闪电网络有资金风险？一文解读其原理和处理方法

原创 | Odaily星球日报

作者 | 南枳

引言

10 月 20 日， Bitcoin Core 核心开发者 /dev/fd0 在 X 平台宣布， 将停止参与闪电网络及其实施的开发，包括协调处理协议级安全问题 。

/dev/fd0 表示，每个比特币节点都有自己的内存池。交易由对等节点转发。如果闪电网络节点用于打开通道并接受 HTLC 转发，那么很容易受到 替代循环攻击 （Replacement Cycling Attacks）。

该开发者所指的“替代循环攻击”是什么，其具体实现途径如何，Odaily星球日报将于本文揭示。

闪电网络

比特币网络的 TPS 仅约为 7 ，并且手续费高昂，为解决小额支付的需求，闪电网络应运而生。

闪电网络（ Lightning Network）是一种针对比特币和其他加密货币的第二层扩展解决方案，旨在解决加密货币网络的可扩展性和交易速度问题。

其实现原理可简化为：

1. 交易双方 A 与 B 建立了一个“交易通道”（实际上是个多签钱包）

2. A 与 B 分别往里面充钱 A1 和 B1 （此步上链）

3. A 与 B 在链下发生任意笔交易，A 净转出额 X（例如 A 向 B 转账 100 次 1 元，B 向 A 转账 99 次 1 元，最终 A 净流出 1 元）

4. 将 A1 -X 与 B1 +X 的交易更新上链

通过以上流程，不论 A、B 在链下进行多少次交易，都只要支付两笔上链费用，并节约了大量的时间。

哈希时间锁合约（HTLC）

以上介绍的形式限于 A 和 B 之间有直接的交易通道，为跨通道支付而出现了中继节点， 中继节点中转两者交易，以便跨通道进行支付 ，而中继节点可以收取小费。

但这面临着一个问题： 需要确保每个通道内每个参与者都是诚实守信的 ，通过多通道链接是安全的。

因而出现了 HTLC（Hash Time-Lock Contract、哈希时间锁合约），一笔带有 HTLC 的支付事务可简化为：

1. A 准备一个暗号 R，并计算其哈希值 H

2. A 设定一个时限 T

3. A 向 B 发送一笔带有 HTLC 的支付事务，仅当符合以下两个条件时交易才会最终成立

• B 回答出暗号 R（通过 H 验证）

• B 回答的时间在 T 之内（例如 10 个区块内给出答案）

正常交易流程

通过上述的 HTLC，一笔涉及中继节点的支付流程如下：

1. 最终的接收者 C 向发送资金者 A 提供暗号

2. A 用哈希值 H 发起 HTLC 支付（请注意， 此时资金并未到 B 手中 ）

3. B 接收到支付信息，向 C 用哈希值 H 发起 HTLC 支付

4. C 为了接收资金，回答暗号，收到资金。B 此时也知道了暗号

5. B 用暗号获取 A 发起的支付，收到资金，交易完成

涉及三者的流程如上，中间也可以多加入几个中继节点，而支付模式仍保持不变，通过链式发送支付到最终接收者，然后再反向传播暗号至初始的中继节点，最终完成交易。

而中继节点如果迟迟没有收到暗号 R （下家不做解答，时限由中继节点自行判断） ，则中继节点可以选择关闭通道， 若成功上链， 则 B 发起的支付将“失效”，没有资金损失。

循环替代攻击

回到 HTLC 的基本原理中，除了回答暗号外，中继节点还需要达成另一条件“中继节点回答的时间在 T 之内”，而恶意攻击者即是瞄准了该点进行攻击：

1. A 和 C 恶意串通，受害人为中继节点 B（B 要求下家 3 个区块内回答）

2. A 向 B 发起支付（假设此时区块高度为 1000），要求在 区块 1020 前回答

3. B 向 C 发起支付（区块高度 1005）

4. 区块高度 1008 时，B 见到 C 还不回答，决定关闭通道，将在区块 1009 生效

5. C 发起高 Gas 的交易①（区块 1008），使 B 发起的交易无法进入内存池

6. C 发起高 Gas 的交易②（区块 1009），B 仍无法进入内存池

7. C 无限循环操作，直到区块 1020 ，给出暗号 R，提取资金

B 尽管获取了暗号，但已没有时间回答 A 发起的支付，资金退回给 A，而向 C 的支付又已经成立，最终“循环替代攻击”实现 。此外，A、C 也可以通过串通，循环攻击 B 的关闭交易而实现双花。

结语

尽管存在以上攻击途径，但并不意味着攻击者就可以为所欲为，任意盗取闪电网络中的资金，原文中作者也提出了五种处理办法，如本地内存池和事务中继流量监控、矿工内存池监控等。

前途是光明的，道路是曲折的，今年比特币网络上也诞生出了 Ordinals 、BRC-20、Taproot Asset 等一系列新事物，问题虽存在，但持续的发展终将能解决问题。

参考资料

1. https://lists.linuxfoundation.org/pipermail/bitcoin-dev/2023-October/022032.html

2. https://github.com/ariard/mempool-research/blob/2023-10-replacement-paper/replacement-cycling.pdf

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