比特幣協議中的時間扭曲攻擊漏洞

2025年3月26日，一位比特幣開發者提出了一個新的改進提案，旨在修復比特幣協議中長期存在的幾個漏洞和弱點。這個被稱爲"大共識清理"的軟分叉提案中，一個值得關注的安全問題就是"時間扭曲攻擊"。

比特幣的時間戳保護機制

比特幣協議中有兩個主要的時間戳保護規則：

1. 中位過去時間(MPT)規則：區塊的時間戳必須晚於前11個區塊時間戳的中位數。

2. 未來區塊時間規則：區塊時間戳不能比網路節點的中位時間提前超過2小時。

這些規則旨在防止區塊時間戳被過度操縱。然而，時間扭曲攻擊利用了這些規則的漏洞，通過僞造時間戳使其遠遠回到過去。

中本聰的計算錯誤

比特幣的難度調整周期包含2016個區塊，約爲兩周時間。在計算挖礦難度調整時，協議比較2016區塊窗口中第一個和最後一個區塊的時間戳差。然而，中本聰在計算目標時間時犯了一個微小的錯誤：他使用了2016而不是2015作爲乘數，導致目標時間比實際應有的長0.05%。

這個錯誤使得比特幣的實際目標區塊間隔爲10分鍾零0.3秒，而非準確的10分鍾。雖然這個0.3秒的誤差本身影響不大，但它卻爲一個更嚴重的漏洞埋下了伏筆。

時間扭曲攻擊的原理

時間扭曲攻擊利用了中本聰在難度計算中的錯誤。攻擊者通過操縱區塊時間戳，使得區塊鏈在時間上緩慢前進，同時遵守MPT規則。具體來說：

• 大多數區塊的時間戳僅比前一個區塊提前1秒。
• 每6個區塊將時間戳增加1秒，以符合MPT規則。
• 在每個難度調整周期的最後一個區塊，將時間戳設爲真實世界時間。
• 新週期的第一個區塊時間戳再次回到過去。

這種操作導致區塊鏈時間越來越落後於真實時間，而難度會不斷增加。然而，由於週期末尾的時間戳突然跳躍，難度計算會被扭曲，導致下一周期難度大幅下調。

攻擊的潛在影響

如果成功實施，時間扭曲攻擊可能導致以下後果：

1. 難度急劇下降，使得區塊生成速度異常快。
2. 大量比特幣在短時間內被創造。
3. 攻擊者可能通過出售這些幣獲利。

然而，實施這種攻擊面臨諸多挑戰，包括需要控制大部分算力、誠實礦工的存在會增加難度、攻擊過程容易被發現等。

解決方案

爲了修復時間扭曲攻擊漏洞，開發者提出了一個相對簡單的解決方案：要求新難度週期的第一個區塊時間戳不早於前一周期最後一個區塊的特定時間限制。目前的提案建議將這個時間限制設爲2小時，這只佔難度調整周期目標時間的約0.6%，可以有效限制難度被操縱的程度。

這個解決方案既能有效防止時間扭曲攻擊，又能最大程度降低意外產生無效區塊的風險。它與現有的未來區塊時間規則保持一致，在正常情況下可能比現有的MPT規則更爲靈活。

隨着這個安全漏洞的修復，比特幣網路將變得更加健壯和安全，爲其長期發展奠定更堅實的基礎。