Bitcoin-sårbarhet kan tillåta illvilliga gruvarbetare att ta kontroll

Den digitala valutan Bitcoin är ett av vår tids tidsandafenomen. Sedan 2009 har det vuxit från en digital nyfikenhet till ett onlinefenomen. Det finns nu cirka 11,5 miljoner Bitcoins i omlopp och var och en är värd över $300.

Bitcoin-systemet är specifikt utformat för att övervinna en av de allvarliga bristerna i tidigare digitala valutor – möjligheten till dubbla utgifter; att två personer kunde spendera två kopior av samma valuta samtidigt. Den är också decentraliserad så att ingen enskild organisation eller organiserad grupp av individer kan kontrollera valutan och förhindra vissa typer av transaktioner.

Men Bitcoin är kanske inte riktigt så säkert som alla trodde. Idag säger Ittay Eyal och Emin Gun Sirer vid Cornell University i Ithaca att de har upptäckt en brist som gör att alla organiserade grupper av Bitcoin-gruvarbetare kan ta över valutan. Och de säger att vissa grupper idag redan är tillräckligt stora för att göra jobbet.

Först lite bakgrund. Bitcoins kanske största fördel är dess unika tillvägagångssätt för att förhindra dubbla utgifter. Den gör detta genom att registrera varje transaktion i en enda logg känd som en blockchain. Ett individuellt konto kan bara spendera en Bitcoin om blockkedjan registrerar att den äger Bitcoin i första hand.

Denna logg är skyddad av kryptopussel som endast kan lösas genom storskalig nummerknäppning. När någon löser ett sådant pussel kan de spela in nya transaktioner och belönas med en avgift i form av nya Bitcoins.

Därav uppkomsten av Bitcoin-gruvarbetare. Det här är människor som ägnar datorkraft för att lösa kryptopussel och som får betalt för sitt arbete i Bitcoins.

Om du funderar på en karriär som Bitcoin-gruvarbetare kommer du genast att stöta på ett problem. Kryptopussel är så svåra att chanserna att lösa ett själv är små. Så Bitcoin-gruvarbetare arbetar tillsammans i grupper så att de kan lösa problemen snabbare. Om någon av dem löser ett pussel delar de alla på intäkterna.

Det finns många grupper att gå med i och det finns ingen fördel med att gå med i en framför en annan. Den erhållna visdomen är att detta håller gruvdriften decentraliserad.

Men nu säger Eyal och Sirer att det inte är sant och har räknat ut hur en självisk grupp gruvarbetare skulle kunna ta över valutan. Vi visar att den konventionella visdomen är fel, säger de.

Tricket är att bryta efter Bitcoins men att hålla resultaten hemliga. Detta skapar en gaffel i blockkedjan så att ena halvan av gaffeln är offentlig och den andra halvan är hemlig.

Bitcoin-systemet har ett sätt att lösa dessa typer av gafflar, som inträffar av en slump då och då. Det kräver att gruvarbetare går med i den längsta gaffeln. Transaktionerna i den andra gaffeln skickas sedan in igen för upplösning.

Om de själviska gruvarbetarna gör sin gaffel längre än den offentliga, blir den den valda kedjan.

Problemet är att siffran som görs på gaffeln som är övergiven är bortkastad. Så de själviska gruvarbetarna får mer än sin beskärda del av Bitcoins. Detta gör det möjligt för pooler av samverkande gruvarbetare som använder det att tjäna intäkter som överstiger sin gruvkraft, säger Eyal och Sirer.

Efter att ha förvrängt systemet till förmån för själviska gruvarbetare, ser andra gruvarbetare att de kan göra fler Bitcoins genom att gå med i denna grupp. Resultatet är en tipppunkt där Bitcoin-gruvsystemet plötsligt blir dominerat av en enda grupp. Och den här gruppen kan utöva vilken kontroll den vill över hur transaktioner registreras.

Självklart når självisk gruvdrift bara en tipppunkt om den själviska gruppen består av en viss bråkdel av Bitcoin-gruvarbetare. Grupper som är mindre än detta kan inte tvinga systemet att tippa.

Nyckelresultatet som Eyal och Sirer har beräknat är att tippningströskeln är nära noll noll. Så nästan vilken grupp som helst skulle kunna anta den själviska gruvstrategin och sluta kontrollera systemet.

Eyal och Sirer har en sorts lösning. Detta innebär att systemet ändras så att det väljer en gaffel framför en annan slumpmässigt (snarare än att välja den ensamma). När detta val är slumpmässigt, då är det svårare för de själviska gruvarbetarna att ta kontroll.

Men inte så mycket svårare. Eyal och Sirer beräknar att detta höjer tippningströskeln till grupper som kontrollerar cirka 25 procent av all Bitcoin-brytning. Även med vår föreslagna fix som höjer tröskeln till 25 procent, är utsikterna dystra: det finns redan pooler vars gruvkraft överstiger 25 procent, påpekar de.

Det finns en annan möjlig lösning - att gruvarbetare själva kommer att stoppa grupper från att bli för stora. Gruvarbetare bör bryta sig från stora pooler tills ingen pool överskrider tröskelstorleken, och så ingen pool kan dra nytta av Selfish-Mine-strategin, föreslår de.

Det är möjligt att Bitcoin-gruvarbetarnas altruistiska instinkter kan förhindra mardrömsscenariot med att systemet tas över. Men om det kommer att övertrumfa de egoistiska instinkterna hos illvilliga gruvarbetare återstår att se.

Hur som helst, en intressant kamp väntar.

Ref: arxiv.org/abs/1311.0243 : Majoriteten räcker inte: Bitcoin Mining är sårbar

Dölj