Миф об анонимности Ethereum: как исследователи раскрыли личности 15% валидаторов

Одно из ключевых обещаний технологии блокчейн, такой как Ethereum, — это определенная степень анонимности. Участники, известные как валидаторы, должны работать под покровом криптографических псевдонимов, защищая свою реальную личность и, как следствие, свою безопасность.

Однако недавняя исследовательская работа под названием "Деанонимизация валидаторов Ethereum: P2P-сеть имеет проблему конфиденциальности" от исследователей из ETH Zurich и других учреждений выявила критический недостаток в этом предположении. Они продемонстрировали простой, недорогой метод прямой привязки публичного идентификатора валидатора к IP-адресу машины, на которой он работает.

Короче говоря, валидаторы Ethereum далеко не так анонимны, как многие считают. Полученные данные были достаточно значимыми, чтобы принести исследователям вознаграждение за обнаруженную ошибку от Ethereum Foundation, что подтверждает серьезность утечки конфиденциальных данных.

Как работает уязвимость: недостаток в протоколе распространения информации

Чтобы понять уязвимость, нам сначала нужно представить, как взаимодействуют валидаторы Ethereum. Сеть состоит из более чем миллиона валидаторов, которые постоянно «голосуют» за состояние цепочки. Эти голоса называются аттестациями, и они транслируются по одноранговой ($P2P$) сети всем другим нодам.

При таком большом количестве валидаторов, если бы каждый транслировал каждый голос всем остальным, сеть мгновенно бы перегрузилась. Чтобы решить эту проблему, разработчики Ethereum реализовали умное масштабирующее решение: сеть разделена на 64 отдельных канала связи, известных как подсети.

• По умолчанию каждая нода (компьютер, на котором запущено программное обеспечение валидатора) подписывается только на две из этих 64 подсетей. Ее основная задача — добросовестно ретранслировать все сообщения, которые она видит на этих двух каналах.
• Когда валидатору необходимо проголосовать, его аттестация случайным образом назначается одной из 64 подсетей для трансляции.

Именно здесь кроется уязвимость. Представьте ноду, чья задача — управлять трафиком для каналов 12 и 13. Весь день она добросовестно пересылает сообщения только из этих двух каналов. Но затем она внезапно отправляет вам сообщение, которое относится к каналу 45.

Это мощная подсказка. Почему нода должна обрабатывать сообщение из канала, за который она не отвечает? Самый логичный вывод заключается в том, что нода сама сгенерировала это сообщение. Это означает, что валидатор, создавший аттестацию для канала 45, работает на этой же машине.

Исследователи использовали именно этот принцип. Установив свои собственные прослушивающие ноды, они отслеживали подсети, из которых их пиры отправляли аттестации. Когда пир отправлял сообщение из подсети, на которую он официально не был подписан, они могли с высокой степенью уверенности заключить, что этот пир размещал исходного валидатора.

Метод оказался шокирующе эффективным. Используя всего четыре ноды в течение трех дней, команда успешно определила IP-адреса более 161 000 валидаторов, что составляет более 15% всей сети Ethereum.

Почему это важно: риски деанонимизации

Раскрытие IP-адреса валидатора — это не пустяк. Это открывает двери для целенаправленных атак, которые угрожают отдельным операторам и здоровью сети Ethereum в целом.

1. Целенаправленные атаки и кража вознаграждений Ethereum заранее, за несколько минут, объявляет, какой валидатор должен предложить следующий блок. Злоумышленник, знающий IP-адрес этого валидатора, может запустить атаку типа «отказ в обслуживании» (DDoS), перегрузив его трафиком и отключив от сети. Если валидатор пропускает свое четырехсекундное окно для предложения блока, возможность переходит к следующему валидатору в очереди. Если злоумышленник является этим следующим валидатором, он может затем получить вознаграждение за блок и ценные комиссии за транзакции (MEV), которые должны были достаться жертве.

2. Угрозы живучести и безопасности сети Хорошо обеспеченный ресурсами злоумышленник мог бы многократно выполнять эти «снайперские» атаки, вызывая замедление или остановку всего блокчейна (атака на живучесть). В более серьезном сценарии злоумышленник мог бы использовать эту информацию для запуска сложных атак по разделению сети, потенциально заставляя различные части сети расходиться во мнениях относительно истории цепочки, тем самым компрометируя ее целостность (атака на безопасность).

3. Выявление централизованной реальности Исследование также пролило свет на некоторые неудобные истины о децентрализации сети:

• Чрезвычайная концентрация: Команда обнаружила пиры, размещающие ошеломляющее количество валидаторов, включая один IP-адрес, на котором работало более 19 000 валидаторов. Сбой одной машины может оказать непропорционально большое влияние на сеть.
• Зависимость от облачных сервисов: Примерно 90% обнаруженных валидаторов работают на облачных провайдерах, таких как AWS и Hetzner, а не на компьютерах индивидуальных домашних стейкеров. Это представляет собой значительную точку централизации.
• Скрытые зависимости: Многие крупные стейкинг-пулы заявляют, что их операторы независимы. Однако исследование выявило случаи, когда валидаторы из разных, конкурирующих пулов работали на одной и той же физической машине, создавая скрытые системные риски.

Меры по смягчению: как валидаторы могут защитить себя?

К счастью, существуют способы защиты от этой техники деанонимизации. Исследователи предложили несколько мер по смягчению:

• Создание большего шума: Валидатор может выбрать подписку на более чем две подсети — или даже на все 64. Это значительно затрудняет наблюдателю различение между ретранслируемыми сообщениями и сообщениями, сгенерированными самим валидатором.
• Использование нескольких нод: Оператор может разделить обязанности валидатора между разными машинами с разными IP-адресами. Например, одна нода может обрабатывать аттестации, в то время как отдельная, приватная нода используется только для предложения высокоценных блоков.
• Приватный пиринг: Валидаторы могут устанавливать доверенные, приватные соединения с другими нодами для ретрансляции своих сообщений, скрывая их истинное происхождение внутри небольшой, доверенной группы.
• Протоколы анонимной трансляции: Могут быть реализованы более продвинутые решения, такие как Dandelion, который скрывает происхождение сообщения, передавая его по случайному «стеблю» перед широкой трансляцией.

Заключение

Это исследование убедительно иллюстрирует присущий распределенным системам компромисс между производительностью и конфиденциальностью. В стремлении к масштабированию $P2P$-сеть Ethereum приняла дизайн, который скомпрометировал анонимность ее наиболее критически важных участников.

Выявив эту уязвимость, исследователи предоставили сообществу Ethereum знания и инструменты, необходимые для ее устранения. Их работа является важным шагом к созданию более надежной, безопасной и по-настоящему децентрализованной сети будущего.