blockchain-council(CBSP)-4.隐私问题和安全机制

74
Web3

一、基本安全机制

在本次课程中，我们将讨论基本的安全性、机制和区块链。安全性是区块链技术的一个基本方面，确保数据和交易的完整性、机密性和真实性。我们将介绍加密技术、共识机制和智能合约安全。所有这些都发挥着至关重要的作用，保护区块链网络免受各种威胁和漏洞的侵害。我们已经在之前的课程中讨论过这个问题所以让我们简单复习一下。

密码学技术

  • 密码学技术是区块链安全的支柱，为数据隐私、身份验证和完整性提供了基础。区块链系统中常用的一些基本密码学技术包括：
  1. 哈希函数 (Hash Functions)
  2. 公钥密码学 (Public Key Cryptography)
  3. 数字签名 (Digital Signatures)
  4. 零知识证明 (Zero-Knowledge Proofs, ZKPs)
  5. 默克尔树 (Merkle Trees)

共识机制

  • 为了在去中心化的区块链网络中的节点之间达成共识，共识方法至关重要。它们确保网络中的每个人都对区块链的当前状态和交易的合法性达成一致。区块链网络的安全性和完整性很大程度取决于共识程序，因为每种机制都有优点和缺点。让我们探讨一下区块链技术中使用的一些常见共识机制：
  1. 工作量证明 (Proof of Work, PoW)
  2. 权益证明 (Proof of Stake, PoS)
  3. 委托权益证明 (Delegated Proof of Stake, DPoS)
  4. 实用拜占庭容错 (Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)
  5. 权威证明 (Proof of Authority, PoA)

智能合约安全

  • 智能合约是具有预先建立的规则和条件（以代码形式表达）的自动执行合约。当满足特定要求时，它们会自动开始工作。智能合约安全的关键考虑因素：

  1. 代码审计 (Code Auditing)

    • 为了发现任何漏洞，安全专家应对智能合约进行彻底的代码审计。
    • 审计确保代码遵循最佳实践，并有助于及早发现问题。

  2. 安全开发实践 (Secure Development Practices)

    • 遵循安全的编码实践对于降低引入漏洞的风险至关重要。
    • 输入验证、避免不安全的函数以及正确的错误处理对于防止常见漏洞至关重要。

  3. 避免重入攻击 (Avoiding Reentrancy Attacks)

    • 当外部合约在初始执行完成之前回调到易受攻击的智能合约时，就会发生重入攻击。
    简单来说：就像你去银行取钱，柜员还没给你钱的时候，你又插队跑到柜台，再取一次钱。“避免重入攻击”就是银行要做好防护，确保每个人都只能按顺序取钱，不能插队。

具体到智能合约：
智能合约在执行某些操作（比如转账）时，可能会调用外部合约。
“重入攻击”就是黑客利用这个调用，让外部合约在智能合约还没完成自己的操作之前，又一次调用智能合约。
这样，黑客就可以重复执行某些操作，比如重复提款，从而盗取资金。

  4. 访问控制 (Access Control)

    • 实施适当的访问控制机制对于限制未经授权的访问并确保只有授权用户才能与智能合约中的特定功能交互至关重要。

  5. Gas限制考虑 (Gas Limit Considerations)

    • 像以太坊区块链这样的平台上的智能合约具有有限的gas执行量。（Gas是用于衡量执行交易或智能合约所需计算工作量的单位）
    • 避免过度的gas消耗对于防止意外的合约终止和资金损失非常重要。（设置Gas限制是为了防止网络资源的滥用，确保交易和合约执行的效率和安全性）

  6. 安全升级合约 (Upgrading Contracts Safely)

    • 如果使用可升级的智能合约，则必须确保升级过程安全，并且不会损害合约或用户资金的完整性。

  7. 持续监控和响应 (Continuous Monitoring and Response)

    • 定期监控智能合约的可疑活动并及时响应潜在的攻击对于最大限度地减少安全漏洞造成的损失至关重要。

  8. 形式化验证 (Formal Verification)

