解决双花问题

比特币的ＵＴＸＯ账户模型是可以避免双花问题的。
这是我在网上找的一个ＵＴＸＯ　模型的图片。我简单分享一下ＵＴＸＯ模型的工作原理。然后再说明为什么可以预防双花问题。

假设Ａｌｅｘ转账５.１个比特币给Ｊｕｌｉａ
那么Ａｌｅｘ在自己的钱包里面找到最优的ＵＴＸＯ模型组合来转账。
他找到５个ＢＴＣ和０.２个ＢＴＣ来进行转账，
他创建一个新的ＵＴＸＯ模型，在这个新的ＵＴＸＯ模型之中，５＋０.２作为输入。
５.１＋０.０９作为输出，其中，５.１个比特币是转账给Ｊｕｌｉａ的，剩下的０.０９个比特币是找零的比特币，是返回到自己账户的。
剩下的０.０１个比特币就当作的矿工费消耗掉了。

所以最终，Ａｌｅｘ的钱包有三个ＵＴＸＯ模型，总共还剩下１.８９个比特币
Ｊｕｌｉａ的钱包有５个ＵＴＸＯ模型，3 + 2 + 5.1 + 1.55 + 0.5 =12.15 个比特币。

根据以上的这个转账的例子，比特币在转账的时候，他会确认ＵＴＸＯ的状态，他会检测你的资金是否存在ＵＴＸＯ的模型之中，如果不在，那么该交易会被系统拒绝。
ＵＴＸＯ模型可以让比特币节点有效验证链上的每一个交易，当节点收到一个交易的时候，无论该交易是否已经打包进区块，均可验证该交易内的ＵＴＸＯ是否真的有效且没有被花费，正因为如此，比特币可以有效的解决双重花费问题。

例如，你转了一笔５.１个比特币给Ｊｕｌｉａ，然后又想转账５.１个比特币给自己的另一个钱包地址，那么在第二次转账的时候，他会检测你的钱包是否还存在５.１个比特币，由于你之前转了一笔５.１个比特币给Ｊｕｌｉａ了，你当前的钱包的余额还剩下１.８９个比特币，那么你的这次转账就会被系统拒绝。这样就有效的预防双花问题。

总结

在区块链的转账交易之后，等待一定数量的确认数是非常重要的。这样可以有效的预付双花问题。
不同的公链，区块确认的时间会不一样，但是一般的确认数越多，交易越安全，也就也不会发送交易回滚问题。
以上就是之前视频的所有内容，希望对你有用。

现在的区块链网络很少会出现双花攻击，主要的原因是攻击的成本太高，基本无法实现，另外我们在转账的时候，交易所需要一定的区块确认数，这个就是为了预防双花攻击的。并且确认数越多，交易越安全。

相关视频：https://youtu.be/D9-VyagJfoE

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