Eth2 中的时间服务器攻击及其缓解措施

摘要：Eth2 中的时间服务器攻击之前也有人讨论过。但迄今为止，主流意见都认为这种攻击只能导致验证者暂时离线，等节点运营者重建正确的时间同步措施，节点就能重新回到线上。但是，如果节点可以被诱去签署一条有关遥远未来某个 epoch 的见证消息（attestation），危险性就远不止暂时离线这么简单：因为共识算法的环绕投票罚没规则，这些节点在整个网络实际到达该错发的见证消息的目标 epoch 之前，将不能再签名任何见证消息（否则就会触发罚没）。在共识规则的运作下，这种时间服务器攻击会导致受攻击的验证者几乎永远离线，而相关的权益人也会因为懒惰惩罚（inactivity leak）而付出惨痛代价。

英国男子James Howells计划建造机器狗来寻找丢失的BTC的硬盘:金色财经报道，英国男子James Howells错误地丢弃了他的硬盘驱动器，其中包含 8000 BTC。据报道，为了找回丢失的财物（截至目前价值约 1.69 亿美元），这位 36 岁的男子提出了一项价值 1100 万美元的总体规划，其中涉及机器狗和人工智能驱动的机器。它们应该以不损害自然景观的方式探索该地区。根据他的计算，搜索可能需要长达三年的时间。这些机器将挖掘垃圾并准备填埋场进行探索。然后，24 小时闭路电视摄像机、机器狗和人工智能机器将日夜扫荡该地区，直到发现硬盘。任务完成后，团队将清理垃圾场并回收垃圾。[2022/7/31 2:48:58]

Eth2 中的见证消息就是验证者签过名的、包含所认可的来源检查点和目标检查点的信息；来源检查点和目标检查点都以时段号（epoch number）和区块根（block root）来表示。Casper FFG 的算法的安全性保证之一便是 “无环绕投票” 规则：验证者签名过的任意两条消息中，不能出现有 attestation1.source < attestation2.source 且 attestation2.target < attestation1.source 的情况（一条见证消息所试图敲定的范围恰好在另一条见证消息试图敲定的范围内）。

韩国比特币买入的势头急剧减弱:金色财经报道，俄乌局势突变使全球风险资产承压。在韩国，疫情期间异常火爆的虚拟货币价格剧烈震荡，此前受到众多投资者追捧的比特币价格出现暴跌。韩国最大的虚拟货币交易所表示，本周四比特币的交易价格较前一交易日重挫近6%，跌破4300万韩元，约合22.6万元人民币，为过去半年来的最低值。由于比特币本身的市值很高，稍有下跌就会造成巨大损失。因此这引发了个人投资者的恐慌情绪，买入的势头急剧减弱。（央视财经）[2022/2/27 10:18:54]

我们可以按如下手法炮制一次时间服务器攻击：第一步是通过操纵时间服务器的时间，使之跳转到未来的某个时间，使得被攻击验证者的时间也跳转到未来（比如说 15 到 20 天之后），这个时间必须短于懒惰惩罚致使验证者余额降低至零的时间，否则验证者就不会再签名见证消息了。

EOS跌破3美元关口 日内跌幅为4.93%:火币全球站数据显示，EOS短线下跌，跌破3美元关口，现报2.9988美元，日内跌幅达到4.93%，行情波动较大，请做好风险控制。[2020/8/27]

然后我们需要诱相关的节点，使之认为它其实是跟链保持同步的，然后它才会签署见证消息。如果攻击者控制了多个对等节点，这一点总是有可能做到的，只需在点对点的网络频道中发送一些来自未来时间的见证消息和区块即可。控制多个节点也是容易实现的，所以这并不是一个不现实的攻击者假设。

一旦目标验证者签名了一条以未来 epoch 为目标 epoch 的见证消息，攻击者就可以把这条消息保存下来，然后确定这名验证者在整个网络实际到达那个未来 epoch 之前，都不能再签名任何见证消息了（否则攻击者可以发出这条消息，使之被罚没）。当前所有 Eth2 实现的验证者客户端都有措施防止该验证者签署相互冲突的见证消息，因此该验证者实质上就是离线了。

一名攻击者可以通过一个时间服务器（或类似设施，例如 roughtime）来驱逐所有 TA 能影响到的验证者。这种攻击会比此前使用同样界面所设想的攻击更为恶劣，因为影响不是暂时的，而是持久得多。虽然我们有可能在几分钟之内就能发现这样的攻击，而且所有专业的节点都能在几个小时内恢复正常时间，但这于事无补，因为损害已经发生了 —— 而且可以导致验证者的惨重损失，例如，可能有很多验证者会因为指数升高的懒惰惩罚而被提出网络。

我们可以在验证者客户端中加入一条不罚没规则：要求他们在签署所有消息前都评估当前的时间，而且不要提前签署未来的消息。这个办法其实只有在验证者客户端与信标链节点没有部署在同一台机器上且没有被攻击波及时才有用。不过，对于密钥分割型验证者来说是一个明确的改进，因为这个规则将不允许领导哦啊这节点提议一条未来的见证消息，可以阻挡验证者的行动。

本文所提出的问题表明，时间服务器的同步措施所包含的攻击界面比我们从前设想的严重得多，必须引起我们的注意。

小幅度的时间偏移虽然恼人，但不会导致严重的问题，所以，仅在时间服务器推送的更新与本地的 RTC 时间相差幅度在一定范围内才使用更新、否则就拒绝更新，似乎是更好的模式。

但这个模式仍会遗留一个攻击界面在启动进程中。因此时有发生的大规模电源中断可能会演变成严重的问题、一次性影响众多验证者。我认为，可以让验证者客户端在启动前先检查罚没保护数据库、如果在几个小时乃至几天内都没有签名过任何消息，就拒绝启动。长时间不签名消息意味着可能发生了时间服务器攻击。可以添加一个强制启动的标签来应对例外情况。

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