作者：Hacken. 編譯：Cointime.com QDD
什麼是51%攻擊？
51%攻擊是指某個實體控制了區塊鏈網絡中超過一半（51%）的權益或計算能力的攻擊行爲。這種不成比例的控制使得攻擊者能夠實施重大變更，違背了區塊鏈的分散化原則。換句話說，51%攻擊使得攻擊者能夠重寫交易歷史、阻止交易完成、停止驗證者的獎勵，並進行雙重支付。
需要注意的是，51%攻擊是對區塊鏈安全性的最重要威脅之一，特別是對於採用工作量證明（Proof-of-Work）和委託權益證明（Delegated Proof-of-Stake）共識算法的區塊鏈。這種攻擊的一個令人擔憂的後果是雙重支付，即同一枚數字貨幣被多次支付，損害了區塊鏈的信任和可靠性。
51%攻擊的工作原理是什麼？
深入探討51%攻擊的機制，我們來逐步瞭解攻擊者在獲得並利用對區塊鏈網絡的控制時所遵循的步驟。儘管攻擊的具體細節可能因多種因素而有所不同，但以下是一般情況下常見的攻擊過程的簡化版本：
1. 積累權力：第一步是攻擊者積累超過網絡計算或散列能力一半（51%）以上的資源。這可以通過獲取大量硬件資源或說服大量礦工加入攻擊者控制的礦池來實現。
2. 分區：攻擊者現在控制着網絡散列能力的大部分，有效地將他們的組與主網絡分隔開，但仍然保持內部通信。儘管存在這種分離，黑客組繼續進行挖礦操作，但不與主網絡共享進展或接收更新。因此，兩個並行版本的區塊鏈開始獨立演化。
3. 快速挖礦：由於其優越的散列能力，攻擊者的組能夠比網絡的其餘部分更快地向他們的區塊鏈版本添加區塊。隨着時間的推移，兩個鏈版本之間的長度差異統計上與兩個組之間的散列能力差異成比例。
4. 重新整合與主導：一旦黑客組重新加入網絡，兩個競爭的區塊鏈版本在整個網絡中傳播。根據共識協議的規則，節點保留最長的區塊鏈，較短的區塊鏈被丟棄。這意味着在分離期間由主網絡添加的所有區塊都被孤立，其交易被釋放回內存池。
5. 潛在威脅：成功執行51%攻擊後，可能引發一系列嚴重影響區塊鏈網絡及其參與者的威脅。這些威脅範圍從金融欺詐（如雙重支付）到完全拒絕服務攻擊，使網絡功能癱瘓。
51%攻擊的高成本
值得注意的是，51%攻擊並非易事，它需要大量的資源和時間。這種龐大的財務和技術負擔使得絕大多數人無法承擔。
成本的主要部分在於所需的挖礦設備。要控制超過半數網絡的散列能力，需要大量高性能硬件，對於像比特幣這樣的主要區塊鏈而言，成本可能超過數十億美元。
但這不僅僅涉及硬件問題。挖礦消耗大量能源。比特幣挖礦每年消耗高達95.58太瓦時，相當於芬蘭550萬人口的年度能源消耗量。因此，還需要考慮顯著的電力和維護成本。
除了高昂的成本，攻擊計劃的時機對於攻擊網絡的黑客組來說也非常重要。他們需要控制超過半數的網絡，並在合適的時機引入修改後的區塊鏈。如果攻擊失敗，黑客可能會一無所獲。
此外，在去中心化環境中，沒有中央機構可以強制使用受損鏈。驗證者和客戶端可以同意從攻擊發生之前的某個時間點重新啓動鏈，儘管這可能會非常混亂且不可取。
與此類攻擊相關的高成本和風險成爲了一個強有力的威懾因素，特別是對於比特幣或以太坊等較大的網絡。另一方面，較小的區塊鏈挖礦能力較弱，使其更加容易受到攻擊。但是，可以通過像Nicehash這樣的服務租用幾小時的挖礦能力來攻擊這些較小的網絡，從而大大降低攻擊的成本。
51%攻擊的風險和後果
成功的攻擊對區塊鏈網絡及其用戶會產生重大影響。以下是發生的情況：
1. 雙重支付：這是最令人擔憂的後果。攻擊者可以將他們的資金進行兩次支付——首先進行正常交易，然後更改區塊鏈以顯示他們從未使用過這筆資金。