    • 一些高级技术，例如形式化验证，可以从数学上证明智能合约代码的正确性并消除潜在的漏洞。

网络安全

网络安全的关键考虑因素：

  1. 加密 (Encryption)

    • 加密节点之间的通信有助于防止窃听和未经授权访问通过网络传输的敏感数据。

  2. 分布式架构 (Distributed Architecture)

    • 区块链的去中心化特性提供了固有的安全优势，因为不存在单点故障或控制。
    • 对少数节点的攻击不会损害整个网络。

  3. 点对点通信 (Peer-to-Peer Communication)

    • 区块链网络依赖于点对点通信，减少了对中间人和潜在安全漏洞的暴露。

  4. 防火墙和访问控制 (Firewalls and Access Controls)

    • 实施防火墙和访问控制有助于控制网络流量并保护节点免受恶意活动侵害。

  5. 分布式拒绝服务 (DDoS) 保护 (Distributed Denial of Service (DDoS) Protection)

    • DDoS保护措施对于防止网络被来自恶意来源的流量压垮至关重要。

身份和访问管理 (Identity and Access Management, IAM)

IAM 的关键考虑因素：

  1. 身份验证 (Authentication)

    • 强大的身份验证机制，例如多因素身份验证，有助于在授予访问权限之前验证用户的身份。

  2. 基于角色的访问控制 (Role-Based Access Control, RBAC)

    • 实施RBAC确保根据用户在网络中的角色授予适当的权限。

  3. 基于令牌的身份验证 (Token-based Authentication)

    • 使用令牌或密码学凭证进行用户身份验证可以增强安全性并减少对密码的需求。

  4. 访问权限撤销 (Revocation of Access)

    • 确保及时撤销终止用户或受损帐户的访问权限可以防止未经授权的访问。

不可变账本和数据完整性

以下因素有助于数据完整性：

  1. 共识机制

    • 共识机制确保所有节点对交易的有效性和区块链的状态达成一致，从而维护数据的完整性。

  2. 加密哈希

    • 哈希函数确保每个区块的数据都安全地链接到前一个区块，使其具有防篡改性。

  3. 时间戳

    • 准确的交易时间戳提供了审计追踪，能够验证事件的顺序和完整性。

钱包安全

  • 钱包用于存储访问和管理区块链资产所需的密码学密钥。确保钱包安全对于保护用户资金和数字资产至关重要。

关键考虑因素包括：

  1. 冷钱包 (Cold Wallets)

    • 未连接到互联网的冷钱包为长期资产存储提供了增强的安全性。

  2. 硬件钱包 (Hardware Wallets)

    • 硬件钱包通过将私钥离线保存并由安全芯片保护来提供额外的安全性。

  3. 多重签名钱包 (Multi-Signature Wallets)

    • 多重签名钱包需要多个授权签名才能发起交易，从而增强安全性并防止未经授权的访问。

  4. 安全备份和恢复 (Secure Backup and Recovery)

    • 为钱包密钥实施安全的备份和恢复机制对于防止数据丢失和确保连续性至关重要。

安全密钥存储

为了防止未经授权的访问和资产损失，安全地存储密码学密钥至关重要。

  • 硬件安全模块 (Hardware Security Modules, HSMs)：HSMs是专用的硬件设备，可以安全地生成、存储和管理密码学密钥。
  • 密钥管理服务 (Key Management Services)：密钥管理服务提供集中式和安全的密钥存储解决方案。
  • 冷存储 (Cold Storage)：离线冷存储方法，例如纸钱包或硬件钱包，可以提供额外的保护层来抵御在线威胁。

事件响应与恢复

即使采取了积极的安全措施，事件仍可能发生。制定明确的事件响应计划有助于有效地检测、缓解和从安全漏洞中恢复。

  • 事件检测 (Incident Detection)： 持续监控和异常检测系统有助于及时识别可疑活动。
  • 控制与缓解 (Containment and Mitigation)： 隔离受影响的节点并采取对策有助于防止进一步的损害。
  • 恢复与取证 (Recovery and Forensics)： 恢复丢失的数据并分析事件以吸取经验教训对于未来的改进至关重要。

