区块链威胁建模 – ImmuneBytes

2026年2月24日

代码、混乱与共识之旅

想象一个没有中心化权威的熙熙攘攘的市场。每个人都在交易；每个人都有发言权；每个人都帮助保持记录的准确。这就是区块链的愿景：一个自我调节的共识引擎，一个无需单一中间人的活态账本。然而，在这个充满抱负的表象之下，隐藏着一套复杂的机制，它至少必须信任其蓝图。而当我们信任一份蓝图时，我们必须确切地知道它的接缝可能在何处吱嘎作响，它的焊接可能在何处失效。

本文重点评估区块链的支柱——使其正常运行的内部机制。我们不是要审视DeFi应用的界面或NFT市场的用户体验。相反，我们正在深入研究基础设施：共识层、数据完整性框架、网络协议和构成整个生态系统的模块化组件。在这些更深的层面上，一个被忽视的假设就可能颠覆整个运作。

共识：在不信任的机器中建立信任

任何区块链的核心都是其共识协议。如果没有一种可靠的方式让数千个节点就单一事实来源达成一致，整个系统就会崩溃。股权证明（PoS）模型，例如Cosmos生态中的链，假设大多数验证者会行为良好；毕竟，他们已将资产质押作为抵押品。但是，如果一个验证者卡特尔悄悄地联合他们的利益呢？如果经济激励被扭曲，共谋比公平更有利可图呢？

共识面临的微妙威胁：

• 验证者卡特尔： 一小部分验证者可能结成联盟，并凭借足够的组合投票权，重写交易历史、敲定可疑区块或审查某些交易。这种秘密合作从内部破坏了链的完整性，即使表面上看起来是合规的。
• 最终性窗口攻击： 许多拜占庭容错（BFT）协议在建立最终性之前都有一个“窗口”。如果攻击者在此期间能够操纵区块传播或网络连接，他们可能会引入分叉或阻碍共识进程，阻止链达到稳定的历史记录。
• 扭曲的激励和不当行为： 追求更高利润的验证者可能会规避惩罚机制或进行微妙的计时技巧。随着时间的推移，激励结构中的这些裂缝会扩大，侵蚀信任和安全性。

加强基础：

项目通常结合密码学证明、严格的惩罚条件和验证者的随机选择（通过VRF）来让攻击者难以预测。例如，以太坊的信标链和Cosmos的Tendermint算法实现了多层投票轮次和最终性检查点。就像一座有多重城墙的堡垒一样，每一层都限制了攻击者可能造成的损害。

数据层：内存、可用性和过去交易的幽灵

区块链不仅仅是区块的链。它是一个动态的内存系统——必须忠实地记录每笔交易对账户、智能合约和治理参数的影响。当数据丢失、损坏或被扣留时，链的承诺就会瓦解。例如，基于Cosmos SDK构建的模块不仅在本地，而且在整个Inter-Blockchain Communication (IBC) 网络中都依赖于准确、及时的数据。即使数据可用性出现轻微的故障，也可能导致应用链失去同步或未能正确更新其状态机。

数据可用性面临的主要威胁：

• 选择性扣留交易： 如果某些节点通过不广播交易来审查它们，内存池就会失真。这可能使一些市场参与者获得不公平的优势，或者使网络部分不可用。
• 历史数据丢失和修剪错误： 随着时间的推移，区块链会修剪旧数据以保持效率。然而，修剪逻辑中的错误可能会删除重要的历史记录或使以前的状态转换无效。失去这段历史就像失去一个人的法律文件——没有它们，当前的声称就远不那么可信。
• 模块化架构中的数据可用性故障： 高级扩展解决方案、Rollup和应用链依赖于完整的历史数据。如果一个节点扣留状态更新，依赖链可能会停滞不前，使用户受困并侵蚀信任。

缓解策略：

• 数据可用性证明和纠删码： 这些技术确保所有节点共同持有一套完整且可验证的数据集，从而使选择性扣留信息变得更加困难。
• 加密内存池： 在链上包含交易数据之前对其进行加密，防止节点根据交易内容进行审查或操纵。

严格的IBC验证： 对IBC消息进行仔细验证，并为跨链确认提供回退策略，确保当一个链向另一个链发送状态变更时，消息能够完整且真实地到达。

网络层：去中心化与现实世界的交汇

区块链依赖点对点网络快速可靠地传播信息。但现实世界是混乱的——存在延迟差异、恶意节点，以及旨在隔离诚实参与者的攻击者。即使在去中心化环境中，控制信息流也能带来巨大的优势。

即使在完全去中心化的协议中，网络层面的威胁也可能隔离节点、延迟区块或中断同步：

• DDoS攻击和延迟漏洞： 例如，高频交易应用链依赖低延迟更新。一次精心策划的DDoS攻击可以减慢区块传播，让狡猾的攻击者重塑交易顺序。随着时间的推移，这些延迟和中断可能导致微妙的市场操纵。
• 日蚀攻击 (Eclipse Attacks)： 想象一下，一个验证者（或一小组验证者）只看到网络中经过精心策划的子集。攻击者向他们发送过时的区块或完全审查某些交易。受困于自己的私有气泡中，受害者在与网络其余部分不同的现实中运作。

构建弹性通信网络：

网络层通过点对点（P2P）通信连接区块链的分布式节点。节点相互传播交易、共享区块并验证状态。但去中心化并不意味着不可触碰——网络层是一个攻击面，其弱点向上波及到共识和数据层。

对策通常归结为鲁棒的对等节点选择、维护多样化的连接集以及持续的延迟和可用性监控。一些链还依赖部分中心化的“引导”服务或身份质押系统来限制女巫攻击（Sybil attacks）的影响——尽管这必须与去中心化的理想仔细权衡。

1. 网络多样化：确保节点维护多个地理分布的对等连接以避免隔离。
2. 反女巫攻击机制：使用身份验证（例如，股权证明权重）来限制恶意节点的影响。
3. 延迟测试：持续监控节点延迟和传播时间，以检测网络通信中的异常。

区块链中的模块化：

Cosmos SDK通过允许具有模块化组件的自定义应用链彻底改变了区块链架构。用于用户管理、治理、质押和清算的模块允许开发人员“构建他们的链”。然而，这种模块化也带来了碎片化的漏洞。

模块化链中的主要威胁：

应用链的灵活性伴随着独特的风险：

• 抵押品模块下溢：自定义清算逻辑可能错误地计算健康分数，延迟清算并导致级联破产。
• IBC消息循环：对跨链确认处理不当可能会导致通信通道死锁，如早期Cosmos漏洞中所观察到的。
• 状态同步故障：跟踪用户资金或订单的模块可能会遇到gas耗尽或不同步，从而冻结关键操作。

缓解策略：

1. 不变式测试：对所有自定义模块（抵押品、归属、健康评分）实施严格的模糊测试和基于属性的测试。
2. 循环安全验证：确保跨链IBC消息处理程序避免无边界循环。
3. 冗余监控：对于跟踪状态的模块（例如，订单簿），引入跨节点的状态一致性检查。

开发人员必须严格测试每个模块，最好使用模糊测试、基于属性的测试以及可能的形式化验证工具。清晰的规范、彻底的审计和回退安全机制（如IBC确认的超时）可以防止这些局部故障像病毒一样在系统中蔓延。

结论：威胁建模不可或缺

区块链不会在表面破裂——它从内部断裂。在进行威胁建模时，重点必须放在协议的骨骼上：共识算法、网络稳定性、数据可用性和应用链模块。必须系统地剖析每一层，挑战其假设，并对其对抗行为进行建模。

• 原文链接： blog.immunebytes.com/202...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～