不容忽視的隱患：BTC Layer 2技術的安全挑战與威脅

2024-08-14 16:08:25

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編號: 鏈源 Security Knowledge No.018

比特幣（Bitcoin），簡稱 BTC，是一個基於區塊鏈去中心化共識，並通過點對點網絡通信運行的开源加密貨幣系統，由全球各地的計算機網絡和節點共同維護。然而，隨着加密社區和生態的不斷發展壯大，早期的 BTC 技術已無法滿足用戶對加密貨幣系統擴展性的需求。直接修改 BTC 底層協議不僅復雜，而且面臨巨大的社區阻力，增加了系統風險，可能引發硬分叉和社區分裂。因此，BTC Layer 2 方案成為一個更為適宜的選擇——通過構建新的層級在不改動 BTC 的前提下，兼容 BTC，並滿足用戶對擴展性的需求。鏈源安全團隊從L2解決方案、防護措施及未來發展等多個方面，全面分析了 BTC Layer 2 的安全性，希望為大家提供有價值的參考

BTC Layer 2 的解決方案及潛在安全問題

BTC Layer 2 是指比特幣（BTC）的第二層擴展技術，這類技術旨在提高比特幣的交易速度、降低手續費用，並增加可擴展性，解決 BTC 面臨的一系列問題。目前 BTC Layer 2 方案有很多，比較知名的有 Lightning Network、Rootstock、Stacks 等。另外，Liquid、Rollkit、RGB 等一些項目和協議也有一定的使用場景。

1.閃電網絡（Lightning Network）

閃電網絡可能是最知名的 BTC Layer 2 解決方案。它作為一個鏈下網絡運行，允許參與者進行快速、低成本的交易，而無需將每筆交易記錄在比特幣區塊鏈上。通過創建支付通道網絡，閃電網絡支持微交易，並顯著減少主鏈上的擁堵。

使用場景：

內容創作者的微支付/點對點支付/電商和零售交易。

關鍵特點：

即時支付：交易立即結算。
低費用：費用極低，適合微交易。
可擴展性：能夠處理每秒數百萬筆交易。

安全問題:

通道攻擊（Channel Attacks）：閃電網絡依賴於支付通道，這些通道可能受到攻擊者利用失效交易（stale transactions）或欺詐關閉（fraudulent channel closure）的攻擊。
流動性問題：如果資金集中在少數節點上，這些節點可能成為攻擊目標，導致網絡的去中心化程度降低。
網絡分裂攻擊（Network Splitting Attacks）攻擊者可能嘗試分裂網絡，導致不同部分的網絡對账單不同步。

2. Rootstock（RSK）

Rootstock，簡稱 RSK，是一個構建在比特幣上的智能合約平臺。它利用比特幣的安全性，同時支持與以太坊兼容的智能合約。RSK 作為比特幣的側鏈運行，使用雙向錨定機制使 BTC 可以在比特幣網絡和 RSK 區塊鏈之間流動。

使用場景：

去中心化金融（DeFi）應用/在比特幣網絡上發行代幣/跨鏈應用。

關鍵特點：

智能合約：兼容以太坊，支持 DeFi 應用。
聯合挖礦：比特幣礦工可以同時挖 RSK，增強網絡安全性。
互操作性：將比特幣與以太坊類似的功能橋接起來。

安全問題:

雙花攻擊（Double-Spending）：作為側鏈的 RSK 在某些情況下可能受到雙花攻擊，特別是在比特幣和 RSK 之間轉移 BTC 時。
智能合約漏洞： RSK 允許智能合約的部署，這使得它也面臨與以太坊類似的智能合約漏洞風險，如重入攻擊、整數溢出等。

3. Stacks

Stacks 是一個獨特的 Layer 2 解決方案，將智能合約和去中心化應用（dApps）引入比特幣。與其他 Layer 2 不同，Stacks 引入了一種新的共識機制——轉移證明（Proof of Transfer, PoX），將 Stacks 交易錨定到比特幣區塊鏈上。

