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基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的 Sybil攻擊

Sybil攻擊最初是由Douceur在點對點網(wǎng)絡環(huán)境中提出的，他指出這種攻擊破壞了分布式存儲系統(tǒng)中的冗余機制，并提出直接身份驗證和間接身份驗證兩種驗證方式。后來，Chris Karlof等人指出Sybil攻擊對傳感器網(wǎng)絡中的路由機制同樣存在著威脅。

Sybil攻擊，又稱女巫攻擊，是指一個惡意結(jié)點非法地對外呈現(xiàn)出多個身份，通常把該結(jié)點的這些身份稱為Sybil結(jié)點。Sybil攻擊方式主要有以下幾種類型：直接通信、間接通信、偽造身份、盜用身份、同時攻擊、非同時攻擊。

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中，用戶創(chuàng)建新身份或者新節(jié)點是不需要代價的，攻擊者可以利用這一漏洞發(fā)動Sybil攻擊，偽造自己的身份加入網(wǎng)絡，在掌握了若干節(jié)點或節(jié)點身份之后，隨意做出一些惡意的行為。例如誤導正常節(jié)點的路由表，降低區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點的查找效率；或者在網(wǎng)絡中傳輸非授權(quán)文件，破壞網(wǎng)絡中文件共享安全，消耗節(jié)點間的連接資源等，而且不用擔心自己會受到影響。圖2示出了在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中攻擊者進行Sybil攻擊的原理。

Sybil攻擊對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 虛假節(jié)點加入：在遵循區(qū)塊鏈網(wǎng)絡協(xié)議的基礎上，任何網(wǎng)絡節(jié)點都可以向區(qū)塊鏈網(wǎng)絡發(fā)送節(jié)點加入請求消息；收到請求消息的區(qū)塊鏈節(jié)點會立即做出響應，回復其鄰居節(jié)點信息。利用這個過程，Sybil攻擊者就可以獲取大量的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點信息來分析區(qū)塊鏈網(wǎng)絡拓撲，以便更高效地對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡進行攻擊或破壞。

2. 誤導區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點的路由選擇：節(jié)點間路由信息的實時交互是保證區(qū)塊鏈網(wǎng)絡正常運行的關(guān)鍵因素之一。節(jié)點只需定時地向其鄰居節(jié)點宣告自己的在線情況，就能保證自己被鄰居節(jié)點加入到其路由表中。惡意的Sybil入侵者通過這個過程，可以入侵正常區(qū)塊鏈節(jié)點的路由表，誤導其路由選擇，大大降低區(qū)塊鏈節(jié)點的路由更新和節(jié)點查找效率，極端情況下，會導致Eclipse攻擊。

3. 虛假資源發(fā)布：Sybil攻擊者一旦入侵區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點的路由表，就可以隨意發(fā)布自己的虛假資源。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的目的是實現(xiàn)用戶間資源的分布式共享，如果網(wǎng)絡中充斥著大量的虛假資源，那么在用戶看來，這將是無法接受的。

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基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的Eclipse攻擊

Moritz Steiner等人在Kad網(wǎng)絡中提出了Eclipse攻擊，并且給出了該攻擊的原理。Eclipse攻擊是指攻擊者通過侵占節(jié)點的路由表，將足夠多的虛假節(jié)點添加到某些節(jié)點的鄰居節(jié)點集合中，從而將這些節(jié)點“隔離”于正常區(qū)塊鏈網(wǎng)絡之外。當節(jié)點受到Eclipse攻擊時，節(jié)點的大部分對外聯(lián)系都會被惡意節(jié)點所控制，由此惡意節(jié)點得以進一步實施路由欺騙、存儲污染、拒絕服務以及ID劫持等攻擊行為。因此，Eclipse攻擊對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的威脅非常嚴重。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的正常運行依賴于區(qū)塊鏈節(jié)點間路由信息的共享。Eclipse攻擊者通過不斷地向區(qū)塊鏈節(jié)點發(fā)送路由表更新消息來影響區(qū)塊鏈節(jié)點的路由表，試圖使普通節(jié)點的路由表充滿虛假節(jié)點。當區(qū)塊鏈節(jié)點的路由表中虛假節(jié)點占據(jù)了較高的比例時，它對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的正常行為，包括路由查找或者資源搜索，都將被惡意節(jié)點所隔絕開，這也是這種攻擊被稱為月食攻擊的原因。圖3示出了在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中攻擊者進行

