[論文レビュー] Flood & Loot: A Systemic Attack On The Lightning Network

Jona Harris, Aviv Zohar|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 23被引用数 14

ひとこと要約

本論文では、フィーレート推定メカニズムとチャネルクロージャーのタイミングを悪用して、低手数取引をビットコインブロックチェーンに大量に送り込み、被害者のクロージャー試行を遅らせるという、ライトニングネットワークに対するシステム的脅威であるFlood & Loot攻撃を提示する。攻撃者は、最小限のコストで資金を盗むことができ、85のチャネルを標的とすることで、必ず資金を盗むことが可能であり、手数料のダイナミクスを操作することで攻撃の成功確率を高めることができる。

ABSTRACT

The Lightning Network promises to alleviate Bitcoin's known scalability problems. The operation of such second layer approaches relies on the ability of participants to turn to the blockchain to claim funds at any time, which is assumed to happen rarely. One of the risks that was identified early on is that of a wide systemic attack on the protocol, in which an attacker triggers the closure of many Lightning channels at once. The resulting high volume of transactions in the blockchain will not allow for the proper settlement of all debts, and attackers may get away with stealing some funds. This paper explores the details of such an attack and evaluates its cost and overall impact on Bitcoin and the Lightning Network. Specifically, we show that an attacker is able to simultaneously cause victim nodes to overload the Bitcoin blockchain with requests and to steal funds that were locked in channels. We go on to examine the interaction of Lightning nodes with the fee estimation mechanism and show that the attacker can continuously lower the fee of transactions that will later be used by the victim in its attempts to recover funds - eventually reaching a state in which only low fractions of the block are available for lightning transactions. Our attack is made easier even further as the Lightning protocol allows the attacker to increase the fee offered by his own transactions. We continue to empirically show that the vast majority of nodes agree to channel opening requests from unknown sources and are therefore susceptible to this attack. We highlight differences between various implementations of the Lightning Network protocol and review the susceptibility of each one to the attack. Finally, we propose mitigation strategies to lower the systemic attack risk of the network.

研究の動機と目的

• ライトニングネットワークにおける、ブロックチェーンの混雑と資金の盗難を組み合わせた、新しいシステム的攻撃ベクトルの分析。
• 手数料推定メカニズムと実装固有の挙動が、攻撃の成功をどのように促進するかの評価。
• 異なるライトニング実装におけるチャネルクロージャーのタイミングと手数料管理の脆弱性の特定。
• プロトコル上の制限を認識した上で、システム的リスクを低減する対策の提案。

提案手法

• 攻撃者は被害者のノードにチャネルを確立し、低手数料期間中に低オンチェーン手数料レートを設定する。
• 攻撃者は、被害者のチャネルを通じてマルチホップ決済を引き起こし、クロージャーに必要な取引数を増加させる。
• 攻撃者はブロックチェーンの混雑と重なるタイミングで攻撃を実行し、被害者のクロージャー取引の遅延を最大化する。
• 攻撃者は高手数取引を使用して、被害者の低手数取引をメモリプール内で置き換えることで、自身の取引の優先順位を確保する。
• 攻撃は、被害者がチャネルをクローズするまでのタイムアウトウィンドウを十分に活用しない事実を利用している。
• 攻撃者は自身の取引の手数料レートを引き上げられるのに対し、被害者は手数料が事前に固定されていることを利用している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 攻撃者は、どのように同時にブロックチェーンの混雑を引き起こし、ライトニングネットワーク参加者の資金を盗むことができるか？
• RQ2 手数料推定メカニズムが攻撃の実現または拡大に果たす役割は何か？
• RQ3 なぜ一部のライトニング実装は他の実装よりもこの攻撃に対してより脆弱なのか？
• RQ4 最小限の初期投資とチャネル数で、攻撃をどの程度実行可能か？
• RQ5 この攻撃のシステム的リスクを助長または助長する根本的なプロトコル設計選択は何か？

主な発見

• 攻撃は、たった85の標的チャネルで成功し、ブロックチェーンの混雑とタイミング制約により、資金の盗難が保証される。
• 被害者のクロージャー取引は、攻撃者が手数料ダイナミクスを操作することで遅延し、低手数取引がブロックに含まれなくなる。
• 攻撃者は自身のクロージャー取引の手数料を引き上げられ、メモリプール内で被害者の取引を置き換えることができる。
• LNDおよび他の実装は、チャネルクロージャーを遅く実行する（例：タイムアウトの10ブロック前まで待つ）ため、脆弱性が増す。
• 被害者が事前に手数料を固定しているのに対し、攻撃者は後から手数料を変更できるため、攻撃は拡大する。
• 実証的証拠から、大多数のノードが未知のピアからのチャネルオープンを受け入れるため、攻撃の表面が拡大している。