使用場景：

lNFT 平臺/去中心化金融（DeFi）服務/治理和身份解決方案。

關鍵特點：

智能合約： Clarity，一種設計用於可預測智能合約的安全語言。
比特幣錨定：交易由比特幣保障安全。
去中心化應用（dApps）：允許开發者在比特幣上構建去中心化應用。

安全問題:

共識攻擊（Consensus Attacks）：由於 Stacks 的共識機制 PoX 依賴於比特幣網絡，攻擊者可能會試圖通過操控比特幣網絡來影響 Stacks 的共識。
智能合約漏洞：與其他智能合約平臺類似，Stacks 也面臨智能合約代碼中潛在的漏洞。

4. Liquid

Liquid 是一個基於側鏈的 Layer 2 解決方案，致力於提高比特幣的交易速度和隱私性。由 Blockstream 开發，Liquid 特別適合交易員和交易所，支持更快的結算和機密交易。

使用場景：

高頻交易/跨境支付/代幣化資產發行。

關鍵特點：

機密交易：交易金額隱藏，增強隱私性。
快速結算：交易在約 2 分鐘內結算。
資產發行：允許在比特幣網絡上創建數字資產。

安全問題:

主網依賴風險（Mainchain Dependency Risks）： Liquid 作為側鏈，依賴於比特幣主網的安全性，任何主網的攻擊或漏洞可能影響到 Liquid。
私密性風險：盡管 Liquid 支持機密交易，但如果密鑰管理不當，隱私仍可能被泄露。

5. Rollkit

Rollkit 是一個新興項目，旨在將以太坊生態系統中流行的擴展解決方案 Rollups 引入比特幣。Rollups 將多筆交易聚合成一個批次，然後提交到比特幣區塊鏈，減少了網絡負載並降低了費用。

使用場景：

可擴展的 DeFi 應用/微支付的聚合/高吞吐量的去中心化應用。

關鍵特點：

可擴展性：顯著增加交易吞吐量。
成本效率：通過批量處理交易降低費用。
安全性：繼承比特幣的安全模型。

安全問題:

數據可用性攻擊（Data Availability Attacks）：在 Rollups 方案中，如果數據不可用，可能導致驗證者無法驗證交易的有效性。
經濟激勵問題： Rollups 需要設計強有力的經濟激勵機制，防止參與者試圖通過不正當手段獲得利益。

6. RGB

RGB 是一種利用比特幣的 UTXO 模型的智能合約系統。它旨在支持復雜的智能合約，同時保持比特幣的隱私性和可擴展性。RGB 專注於創建一個鏈下環境，智能合約可以在這裏執行，並對主鏈的影響最小化。

使用場景：

資產代幣化/隱私應用/靈活的智能合約开發。

關鍵特點：

基於 UTXO：保持比特幣的安全性和隱私特性。
鏈下執行：最小化鏈上的佔用。
定制化：支持廣泛的智能合約應用場景。

安全問題:

智能合約的復雜性風險： RGB 系統中的智能合約可能非常復雜，導致潛在的安全漏洞增加。
鏈下執行的可信性問題： RGB 依賴於鏈下環境進行智能合約的執行，如果執行環境受到攻擊或操縱，可能影響合約的安全性。

現有的安全防護措施

BTC Layer 2 解決方案在提高比特幣網絡的可擴展性和功能性方面展現了巨大的潛力，但它也引入了一系列新的安全挑战，安全性將成為其成功和廣泛應用的關鍵因素之一。為了應對潛在安全風險，BTC Layer 2 可以採取以下主要的安全防範措施：

通道安全與資金保障

多重籤名和時間鎖（Multisig & Timelocks）：如在閃電網絡中，資金通常存儲在多重籤名地址中，只有在所有相關方達成共識後，資金才能被轉移。時間鎖機制則確保在出現爭議時，資金不會永久鎖定，最終可以返還給所有者。

鏈下交易的可靠性：通過使用鏈下交易，用戶可以迅速進行交易，但這些交易仍需定期與主鏈同步，以防止雙重支付或資金損失。
欺詐證明和挑战機制

欺詐證明（Fraud Proofs）：在某些 Layer 2 解決方案（如 Rollup）中，使用欺詐證明來檢測和應對惡意操作。例如，如果某一方試圖提交無效的狀態更新，其他參與者可以通過欺詐證明進行挑战，防止無效交易上鏈。

