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編號：鏈源Security Knowledge No.013
區塊鏈技術因其去中心化和透明的特性，成為了現代金融、供應鏈、資料儲存等多個領域的重要基礎設施。然而，隨著技術的發展，區塊鏈系統也面臨日益複雜的安全挑戰。鏈源安全團隊將從不同層級進行分析：L0（底層基礎設施）、L1（主鏈）、L2（擴展方案）和L3（應用層）。我們將全面解析區塊鏈的這四個主要層級的安全性，並探討它們各自面臨的挑戰和應對策略，並附上具體案例。
Layer 0 ：底層基礎設施安全
L0 層是區塊鏈的基礎設施，包括硬體、網路和共識機制等。這一層的安全性直接影響整個區塊鏈系統的穩定性和安全性。
安全挑戰：
硬體安全： 硬體設備可能受到實體攻擊或故障，導致資料外洩或系統崩潰。
網路安全： 區塊鏈網路可能遭受 DDoS 攻擊，影響網路的正常運作。
共識機制安全： 共識機制（如 PoW、PoS 等）可能受到攻擊，導致雙花攻擊或分岔問題。
安全措施：
硬體加密： 使用硬體安全模組（HSM）和可信任執行環境（TEE）來保護金鑰和敏感資料。
網路防護： 部署防火牆和 DDoS 防護機制，確保網路的穩定性。
共識機制最佳化： 改善共識演算法，增加攻擊難度，如增加工作量證明（PoW）的運算複雜度或採用權益證明（PoS）的多層次驗證機制。
案例：Ethereum Classic 是以太坊的一個分叉鏈，繼承了以太坊的原始鏈。 在2019 年和2020 年，ETC 網路分別遭遇多次51% 攻擊，攻擊者透過控制超過50% 的網路算力，進行了多次重組攻擊，導致雙花（Double Spending）現象，損失了數百萬美元的資產，嚴重影響了網路的可信度和安全性。之後 ETC 社群加強了網路監控，引入了偵測和防禦 51% 攻擊的工具，並提高了攻擊成本。
Layer 1 ：主鏈安全
L1 層是指區塊鏈的主鏈部分，涉及區塊鏈的協定和資料結構。這一層的安全性關係到區塊鏈網路的完整性和資料的不可篡改性。
安全挑戰：
協定漏洞： 區塊鏈協定可能存在設計缺陷或實作漏洞，被惡意利用。
智慧合約漏洞： 智慧合約程式碼可能存在漏洞，導致資金被竊或合約被濫用。
節點安全： 節點可能受到攻擊，影響整個區塊鏈網路的正常運作。
安全措施：
協議審計： 定期對區塊鏈協議進行安全審計，發現並修復潛在漏洞。
智慧合約審計： 使用工具和第三方審計服務對智慧合約程式碼進行全面審查，確保其安全性。
節點防護： 部署入侵偵測系統（IDS）和防火牆，保護節點免受攻擊。
案例： 2016 年，以太坊的DAO（去中心化自治組織）遭遇攻擊，這一事件涉及到以太坊網路的安全性,攻擊者利用DAO 智能合約中的漏洞（遞歸調用漏洞）進行雙重消費攻擊,駭客竊取了價值約5000 萬美元的以太坊。此事件導致了以太坊社區決定進行硬分叉以回滾被盜資金，產生了以太坊（ETH）和以太坊經典（ETC），並引入了更嚴格的合約審計和安全審查機制，以增強網絡的安全性。
Layer 2 ：擴充方案安全
區塊鏈L2（Layer 2）安全主要涉及區塊鏈網路之上的擴展解決方案，這些解決方案旨在提高網路的可擴展性和效能，同時保持高安全性。 L2解決方案包括側鏈、狀態通道、閃電網路等，這一層的安全性涉及跨鏈通訊和交易的確認。安全挑戰：
跨鏈通訊安全： 跨鏈通訊協定可能存在漏洞，被惡意利用進行攻擊。
交易確認安全： L2 層交易確認機制可能有缺陷，導致交易的雙重支付或未確認。
擴充方案實現安全性： 擴充方案的實作可能存在設計缺陷或實作漏洞，影響系統的安全性。
安全措施：
跨鏈協定審計： 對跨鏈通訊協定進行全面審計，確保其安全性。
交易確認機制最佳化： 改善交易確認機制，確保交易的唯一性與不可竄改性。
擴充方案安全驗證： 使用形式化驗證和安全測試工具對擴充方案進行全面驗證，確保其安全性。
案例：閃電網路是一種L2擴充方案，用於比特幣的快速小額支付。在2019 年，研究人員發現一個漏洞，允許攻擊者透過惡意交易竊取用戶的資金。攻擊者可以在通道關閉前發送無效交易，導致用戶資金被盜。儘管該漏洞未被大規模利用，但它暴露了閃電網路在安全性方面的潛在風險。開發團隊迅速發布了補丁，建議用戶升級到最新版本，並加強了安全審計。
Layer 3 ：應用層安全
L3 層是指基於區塊鏈的應用，包括智慧合約的安全性、dApp 的安全性、鏈上治理機制等，如去中心化應用程式（DApps）和智慧合約平台等。這一層的安全性涉及到使用者資料和應用邏輯的安全。
安全挑戰：
使用者資料安全： 用戶資料可能受到外洩或竄改，導致隱私外洩或資料遺失。
應用邏輯漏洞： 應用邏輯可能存在漏洞，被惡意利用攻擊。
身份驗證安全： 使用者身份驗證機制可能有缺陷，被惡意利用攻擊。
安全措施：
資料加密： 對用戶資料進行加密存儲，保護用戶隱私。
應用邏輯審計： 使用安全審計工具和第三方審計服務對應用邏輯進行全面審查，確保其安全性。
多因素認證： 採用多因素認證機制，提升使用者驗證的安全性。
案例： 2021 年 8 月，跨鏈互通協定 Poly Network 突然遭到駭客攻擊。使用該協議的 O 3 Swap 遭受了嚴重的損失。以太坊、幣安智能鏈、Polygon 三大網路上的資產幾乎被洗劫一空。 1 小時內，分別有 2.5 億、 2.7 億、 8,500 萬美元的加密資產被盜，總損失高達 6.1 億美元。這種攻擊主要是由於中繼鏈驗證者的公鑰被替換所造成的。即由攻擊者代替跨鏈的中間驗證者，由攻擊者自己控制。此事件促使更多的去中心化交易所加強對智慧合約的安全審計和多因素認證的實施。
結語
區塊鏈的安全性是一個多層次的問題，需要從L0到L3各層級進行全面分析與因應。透過強化硬體和網路安全、改善共識機制、定期進行協議和智慧合約審計、優化跨鏈通訊和交易確認機制，以及確保應用層的用戶資料和應用邏輯安全，可以大幅提升區塊鏈系統的整體安全性。
我們鏈源安全團隊會持續的進行安全研究和技術改進，確保區塊鏈技術健康發展，用戶可以更安全的進行交易，我們堅信只有不斷提升各層級的安全性，才能真正實現區塊鏈的去中心化、透明和安全的願景。
鏈源科技是一家專注於區塊鏈安全的公司。我們的核心工作包括區塊鏈安全研究、鏈上資料分析，以及資產和合約漏洞救援，已成功為個人和機構追回多起被盜數位資產。同時，我們致力於為產業機構提供專案安全分析報告、鏈上溯源和技術諮詢/支援服務。
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