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51%攻击解析

2018-04-01 22:10 申屠青春

作者:申屠青春

来源:http://www.8btc.com/51attack(点击阅读原文前往)

cc许可协议:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/cn/ 


近期都在说51%攻击,有夸大其词的,也有不屑一顾的,本人认为夸大和看轻都不是正确的,以下是本人对51%攻击的看法,不一定正确,仅供参考,欢迎探讨。

51%攻击是指掌握了比特币全网的51%算力之后,用这些算力来重新计算已经确认过的区块,使块链产生分叉并且获得利益的行为。

一、如何发动51%攻击?

假定发动51%攻击的人是一个理性的人,攻击的目的为了利益,而不是为了其他,因而攻击者在发动攻击前有两个条件:

1、掌握了比特币全网的51%算力

2、手里持有大量比特币

攻击者发动攻击:

1、把比特币转到交易所或某个机构或个人,卖出所有比特币,并且收到钱、把钱提现到银行帐号(提现目的是为确保收益,也可不用提现)。这个时间越短越好,能大大节省攻击时间。

2、用51%算力从还没向交易所转币的区块开始重新生成区块

比如:向交易所转币的区块为第30万个区块,攻击者就在第29万9999个区块开始重新生成区块。

3、因为攻击者有51%算力,而且假设他能在攻击过程中保证一直51%算力,所以他的攻击一定成功,也就是说他生成的攻击块链一定能追上原块链。

4、当攻击块链的长度超过原块链2个区块,所有的客户端将丢弃原块链,接受攻击块链。至此,51%攻击成功。

二、造成后果

原块链上29万9999个区块之后交易全部作废,有以下影响:

A   29万9999个区块之后没有交易的客户的币数量没有任何影响。

B   29万9999个区块之后转出比特币的人会发现:币回来了。

C   29万9999个区块之后接收到比特币的人会发现:币消失了。

D   最重要的后果是:人们对比特币网络的信心降到冰点,比特币的币值将受到重创。

三、51%攻击方法说明如下

1、这是一种能够获得最大利益的51%攻击方法,因为我们假定攻击者是理性的、为获得利益而攻击,而非一心置比特币于死地而不求任何回报的疯子。

2、无需51%算力就可以发动51%攻击,比如45%算力,有成功可能性,但非确定性成功。有这么一个场景:原块链长度30万,攻击者具备45%算力,从29万9999个区块开始计算,运气好的话,攻击块链延长到30万零2个,而原块链还是30万长度,攻击就成功了。这种攻击影响的区块数量少,如果币数量小,则被发现的可能性很小。目前大家担心的是这种情况。本人认为,虽然连续产出3个区块的可能性不大,但不是没有出现过,ghash.io就出现过连续产出5-6个区块的情况。因而这种非51%攻击的可能性完全存在,比特币世界要时刻监控、密切注意。

3、有人说多等几个确认就能避免51%攻击。这话有严重问题。如果是非51%算力的攻击,多等几个确认是有效的,数量特别大的比特币转帐应该等几天。但是如果是51%算力攻击,就应该知道,如果攻击者能一直保持51%算力,他可以从比特币最近检查点之后的区块开始重新计算,攻击块链能追上原块链,成功只是时间问题。如果攻击花费了1年时间,也要等1年的确认吗,因而这种认识不全面。

4、攻击块链可以隐藏地计算,直到比原块链多两个块链后才放出,按照目前的比特币网络协议,可以马上取代原块链,因而整个攻击可以不为人所知,直至最后一时刻。

四、51%攻击悖论

我们原先假定发动51%攻击的人是为了利益,我们可以来计算一下攻击者的成本和收益。先回顾一下理解攻击者发动攻击的前提条件:

1、掌握了比特币全网的51%算力

分析第1点,掌握了比特币全网的51%算力,得需要多少钱。全网算力按照100P计算,矿机价格按照1T/8600元计算(这是目前最低的价格)

51P矿机购买费用=100P * 51% * 1024 * 8600元=449,126,400=4.5亿

要布署51P的算力以及发动攻击,我们精力估算额外需要1亿的其他费用和电费,因而计算为5.5亿。

2、要卖掉多少比特币

到底要卖掉多少比特币才能获得更多的利益呢。至少要获得至少5.5亿的收益,才能在帐面上收支平衡,但要做这么大的攻击,而且攻击后的币值会降低很多,因而一定要非常大的利益才能让攻击者这么做,因而我们按照卖掉比特币能获利20亿估计。