2. 拒絕服務（DoS）攻擊：黑客接管並阻止其他礦工的地址一段時間。這阻止了誠實礦工恢復對網絡的控制。結果是，攻擊者的虛假交易鏈可能變得永久存在。
3. 交易逆轉：攻擊者可以阻止一些或所有用戶之間的支付。這會破壞網絡的正常運行，並可能導致交易確認的延遲，削弱對網絡可靠性的信心。
4. 聲譽損害：此外，攻擊可能嚴重損害區塊鏈的聲譽。這可能導致當前和潛在用戶之間的信任流失，從而導致相關加密貨幣的價值大幅下跌，並阻止新用戶或投資者加入網絡。
51%攻擊的實際案例
在區塊鏈的歷史上，存在一些顯著的案例：
1. 比特幣黃金（BTG）：2018年5月，比特幣黃金遭受了一次51%攻擊，攻擊者成功進行了價值約1800萬美元的雙重支付。這一事件對該幣種的聲譽和市值造成了重大損害。
2. 以太經典（ETC）：作爲最常受攻擊的區塊鏈，以太經典在2020年8月遭受了一次大規模攻擊，攻擊者成功進行了價值560萬美元的雙重支付。
3. Vertcoin（VTC）：Vertcoin雖然較爲鮮爲人知，但在2018年12月經歷了一次51%攻擊。攻擊者進行了價值約10萬美元的雙重支付。
這些襲擊事件展示了顯著的漏洞和後果，進一步強調了有效的安全措施的必要性。
51%攻擊的預防措施
減輕這些風險可能具有挑戰性，但提出了各種方法：
改變共識算法
切換到不同的共識算法是減少51%攻擊可能性的一種可行方法。工作量證明（PoW）是許多區塊鏈最初採用的共識機制，由於其存在挖礦集中風險，因此容易受到此類攻擊的影響。
相反，權益證明（PoS）共識機制不太容易受到此類攻擊，因爲攻擊者需要擁有區塊鏈總權益的大部分份額，通常這是一項代價高昂的嘗試。
延遲區塊鏈確認
另一種有效的威懾手段是延遲區塊鏈確認。這種方法爲網絡提供了時間來檢測並潛在地阻止51%攻擊。通過延長交易確認時間，攻擊者需要在更長的時間內持續控制超過51%的網絡，大幅增加此類攻擊的成本和難度。
懲罰制度
建立懲罰制度是另一種可行的防禦策略。例如，在權益證明的區塊鏈中實施切割條件，如果發現惡意行爲者違反了網絡的規則，將沒收他們的一部分或全部抵押代幣。這種懲罰措施極大地增加了任何潛在攻擊者的風險，並可以作爲有效的威懾手段。
區塊鏈協議審計
最後，定期進行區塊鏈協議審計是綜合安全策略的關鍵部分。這些審計會對協議進行詳盡檢查，以發現漏洞，包括可能存在51%攻擊的潛在途徑。通過主動識別和解決這些弱點，區塊鏈開發者可以大大加強網絡的防禦能力。
總結
雖然51%攻擊的風險令人生畏，但需要了解的是，執行此類攻擊的成本和複雜性使其變得罕見。然而，潛在的影響和歷史先例強調了積極的預防措施和持續努力，以使區塊鏈技術更加安全和具有彈性的重要性。
Web3的未來取決於我們解決這些挑戰的能力，將漏洞轉化爲優勢，併爲所有人創造一個更強大和安全的數字未來。
FAQ
什麼是51%攻擊？
51%攻擊是區塊鏈最重要的安全問題之一，特別是使用工作量證明共識算法的區塊鏈。這種攻擊發生在某人控制了區塊鏈網絡超過一半（51%）的挖礦能力時。這種控制使他們能夠做出重大決策，破壞了區塊鏈的分散化概念。
51%攻擊能做什麼？
在51%攻擊中，掌控大多數的實體可以以多種方式操縱區塊鏈。他們可以停止交易並阻止其確認，逆轉交易以進行雙重支付攻擊，並阻止其他礦工挖掘新區塊。
51%攻擊需要多少成本？
51%攻擊的成本因所涉及的區塊鏈網絡而異。例如，要對比特幣區塊鏈發起51%攻擊，攻擊者需要控制最強大的ASIC挖礦設備。僅僅設備的成本就超過了79億美元。這個估計不包括電力和維護的持續成本。