9.5 51%攻击问题 - 数据结构 - 机器学习
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9.5 51%攻击问题
1119 人参与 2018年09月30日 14:10 分类 : 区块链精品文章 评论
矿池算力集中产生51%攻击问题，准确来说，应当是50%+问题，从原理上看，只要能控制全网50%以上算力，攻击者将可以修改账本和阻止他人挖矿，从而
威胁到整个系统安全。那么拥有50%以上的算力是怎样劫持区块链的数据的呢？一种方法是通过分叉（forking）的方式。如图9-6所示，正常的矿工在
区块链上挖矿，攻击者把自己的货币花掉（购买服务商品等），这笔花费会记录在区块链的数据中，假定交易记录在区块4中。攻击者这时暗中伪造另一条区块链的
数据，将自己地址上的货币重新转账到其他地址，记录在自己伪造的区块4a中。由于在算力上的优势，攻击者比网络中其余的矿工计算得更快，从而得到一条更长
的区块链数据，如图9-6中区块4a到区块7a为攻击者的链，比其余矿工的链（区块4到区块6）更长。在公共区块链中，最长的链始终代表正确的分支，攻击
者只要把自己的较长的区块数据发布到网上，其余矿工就会认同攻击者的数据，从而接受区块4a到区块7a的数据，而原来区块4中的交易被推翻和抹去，这样就
达到了同一货币双重花费的目的。
图9-6 算力优势篡改数据的方式
从上述原理可以看到，攻击者要想更改账本数据，需要有一条比其他人更长的区块链数据。但是要实现这个目的，并不一定要
拥有超过50%的算力。如，某个矿工运气特别好，挖到两个连续的区块。他可以先隐藏这两个区块，等到其他矿工挖出一个区块数据后，他再广播自己的两个区
块，就可使得他人挖到的区块失效（因为长链占优）。这种做法称为“自私挖矿”（selfish
mining），这就白白浪费了其他矿工的算力，而自私者获得了更多的收益。
那么矿工连续挖到两个区块的概率是多少呢？如果某矿工的算力占全网的比例为p，他连续算出n个区块的概率就是pn
。表9-1列出了部分p和n对概率的影响，当p=0.1（10%）时，连续挖到2个区块的概率为1%；如果p=0.5（50%）时，连续挖到两个区块的概
率为25%，这已是较大概率的事件了。从比特币的历史上看，确实发生过矿池连续挖到多个区块的事情。在比特币系统中，6个区块之前的数据被认为是相对可靠
和难以推翻的。可是在2014年，大矿池Ghash.io挖到6个连续的区块，具备了逆转之前交易的可能，引发了社区对比特币安全性的担忧。该矿池当时的
规模在50%上下，算出6个连续区块的概率约为1.5%（参见表9-1）。概率虽小，但日积月累不停地挖矿，使得小概率事件也很可能发生。为
此，Ghash.io也不得不承诺把规模控制在39.99%以下。
表9-1 挖出连续区块和算力的关系
发起51%的攻击并不是严格地需要51%的全网算力，实际上，只要能够控制的算力接近50%，加上分布式网络的延时和
随机数等偶然因素，还是有可能实施成功攻击的。当然，只拥有50%左右算力时，由于攻击者和其余矿工的算力相差不大，需要较长的时间才能攻击成功。还有研
究表明，如果攻击者控制了33%的算力，再配合前面提到的“自私挖矿”等手段干扰其他矿工正常挖矿，将有能力最终控制整个网络。
比特币等采用公有区块链技术的加密货币，所有发生的交易在理论上都没有“最终性”（Finality），只要有足够的
算力，都是可以被推翻的。在实际中，推翻之前的区块数据需要的算力和时间都相当惊人，所需成本可能远远大于收益，还不如按规矩挖矿，因此，即使存在理论上
的可能性，也极少有人发动算力攻击。51%攻击方法不能偷走别人地址里面的货币，却可以实现攻击者的货币多重使用，从而摧毁加密货币的信任体系，使得币价
大跌，攻击者或许可以通过做空货币的方式获利。鉴于51%攻击的破坏性强，加密货币的参与者（如开发者、用户、矿工等）都会密切监视可能存在的攻击，并随
时进行防备。
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