Eclipse攻擊的原理。

Eclipse攻擊和Sybil攻擊密切相關(guān)，它需要較多的Sybil攻擊節(jié)點相配合。為了實現(xiàn)對特定區(qū)塊鏈節(jié)點群的Eclipse攻擊，攻擊者必須首先設置足夠多的Sybil攻擊節(jié)點，并且向區(qū)塊鏈網(wǎng)絡宣稱它們是“正?！钡墓?jié)點，然后使用這些Sybil節(jié)點與正常的區(qū)塊鏈節(jié)點通信，入侵其路由表，最終把它們從區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中隔離出去。

Eclipse攻擊對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的影響十分重大。對于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡來說，Eclipse攻擊破壞了網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，減少了節(jié)點數(shù)目，使得區(qū)塊鏈網(wǎng)絡資源共享的效率大大降低，在極端情況下，它能完全控制整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，把它分隔成若干個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡區(qū)域。對于受害的區(qū)塊鏈節(jié)點來說，它們在未知的情況下脫離了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，所有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡請求消息都會被攻擊者劫持，所以它們得到的回復信息大部分都是虛假的，無法進行正常的資源共享或下載。

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基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的DDoS攻擊

DDoS攻擊是一種對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡安全威脅最大的攻擊技術(shù)之一，它指借助于C/S技術(shù)，將多個計算機聯(lián)合起來作為攻擊平臺，對一個或多個目標發(fā)動攻擊，從而成倍地提高拒絕服務攻擊的威力。

傳統(tǒng)的DDoS攻擊分為兩步：第一步利用病毒、木馬、緩沖區(qū)溢出等攻擊手段入侵大量主機，形成僵尸網(wǎng)絡；第二部通過僵尸網(wǎng)絡發(fā)起DoS攻擊。常用的攻擊工具包括：Trinoo、TFN、TFN2K、Stacheldraht等。由于各種條件限制，攻擊的第一步成為制約DDoS攻擊規(guī)模和效果的關(guān)鍵。

新型的DDoS攻擊不需要建立僵尸網(wǎng)絡即可發(fā)動大規(guī)模攻擊，不僅成本低、威力巨大，而且還能確保攻擊者的隱秘性。圖4示出了在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中攻擊者進行DDoS攻擊的原理。

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中具有數(shù)以百萬計的同時在線用戶數(shù)，這些節(jié)點提供了大量的可用資源，例如分布式存儲和網(wǎng)絡帶寬。如果利用這些資源作為一個發(fā)起大型DDoS攻擊的放大平臺，就不必入侵區(qū)塊鏈網(wǎng)絡節(jié)點所運行的主機，只需要在層疊網(wǎng)絡（應用層）中將其控制即可。理論上說，將區(qū)塊鏈網(wǎng)絡作為DDoS攻擊引擎，如果該網(wǎng)絡中有一百萬個在線用戶，則可以將攻擊放大一百萬倍甚至更多。

根據(jù)攻擊方式的不同，基于區(qū)塊鏈的DDoS攻擊可分為主動攻擊和被動攻擊兩種。基于區(qū)塊鏈的主動DDoS攻擊是通過主動地向網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送大量的虛假信息，使得針對這些信息的后續(xù)訪問都指向受害者來達到攻擊效果的，具有可控性較強、放大倍數(shù)高等特點。這種攻擊利用區(qū)塊鏈網(wǎng)絡協(xié)議中基于“推（push）”的機制，反射節(jié)點在短時間內(nèi)會接收到大量的通知信息，不易于分析和記錄，并且可以通過假冒源地址避過IP檢查，使得追蹤定位攻擊源更加困難。此外，主動攻擊在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中引入額外流量，會降低區(qū)塊鏈網(wǎng)絡的查找和路由性能；虛假的索引信息，會影響文件下載速度。

基于區(qū)塊鏈的被動DDoS攻擊通過修改區(qū)塊鏈客戶端或者服務器軟件，被動地等待來自其它節(jié)點的查詢請求，再通過返回虛假響應來達到攻擊效果。通常情況下，會采取一些放大措施來增強攻擊效果，如：部署多個攻擊節(jié)點、在一個響應消息中多次包含目標主機、結(jié)合其它協(xié)議或者實現(xiàn)漏洞等。這種攻擊利用了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡協(xié)議中基于“?。╬ull）”的機制。被動攻擊屬于非侵擾式，對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡流量影響不大，通常只能利用到局部的區(qū)塊鏈節(jié)點。

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