持续监控与审计

持续监控与审计对于确保区块链技术的持续安全和合规性至关重要。

  • 网络监控 (Network Monitoring)： 监控网络流量和节点活动有助于实时检测潜在的安全威胁。
  • 智能合约审计 (Smart Contract Audits)： 定期审计智能合约有助于识别漏洞，并确保遵守最佳实践，维护自动化合约的完整性和功能。

互操作性和安全性

不同区块链网络之间的互操作性带来了安全挑战。不同区块链之间协调和安全的数据传输，以及兼容的通信协议，对于实现无缝集成至关重要。

  • 安全通信协议：实施标准和安全的通信协议，确保不同区块链网络之间传输的数据免受未经授权的访问和篡改。
  • 数据映射和转换：正确映射和转换跨区块链的不同数据结构，确保跨链交易的准确性和一致性。
  • 信任框架：在可互操作的区块链之间建立信任框架，有助于定义明确的安全和治理规则，从而进一步增强安全性。

结论

在区块链技术中，全面的安全方法至关重要。结合加密技术、安全访问管理、强大的钱包安全、持续监控以及对互操作性的仔细考虑，确保了区块链系统的安全性和完整性。

通过在用户之间建立信任并遵循最佳实践，行业可以促进这种变革性技术的广泛采用，利用其潜力来创新和颠覆传统系统。

二、区块链中的隐私问题

本次中讨论每个隐私和关注点

永久数据

  • 区块链技术利用分布式账本存储交易。一旦将区块添加到区块链中，几乎不可能更改或删除它。这种不可变性是区块链最重要的优势之一，因为它促进了用户之间的透明度和信任。然而，它也带来了重大的隐私问题。
  • 就隐私而言，这意味着一旦个人数据存储在区块链上，它就会无限期地保留在那里。例如，如果使用区块链存储个人身份信息 (PII)，例如姓名、地址或社会安全号码，这可能存在风险。如果这些数据被未经授权的个人或团体访问，可能会以各种方式被利用，例如身份盗窃或欺诈。

  • 这种将数据永久存储在区块链上的特性，对“被遗忘权”产生了影响。

    • “被遗忘权”是《通用数据保护条例》（GDPR）等数据保护法所包含的概念。
    • 根据这项原则，个人有权要求从公司服务器中删除他们的个人数据。
    • 但是，在区块链中，由于技术的不可变性，实现这样的请求实际上是不可能的。

  • 一种可能的解决方案是，仅在区块链上存储所需的最少数据量，使用加密哈希或指向链下存储数据的指针。

    • 但是，这些方法有其自身的复杂性，必须仔细设计，才能真正尊重用户隐私。

公开透明性

  • 区块链，尤其是公共区块链，被设计为完全透明的。网络中的任何参与者都可以查看链上记录的交易。虽然这种透明性旨在提供安全性和信任，但它也会损害隐私。
  • 这种透明性会导致可追溯性，使得潜在的攻击者可以跟踪用户随时间的行为。通过分析交易数据，可能会出现一些模式，揭示交易背后的个人或实体，而他们可能并不希望如此。例如，有人可能会监控高价值交易，以确定富有的个人或公司，然后将他们作为攻击目标。
  • 在某些情况下，公开透明性也会导致与商业机密相关的问题。
  • 例如，在供应链用例中，如果企业不想让其竞争对手知道它与哪些供应商打交道，那么使用完全透明的公共区块链可能是一个劣势。
  • 人们已经提出了各种增强隐私的技术，例如零知识证明和环签名，以使交易保密，同时确保其有效性。这些技术允许在不泄露交易内容的情况下验证交易。

可链接性

  • 尽管区块链交易使用密码学地址而不是真实身份，但每笔交易的来源和目的地都记录在链上。如果有人能将您的身份与您的区块链地址关联起来，他们就有可能查看您的交易历史和余额。
  • 当考虑可能与区块链数据相关联的“链下”数据时，这种担忧变得更加重要。例如，如果用户向一个也拥有其真实身份的服务提供了一个区块链地址，观察者就有可能将这些信息片段关联起来。