持有比特币=20亿/4000=50万个比特币

我们假设攻击者以1000元的成本拥有比特币,他原先的买币成本是2.5亿。
如果在短时间卖出50万个比特币,会把价格从4K打到谷底1K-2K了。
我们姑且假定,这是场外交易,对比特币价格没有影响。

3、成功实施51%攻击后的比特币价值

成功实施51%攻击后,我们认为在一段较长的时间内,人们对比特币的信心降低到冰点,比特币的价格会处于较低水平,如500元甚至更低,直至技术永远解决了51%攻击的可能性。

因而,即便攻击者成功实施了攻击,他的50万比特币的价值也将处于一个较低水平=50万 * 500=2.5亿。

4、攻击者的收支估算

攻击者以4K卖掉50万个比特币,获利20亿。

投入=5.5亿矿机+2.5亿比特币=8亿

收益=20亿-2.5亿-8亿+2.5亿=12亿

投入8亿,净收益12亿,这对比特币行业,绝对不是好收益。

5、8亿投资能获得多少收益

目前每天产出3600个比特币,如果一直保持51%算力可得到1836个,每月获得55080个比特币,按照4K计算收益为2亿。

攻击者持有的50万个比特币,当一个季度内比特币价格从4K到6K时,可以多获得10亿收益,这种价格上涨我认为是很正常的。

6、两种投资的收益对比

攻击是一种投资,诚实持币和挖矿也是一种投资。

攻击冒了巨大风险,获得12亿,如果在交易所大量抛售,获利还会更低;

诚实持币和挖矿,没有任何风险,一个季度内轻松获得收益=10亿+6亿=16亿。

我们假定的有理性的人,为了获得更大收益而攻击的人,实际上是不会发动这样的攻击的,这就是51%攻击悖论。

不过,如果是疯子或者国家,不惜血本只为毁灭比特币,我们没有办法阻止,也就没有必要讨论。

五、关于双花和虚花

关于这点已经在微博上说过多次,双花是指把一份币花了两次,且两次交易都被确认至少一次,其中一次交易一定是在孤立块中。目前大家所说的双花是交易可塑性问题:第一次交易不加交易费,被矿池排斥,欺骗某些无需确认的网站入帐后,再把币花到其他地方去。

双花是需要算力来保证的,可以是51%算力,也可以是45%算力,具体情况请看本文的第三部分的第二点,但要再次提醒的是:某个矿池连续产出3个区块,就有可能产生非51%算力的双花攻击,ghash.io出现过连续产出5-6个区块的情况,完全有能力发起这种攻击,因而比特币世界要时刻监控、密切注意。一旦出现孤立块,而且里面的交易输入在接下来几个块中重新出现,那很可能就是双花。我们看到:从今年4月份开始,孤立块出现得越来越多,应该有些情况。不过,我奇怪的是为什么blockchain.info关于孤立块的页面一直有BUG,一直不显示具体的孤立块内容,我10天或半月前向blockchain.info提过BUG,但是到现在为止还没有正常,但愿这是BUG,而非因其他原因而隐瞒数据。防范方法是多等几个确认,大额交易建议等1天(在这一点上,比特币天空网的多等几个确认的说法是对的)。

上文提到的交易可塑性问题,我们可以称之为虚花(这个名称从比特天空网的文章中借用而来,我觉得比较合适),第一次交易未被纳入区块,第二次交易会被纳入区块,这种攻击无需算力,谁都可以发起攻击,接收方的防范也很简单,只需至少一个确认。

六、本文小结

1、真正的51%算力攻击一旦发生,后果会很严重,但51%攻击有悖论,使得它事实上难以发生,除非疯子或疯子国家。

2、双花攻击无需51%的算力,ghash.io的45%算力已经具备了双花攻击的条件,事情没有我们想像得那么乐观,比特币世界要重视这个事情。

3、双花和虚花可以多等几个确认来防范,真正的51%算力攻击多等几个确认也难以防范。

BTC地址:1faVxBp2KmST98p3tJjx2MQP98JLLnF2Q

java达人语:可以把攻击比作特殊的赛跑,攻击者具有所有参赛者体力总和的51%,他跑的比其他参赛者都快,最后,根据规则,攻击者走过的跑道将被全网认同。


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