面向區塊鏈技術應用的安全研究

角浩鉞

（國際關系學院 信息科技學院，北京 100091）

互聯網技術作為20世紀最偉大的發明之一，為我們帶來了數據和信息的互聯和共享，極大地改變了我們的生產和生活方式。隨著新技術的不斷發展，網絡虛擬空間的邊界也在不斷地向外擴展和延伸，廣泛滲透于政治、經濟、文化和安全等各個領域。第一代互聯網的核心是TCP/IP協議，即網上所有節點按照統一約定好的格式，對等傳輸數據，去中心化地解決了信息的低成本高效率傳輸問題，但同時也留下了信息的信用問題有待解決。

近年來，由于互聯網的發展進步，衍生出一批“互聯網+”的新興產業[1]。基于數據經濟而產生的平臺經濟、共享經濟和虛擬經濟正在經濟社會中占據重要地位。但是，由于互聯網在建設過程中缺乏信用機制的共識，導致基于互聯網產生的價值傳遞成本高、效率低[2]。因此，如何建立去中心化的全球信用，解決價值傳遞中遇到的問題成為當前研究的重點。依托于比特幣分布式賬本核心技術的區塊鏈技術為我們帶來了互信的基礎。基于這一技術可以建立一個新的價值網絡，為網絡空間中發生的價值交換提供安全保證。

1 區塊鏈技術分析

區塊鏈技術起源于2008年，化名為中本聰的學者公開發表了一篇題為“比特幣：一個點對點的數字貨幣系統”的論文。在這篇論文中，作者創建了一個完全去中心化的貨幣系統，它不依賴于任何中央機構進行貨幣大型或者交易結算和驗證，而是通過分布式計算系統的“工作量證明”算法，來組織10 min一次的全局“選舉”，使去中心化的網絡形成對交易狀態的共識。

區塊鏈技術的發展經歷了3個過程，在區塊鏈1.0時代，以比特幣為代表的虛擬貨幣技術非常繁榮。區塊鏈2.0是與智能合約結合，通過將合約寫入區塊鏈，執行合約代碼，可以杜絕違約行為。這一技術在金融領域得到廣泛應用，例如股權登記等。區塊鏈3.0將探索這一技術在社會方方面面的應用，實現信息的自證明，所涉及的領域包括司法、醫療、物流、物聯網等，關注點在于解決目前價值傳遞中存在的信任問題。以物聯網為例，當前已經建設的物聯網，是由一個個區域中心化的系統構成的彼此之間封閉的、相互獨立的網絡，各個孤島之間如何實現相互通信，如何進行優化配置成為亟待解決的問題[2]。

區塊鏈僅僅是一種技術體系，這個技術體系能夠被應用于任何行業或者商業場景。網絡空間的治理離不開新興技術的支持，也離不開網絡中的每一個參與者。在這一過程中，沒有一個國家能夠獨善其身，因此需要大家的共同努力，通過技術手段，推動網絡空間安全治理的建設。

2 區塊鏈安全分析

區塊鏈技術起初是為了解決“拜占庭將軍”問題，即在缺少可信任中央節點和可信任通道的情況下，如何通過多方參與，達到信息的有效傳輸[3]。區塊鏈技術最早的應用是在以比特幣為首的數字貨幣發行領域，通過這一技術可以在去中心化的網絡中達成共識，從而證明選舉、彩票、資產注冊、數字公證等活動的公正性。將區塊鏈技術應用到實體經濟中，將實現資產管理效率的提升，有效鏈接社會經濟、智能化社會資產，創造商業價值，并實現社會結構的優化。

近年來，區塊鏈技術在數字貨幣、確權、溯源和解決共識問題等不同的應用場景中得到了應用，其安全性問題也引起了廣泛的關注。尤其是近年來，頻繁發生數字資產的丟失、被盜事件。區塊鏈技術的安全問題主要來源于以下3個方面：自身安全、應用安全和潛在隱患。

2.1 自身安全

區塊鏈技術面臨最重要的安全問題是安全性威脅。其中，最具代表性的是51%攻擊問題。由于區塊鏈分布式賬本的認證機制是“工作量證明”，證明工作量最關鍵的是考驗某個節點的計算能力。當網絡中存在某個節點掌握全網50%以上的計算能力后，就可以通過重新計算已經確認的區塊或者控制新區塊的產生，從而阻止交易的確認或者其他節點產生新區塊[4]。這一攻擊雖然不能偽造或修改他人的交易或者直接盜取他人的虛擬電子貨幣，但是會對區塊鏈的進一步發展帶來不良影響。

