比特幣協議中的時間扭曲攻擊漏洞

2025年3月26日，比特幣開發者提出了一個新的軟分叉提案，旨在修復比特幣協議中長期存在的多個漏洞和弱點。其中一個較爲嚴重的漏洞被稱爲"時間扭曲攻擊"，本文將對此進行深入探討。

比特幣的時間戳保護機制

在討論時間扭曲攻擊之前，我們需要了解比特幣當前的時間操縱保護規則：

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

2. 未來區塊時間規則：區塊時間戳不能比節點對等體的中位時間超前2小時以上。

這些規則旨在防止區塊時間戳過於偏離實際時間，但仍存在一些漏洞。

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，協議會計算相關2016區塊窗口中第一個和最後一個區塊之間的時間戳差。然而，中本聰在設計時犯了一個小錯誤：他使用了2016而不是2015來計算目標時間，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目標出塊時間實際上是10分鍾零0.3秒，而不是精確的10分鍾。雖然這個誤差看似微不足道，但它爲時間扭曲攻擊創造了可能。

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，使區塊鏈在時間上緩慢前進，同時符合MPT規則。具體步驟如下：

1. 對於大多數區塊，將時間戳設置爲比前一個區塊前進一秒。
2. 每六個區塊保持相同時間戳，然後在下一個區塊增加一秒。
3. 在每個難度調整周期的最後一個區塊，將時間戳設置爲真實世界時間。
4. 下一個週期的第一個區塊時間戳再次回到過去。

這種攻擊會導致區塊鏈越來越落後於真實時間，難度也會不斷增加。然而，在第二個調整周期後，難度將開始向下調整，攻擊者可以以極快的速度創建區塊，potentially創造大量比特幣。

攻擊的可行性與限制

雖然理論上這種攻擊具有毀滅性，但實際實施面臨諸多挑戰：

1. 需要控制大部分算力。
2. 誠實礦工的存在會增加攻擊難度。
3. MTP規則和誠實礦工的時間戳會限制惡意時間戳的回溯程度。
4. 攻擊過程是公開可見的，可能給社區足夠時間進行緊急修復。

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不早於前一周期最後一個區塊之前的特定時間。目前討論的時間範圍從10分鍾到2小時不等。

最新的提案建議將這個時間限制設爲2小時，這僅佔難度調整周期目標時間的0.6%，可以有效限制難度向下操縱的能力。

兩種時間限制方案的比較：

• 10分鍾限制：

  • 優點：可以抵消"差一"錯誤的影響，最小化意外無效區塊的風險。
  • 缺點：可能增加無效區塊的風險，是一個更重要的協議更改。

• 2小時限制：

  • 優點：最大限度降低意外無效區塊風險，與未來區塊時間戳規則一致，是一個相對保守的變化。
  • 缺點：仍允許攻擊者每個週期將難度向下操縱約0.6%，但這只是一次性變化，無法復合。

通過實施這些安全措施，比特幣網路將能更好地抵御時間扭曲攻擊，進一步增強其安全性和穩定性。