HEL:「安全科普」挖矿技术，从一个理工男的爱情故事讲起_HELC

挖矿技术，要从一个理工男的爱情故事讲起……

理工男的爱情故事

小蓝是一个理工男，他喜欢上了小红。奈何小红追求者众，小蓝苦于不能脱颖而出。

到底选择哪个男生呢？公平起见，小红决定考察每个男生的诚意。

谁第一个解出方程，小红就选择谁。因为解高次方程没有固定公式，需要花费一定的时间、进行大量的计算，才能得出正确结果。愿意解方程的男生，自然最有诚意。而小红可以把结果带入方程式，简单地验证其是否正确。

那么问题来了：如果有人作弊，偷看了小蓝的答案，并且抢答怎么办？

要解决这个问题也容易，小红可以给每个男生编号，把编号作为方程第一项的系数。这样，每个人收到的方程式都是不同的，小蓝的答案对于其他人来说是错误的。

而且，小红可以通过结果验证，直接从方程第一项的系数得知，究竟是谁解出了方程。因此，作弊是没有用的。

从爱情故事到挖矿原理

从小蓝的爱情故事中我们可以知道，要想达成目标，就得付出一定的工作量。通过工作量证明，可以有效验证每个人是否花时间做了计算。

有效的工作量证明：计算过程复杂，需要消耗一定时间；验证过程相对简单，甚至可以瞬间完成。

在比特币网络中，矿工挖矿也是一种工作量证明。当然，不能通过解高次方程来实现，因为这对人来说很难，对计算机来说却非常容易，可以在1秒内完成。

要对计算机进行工作量证明，必须找到一种工作量算法，让计算机无法在短时间内计算出来，这种算法就是哈希算法。

通过改变区块头部Nonce字段的值，计算机可以计算出不同的区块哈希值，直到计算出某个特定的哈希值时，计算结束。特定哈希和其他哈希的区别是，它的数值前面有多个“0”。

比特币挖矿的工作量证明：不断计算区块哈希，直到计算出一个特定的哈希值，它小于难度值。

比特币使用的SHA-256算法，可以看作对随机输入产生随机输出。例如，对字符串Hello再加上一个数字计算两次SHA-256，根据数字的不同，得到的哈希是完全无规律的256位随机数。

大约计算16次，可以在得到的哈希中找到首位是0的哈希值，因为首位是0的出现概率为1/16。

如果要找到前两位是0的哈希值，理论上需要计算16^2=256次，实际计算44次。

如果要找到前三位是0的哈希值，理论上需要计算16^3=4096次，实际计算6591次。

如果要找到前四位是0的哈希值，理论上需要计算16^4即超过65000次，实际计算67000多次。

对于给定难度的SHA-256，假设我们用难度1表示必须算出首位1个0，难度2表示必须算出首位2个0，难度N表示必须算出首位N个0，那么每增加1个难度，计算量将增加16倍。

比特币挖矿，就是先给定一个难度值，然后不断变换Nonce，计算BlockHash，直到找到一个比给定难度值低的BlockHash，就算挖矿成功。

简单举例，如果要计算出连续17个0开头的哈希值，矿工首先应确定PrevHash、MerkleHash、Timestamp、Bits等参数，然后不断变化Nonce来计算哈希，大约需要16^17即2.9万亿亿次计算。

实际难度值是根据Bits值由公式计算而来的，比特币协议要求计算出的区块哈希值比难度值小，这个区块才算有效。

注意，Difficulty的值越小，说明哈希值前面的0越多，计算难度越大。

比特币网络的难度是不断变化的，它的难度保证大约每10分钟产生一个区块，难度值每2015个区块调整一次。如果区块平均生成时间小于10分钟，说明全网算力增加，难度也会增加；如果大于10分钟，说明全网算力减少，难度也会减少，难度随着全网算力的增减动态调整。

挖矿木马的危害

黑客会使用各种手段将挖矿木马植入受害者的计算机中，在其不知情的情况下，利用计算机的算力挖矿，从而获得非法收益。目前有多个威胁组织进行挖矿木马的传播，致使大量受害者的系统资源被恶意占用，硬件寿命缩短，严重影响生产生活。

·大量消耗计算机资源：挖矿木马普遍消耗大量计算机资源，使系统及其服务、应用运行缓慢，甚至可能使正常服务崩溃，造成数据丢失。

·降低设备性能和寿命：被植入挖矿木马的计算机普遍寿命较短，且性能严重下降。

·留置后门衍生僵尸网络：挖矿木马普遍会添加SSH免密登录后门、安装RPC后门、安装Rootkit后门、接收远程IRC服务器指令等。

·作为跳板攻击其他目标：挖矿木马可以控制受害者计算机进行DDoS攻击，以此作为跳板攻击其他计算机，或者释放勒索软件索要赎金等。

·碳排放造成环境污染：挖矿会消耗大量的电，造成巨大能源损耗，现阶段电能的主要来源是煤炭，加剧碳排放污染。

挖矿木马家族的特征

2021年，大部分挖矿组织倾向于门罗币。门罗币是一种无法追踪的强匿名性货币，它的挖矿算法对CPU的利用效率更高，一般僵尸网络掌握的“肉鸡”性能不高，挖取门罗币可以获得更多挖矿收益。同时，在比特币挖取难度日益增大的背景下，门罗币的价格在虚拟货币市场始终保持稳定，对应的挖矿收益相较比特币更加稳定，因此成为了攻击者的首选。

·竞争性：通过检测并结束其他挖矿木马的进程，独占目标的计算资源。

·持久性：通过添加计划任务、创建服务、设置自启动、RootKit等手段，长期驻留目标。

·隐蔽性和对抗性：通过进程隐藏、命令替换、进程互锁等方式，实现对抗排查和处置。

·针对性：针对云服务器提供商在云主机上运行的安全检测程序，在脚本文件中添加能够将其结束并卸载的恶意代码，以此规避云主机的安全检测。除此之外，部分挖矿木马可以利用扫描工具，对云服务提供商的IP地址进行探测，如云铲、H2Miner等。

·集成性：挖矿木马除核心的挖矿模块外，还集成了端口扫描、漏洞利用、留置后门等组件，可以实现横向传播、广泛传播、构建僵尸网络，如Outlaw等。

·跨平台性：利用Web组件漏洞，结合恶意PowerShell、Shell等脚本，以及Python、Go语言编写的恶意程序，实现跨平台运行挖矿木马，如Sysrv-Hello、SatanDDoS等。

如何防御挖矿木马？

方法一：安装杀软件，防御挖矿木马攻击。

方法二：及时为计算机的操作系统打补丁，避免漏洞攻击。

方法三：下一代防火墙产品，具备防护挖矿木马的对应规则，可提供防护能力。

方法四：“鹰眼”全流量取证系统具备相关检测规则，可精准识别挖矿流量。

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