2.2 應用安全

所謂的應用安全是研究在不同的應用場景下，使用區塊鏈技術存在的安全問題。區塊鏈技術的設計在底層協議上，具有較為完備的安全機制。但是即便如此，當區塊鏈技術被作為某種應用的底層技術時，其自身的底層協議的安全機制，也無法保證應用整體的安全。因此，在開發基于區塊鏈技術的應用程序時，應當進行充分考慮可能產生的安全問題，完備滲透測試。并從產品設計之初，對應用本身的安全性能起到足夠的重視。

近年來頻繁發生的對比特幣攻擊的惡意事件體現出現有系統在安全架構和設計中，并沒有充分考慮到每個組件安全架構的魯棒性。一個沒有漏洞的區塊鏈應用程序應當只受限于區塊鏈的共識機制，而不應該被其他的應用安全所限制。

2.3 新技術帶來的安全隱患

區塊鏈技術提供一種去中心化的信任機制[5]。與中心化體系中，通過一個可信任中心（信任根）來傳遞信任，由政府或者可信任第三方進行信用背書完成價值交換不同的是，區塊鏈上完成的交易是直接的價值傳遞活動。事實上，并不是所有的攻擊都是利益驅使的。還有一種潛在的危險是，攻擊者只想破壞現有的區塊鏈網絡，而并不是打算從中獲利。只要攻擊者掌握充足的資金，并制定周密的計劃，便可以達到對區塊鏈的共識機制發動攻擊的目標。這些假設在理論上是有存在的可能性的。

3 區塊鏈的優勢與不足

3.1 區塊鏈技術的優勢

區塊鏈技術因其獨特的設計理念，具有分布式、數據難以篡改和偽造、去中心化、提供去中心化的信用機制等顯著特點。這使得區塊鏈技術能夠在數字貨幣加密以外的其他領域得到廣泛的應用。對比以前的中心化網絡，區塊鏈技術最大的優點在于可以在“群龍無首”時，通過建立一個共同的分布式賬本，促使大家達成共識，從而促進資源的合理配置。

3.2 區塊鏈技術的不足

在關注到區塊鏈技術優勢的同時，我們也應該看到其不足。

首先，礦工在進行工作量證明時，需要強大的計算能力，維持設備運轉的電力資源的高能耗問題已經十分突出。在基于區塊鏈技術形成的分布式賬本中，確認一個新區塊的難度大概相當于全網10 min的處理時間，每完成2 016個區塊，系統就會基于最近2 016個區塊的尋找時間，重新調整一次。挖礦的難度與交易的數量或者交易價值無關，因此維護這一分布式賬本安全的哈希算力的容量和相應的電力消耗也與交易數量完全無關。

其次，區塊鏈技術中達成共識的處理效率也是制約這個技術發展的重要因素。區塊鏈技術在記賬的時候需要進行廣播，交易數據只有經過一定時間，才能打包入區塊，在現有的應用場景中，尤其是一些對于效率有要求的業務或商業應用場景來說，很難應用。

最后，區塊鏈技術的安全問題還有待進一步驗證。區塊鏈技術廣泛使用非對稱密碼進行加密，而此種加密算法的安全性是基于現有的計算機水平而建立的。縱觀人類歷史，幾乎當時無法破解的密碼都隨著科技的進步而被破解。未來，隨著新技術的興起，在區塊鏈賬本中進行數據加密的技術失效后，現有鏈上的數據安全也是一個值得思考的問題。

4 結語

互聯網做到了互聯，但是只有在互信的基礎上，才能實現互通。互聯網的下半場必然會要帶來互聯之后，解決互信以及在價值網絡的基礎上實現互通的問題。通過區塊鏈解決互信問題是目前最可靠的一種方式。如果基于區塊鏈技術實現互聯網中去中心化提供信用的問題，未來的互聯網將會創造出更大的潛在價值。

區塊鏈雖然是一種全新的、復雜的技術，但究其根本，也只是一種技術手段。發掘區塊鏈技術背后的價值，可以做到讓大家把愿意共享的數據共享出來，通過一定的標準，將供給和需求進行數字化和標準化，最終有利于實現資源的優化配置。