挑战期（Challenge Period）：給予用戶一段時間來審查和挑战可疑的交易，從而提高網絡的安全性。
網絡和協議的健壯性

協議升級和審計：定期審查和升級協議，以修復已知漏洞並增強安全性。例如，在 Rootstock 或 Stacks 中，代碼審計和社區審查對保障智能合約的安全至關重要。

去中心化的運營節點：通過增加節點的分布式程度，減少網絡單點故障的可能性，從而提高網絡的抗攻擊性。
隱私和數據保護

加密通信：確保所有參與者之間的通信都是加密的，防止中間人攻擊或數據泄露。

零知識證明（Zero-Knowledge Proofs）：在一些 Layer 2 解決方案中，引入零知識證明來增強隱私性和安全性，避免泄露交易方的敏感信息。
用戶教育和風險提示

提高用戶安全意識：教育用戶了解二層網絡的風險，並鼓勵他們使用可靠的錢包和安全的操作方式。

風險提示：在使用 Layer 2 解決方案時，向用戶提示可能的風險，如鏈下交易的復雜性或通道關閉時的爭議。
鏈下交易的安全性

狀態通道安全（State Channel Security）：確保鏈下狀態的完整性，並定期將狀態更新提交到主鏈，以減少資金被盜或欺詐的風險。

這些措施共同作用，確保比特幣二層網絡的安全性，並為用戶提供一個可靠且擴展性強的交易環境。

未來的安全發展趨勢

行業瞬息萬變，每一秒都有新的 BTC L2 誕生，但不變的是 BTC 生態向二層發展的必然趨勢。BTC 就是一趟人人都想扒上去的火車，盡管面臨挑战，但 BTC 生態的未來充滿了無限可能。從公平分發的共識到基於銘文的擴容方案，再到追求與 BTC 共享強安全性的完全成熟的擴展方案，比特幣生態正經歷着歷史性的變革：

解鎖 DeFi 市場：通過啓用 EVM 兼容的 Layer 2 解決方案等功能，比特幣可以進入數十億美元的 DeFi 市場。這不僅擴展了比特幣的實用性，還解鎖了以前只能通過以太坊和類似可編程區塊鏈訪問的新金融市場。
擴大使用場景：這些 Layer 2 平臺不僅支持金融交易，還支持金融、遊戲、NFT 或身份系統等領域的各種應用，從而大大擴展了比特幣作為簡單貨幣的原始範圍

二層網絡使用零知識證明以增強安全性，Rollup 技術提升可擴展性，欺詐證明確保其交易的安全性等，這些技術不僅有望顯著提升 BTC 網絡的可擴展性和效率，還將引入新的資產類型和交易方式，為用戶和开發者开闢全新的機遇。然而，成功實現這些目標需要社區共識、技術成熟和實踐驗證的共同努力。在探索最有效的 L2 解決方案的過程中，安全性、去中心化和優化用戶體驗仍將是重中之重。展望未來，隨着技術進步和社區的協作，BTC L2 技術有望釋放比特幣生態的新潛能，為加密貨幣世界帶來更多創新和價值

結語

市場巨大的需求催生下，伴隨着市場的自由競爭，一定會催生出來技術創新，L2解決方案的未來與區塊鏈技術的整體發展密切相關，通過深入分析 BTC Layer 2 的解決方案和潛在的安全挑战，我們揭示了其在智能合約、身份驗證、數據保護等方面面臨的風險。盡管當前已有多種防護措施，但隨着技術的不斷發展，BTC Layer 2 仍需在 ZK 技術、跨鏈安全、甚至量子加密等領域不斷創新，以應對未來的安全挑战。隨着區塊鏈技術的進一步成熟，我們可以預見到將會出現更多的創新和變革。首先，技術的不斷成熟和標准化，L2解決方案將更加穩定和可靠，其次，隨着生態系統的不斷擴大，比特幣將在更多的場景和行業得到應用，從而進一步推動整個加密貨幣行業的發展。總的來說，比特幣 Layer 2 項目的主網密集上线標志着比特幣網絡邁向了一個新的裏程碑。

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