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2019
04/14
13:01
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  • 作者 | 复杂美区块链

    出品 | 区块链大本营(blockchain_camp)

    经过2018一整年的发展,区块链的应用落地普遍增加,在公链领域中备受瞩目的链上应用DAPP开发也随着EOS主网的开源而白热化。

    根据DappReview平台统计,EOS 2019年第一季度的DAPP交易额达$1.72B,活跃用户达274.93K,交易笔数达282.99M。

    可伴随着这漂亮数据而来的却是EOS Dapp智能合约漏洞问题,其中大部分成功攻击的原因都和随机数漏洞有关,那如何优化这个问题呢?

    在复杂美开源的Chain33区块链底层架构中,有一个共识模块叫作SPOS(save pos),它通过Ticket实现POS的挖矿逻辑。

    在这篇文章中,我将详细讲解SPOS模块的实现原理,以及其解决随机数漏洞的方式。

    在Chain33的公链案例比特元中,用户使用钱包账户中BTY余额购票(挖矿权,目前10000个BTY可购买一票),一票对应一个唯一的TicketID,同时拥有一份挖矿权;一个区块只能由一票挖出,实际的挖矿几率各票均分(如全网有N张票,则一张票挖到矿的几率为1/N)。

    Ticket挖矿流程如下所示:

    • 钱包:定期检查账户中的BTY余额来购买票, 当满足购票条件后构造一条买票交易发往区块链。

    • 共识:它会一直尝试使用本地持有的票去打包区块,一旦打包成功,是表示对应的Ticket持有人挖矿成功,并获得对应的区块奖励。

    • ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 15px;letter-spacing: 0.5px;color: rgb(0, 122, 170);">智能合约ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 15px;letter-spacing: 0.5px;">:智能合约会把地址对应的票信息写入到区块链数据库,每一张Ticket都对应有一个唯一的TicketID,也会有一条数据记录在数据库。

      ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 15px;letter-spacing: 0.5px;">

    在区块链上为了体现公平性(针对游戏等应用场景),就需要一个不能被预测的随机数。

    目前的区块链大体有如下实现方案:

    1. 合约中调用外部中心化的随机数发生器获取随机数;

    2. 使用区块hash中的某些值作为随机数。

    但是这两种方案都有非常明显的弊端,原因在于:

    ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 15px;letter-spacing: 0.5px;">1. 区块链多节点之间智能合约执行结果是要求强一致的,如果合约从外部读取数据,是很有可能获取到不同结果的(比如网络原因导致有的节点读取正常,有的返回错误)进而导致分叉。

    ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 15px;letter-spacing: 0.5px;">ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;">2. 区块的哈希可以被控制,导致随机数被控制。比如EOS,没有提供很好的随机数算法,所以很多Dapp开发者会自己封装自认为完美的随机数算法导致随机数被预知。

    ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;">例如以下两个例子: 

    1. Eosbet第一次随机数攻击:这个游戏在开奖时使用了EOS中一个名为ref_block_num的随机数因子,但是在游戏开奖时合约中还是读取了老区块中的值,导致随机数被预知,进而被攻击。

    2. Eosbet第二次随机数攻击:在修改了上一次的问题后,开发者再引入了一个新的参数:用户余额作为随机数因子。然而攻击者利用这一点,模拟完全一样的DApp代码,然后不停修改余额去尝试开奖逻辑,直到碰撞出开奖结果,进而又遭到攻击。

    还有其它很多EOS上的游戏遭受了类似手段的攻击,造成大量的损失。

    下面,我们就来着重讲讲如何实现在随机数上的优化。

    ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;">首先,用户使用钱包账户中的BTY购买票(Ticket),10000BTY对应一票。ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;font-size: 15px;letter-spacing: 0.5px;">钱包同时生成一个randNum,哈希过后再结合钱包挖矿地址的私钥,票对应的index(一次可以买多张票)等元素再做两次哈希,得到一个公开哈希参数(pubHash):

    pubHash = 

    hash(hash(privateKey:index:hash(randNum)))

    ingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;">然后,新购买的票中包含这个pubHash以及randNum并存入区块链,这张票有12小时的成熟期,过了12小时才可以参与挖矿。 

    接着共识算法从区块链中找到已经成熟的票(Ticket)开始打包,由于共识打包区块操作只在节点本地执行,所以它可以读取本地存储的私钥,算出一个私密哈希(privHash)并将这个参数放入到挖矿交易中:

    privHash = 

    hash(privateKey:index:hash(randNum))

    最后,智能合约收到挖矿交易,对比hash(privHash)pubHash的值,两者一致挖矿交易成功,对应的节点获得挖矿奖励。否则挖矿交易执行失败。

    最后总结一下,SPOS共识的实现结合了随机数,由于一般情况下是无法预测其它节点的共识信息,所以也无法获取到它的共识随机数。

    并且系统设定私密哈希(privHash)不能提前泄露,就算有恶意矿工自己提前暴露,它对应的票也会被作废,同时本金会被冻结较长时间(2天以上)。

    再加上系统设定票需要经过12小时的成熟期后才可以参与挖矿。这些条件组合起来,系统的随机数几乎是无法被操控的。这样当开发者实现的DApp中需要保证公平随机时,就可以直接使用系统提供的这个安全的随机数了。

    *关于作者:

    复杂美区块链(www.33.cn)成立于2008年,累计申请200多项区块链发明专利,全球排名前10。拥有自主研发的区块链底层架构Chain33,从2018年11月开源至今,其首创的平行链架构被百度、阿里、360等机构认可与研究,并登录微软azure市场。

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