匿名性不足

  • 区块链上的交易更准确地描述为假名，因为它们与公钥（一串数字和字母）相关联，而不是与人的姓名相关联。然而，一旦这个假名与一个人的身份相关联，与之相关的所有交易都可以追溯到他们。
  • 当考虑例如需要高水平隐私以避免报复的举报人的活动，或生活在金融活动可能受到审查的压迫政权下的人的活动时，交易的匿名性不足就成了一个问题。
  • 更高级的密码学技术，例如Zcash等区块链中使用的zk-SNARKS（零知识简洁非交互式知识论证)或Monero中使用的环签名，可以提供更强大的隐私保证。

互操作性和数据共享

  • 随着区块链技术的不断发展，不同区块链之间进行交互的需求日益增长，这被称为互操作性。这本质上意味着不同的区块链网络可以共享和理解彼此的数据。
  • 虽然互操作性具有许多潜在的好处（例如提高效率和易用性），但它也会带来隐私风险。例如，一个区块链可能具有强大的隐私保护并安全地存储数据，但当该数据传输到另一个隐私控制较弱的链时，它可能会变得脆弱。

智能合约漏洞

  • 如果智能合约编写不当，可能会存在漏洞，导致其行为不可预测或允许漏洞利用，从而可能导致资金损失或敏感数据泄露。此外，就像交易一样，一旦智能合约部署在区块链上，其代码对网络上的所有参与者都是可见的。如果该合约包含敏感信息，则任何检查链的人都可以看到。
  • 为了解决这些问题，在部署之前应进行严格的智能合约测试和审计。可以使用零知识证明等保护隐私的计算方法，以确保在智能合约中处理的数据保持私密。

监管和法律管辖权

  • 鉴于区块链技术是去中心化的，并且分布在国际边界上，因此通常不清楚哪个司法管辖区的法律适用于区块链上的交易和数据。这种模糊性使得个人难以主张其隐私权，因为相关法律在不同司法管辖区之间可能存在显著差异。
  • 例如，赋予个人对其个人数据重大控制权的欧盟《通用数据保护条例》(GDPR) 如何适用于在全球范围内分布并由许多不同国家/地区的实体维护的区块链？
  • 在区块链技术的去中心化特性与对法律管辖权和监管的需求之间取得平衡是一个复杂的问题。

量子计算

  • 大多数区块链都使用一种称为公钥密码学的加密形式，其中使用一组密钥（一个公钥，一个私钥）来加密和解密数据。

    • 该系统的安全性依赖于这样一个事实：以当前的技术，实际上不可能从公钥中推导出私钥。
  • 然而，量子计算机可能有能力比传统计算机更快地解决这些问题，从而有可能从公钥中推导出私钥。
  • 为了缓解这种威胁，研究人员正在努力开发抗量子算法，这些算法可以集成到区块链系统中，以保护它们免受潜在的量子攻击。

中心化风险

  • 实际上，可能会出现一定程度的中心化。
  • 例如，在工作量证明系统中，如果一个矿池控制了网络超过50%的挖矿哈希率，它就有可能通过“51% 攻击”来操纵区块链。
  • 这种中心化会带来隐私风险，因为该实体可能会增加对交易的可见性。此外，它还可能通过使双重花费代币或阻止某些交易被确认，从而损害网络的完整性。

链下数据

  • 并非所有与区块链交易相关的数据都必须存储在区块链上。由于存储限制、成本考虑或隐私问题，一些信息可能会存储在链下。
  • 然而，链下数据存储也可能带来隐私风险，尤其是在其安全性不如区块链上的数据时。如果攻击者能够访问与链上数据相关联的链下数据，他们可能会发现比用户原本打算透露的更多信息。
  • 为了缓解这一问题，链下数据应进行加密和访问控制，与链上数据一样需谨慎处理。此外，可以使用混合方法，在链上存储必要数据，而将敏感数据安全地保存在链下，并采取所有适当的安全措施。

本文链接：

https://www.linqi.net.cn/index.php/archives/573/