[논문 리뷰] Exploring the Attack Surface of Blockchain: A Systematic Overview

Muhammad Saad, Jeffrey Spaulding외 5명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 06.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 148인용 수 103

한 줄 요약

이 논문은 공개 블록체인 공격 면을 체계적으로 조사하고, 공격을 블록체인 설계, 피어투피 아키텍처, 응용 맥락으로 분류하며, 방어책과 공격 간 관계를 논의한다.

ABSTRACT

In this paper, we systematically explore the attack surface of the Blockchain technology, with an emphasis on public Blockchains. Towards this goal, we attribute attack viability in the attack surface to 1) the Blockchain cryptographic constructs, 2) the distributed architecture of the systems using Blockchain, and 3) the Blockchain application context. To each of those contributing factors, we outline several attacks, including selfish mining, the 51% attack, Domain Name System (DNS) attacks, distributed denial-of-service (DDoS) attacks, consensus delay (due to selfish behavior or distributed denial-of-service attacks), Blockchain forks, orphaned and stale blocks, block ingestion, wallet thefts, smart contract attacks, and privacy attacks. We also explore the causal relationships between these attacks to demonstrate how various attack vectors are connected to one another. A secondary contribution of this work is outlining effective defense measures taken by the Blockchain technology or proposed by researchers to mitigate the effects of these attacks and patch associated vulnerabilities

연구 동기 및 목표

• 설계 구성 요소, 아키텍처 및 응용 프로그램에 걸친 블록체인 시스템의 보안 취약점을 조사한다.
• 공격이 어떻게 시작되고 서로 연결된 벡터를 통해 확산되는지 설명한다.
• 다양한 공격 간의 관계를 도식화하여 복합 위험과 방어 포인트를 밝힌다.
• 문헌에서 제안된 방어 전략을 요약하고 남아 있는 문제점과 향후 방향을 식별한다.

제안 방법

• 공격 벡터를 세 가지 광범위한 범주로 분류한다: 설계 구성 요소(포크, 부성(스테일/고아) 블록), 피어투피 아키텍처(51% 공격, DDoS, DNS/BGP/eclipse 공격, 합의 지연), 그리고 응용 맥락(지갑 도난, 스마트 계약 DoS, 이중 지불).
• 한 공격이 다른 공격을 어떻게 가능하게 하는지 인과관계를 분석한다.
• 각 공격 클래스에 대응하는 문헌에서 제안된 기존 방어 메커니즘을 조사한다.
• 공격 표면에 대한 통합적 관점을 제시하고, 결합 방어책과 향후 연구 방향을 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 설계, 네트워크, 응용 맥락에서 비롯된 공개 블록체인 시스템의 주요 공격 클래스는 무엇인가?
• RQ2 한 클래스의 공격이 블록체인 스택의 다른 공격 벡터를 어떻게 가능하게 만들거나 영향을 미치는가?
• RQ3 각 공격 클래스에 대해 제안된 방어 전략은 무엇이며, 남아 있는 문제점은 어디인가?
• RQ4 포크와 컨센서스 다이내믹이 블록체인 응용의 보안성과 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 공격은 블록체인 암호 구성, 분산 아키텍처 및 응용 맥락의 세 가지 요인으로 구성된다.
• 주요 공격으로는 포크, 고아/스테일 블록, 51% 다수 공격, DDoS, DNS/BGP/eclipse 공격, 합의 지연, 지갑 도난, 스마트 계약 DoS, 재생/재진입/오버플로우 공격 등이 있다.
• 일부 공격이 다른 공격을 촉진할 수 있는 인과 관계가 있어 통합 방어 전략의 가치가 강조된다.
• 공개 블록체인은 신뢰 모델이 약해 더 많은 공격 기회에 직면하는 반면, 프라이빗/허가형 블록체인은 노출을 줄이지만 성능 및 보안의 상충관계가 다르다.
• 이 논문은 선행 연구에서 제안된 방어 조치를 정리하고 결합된 대응책과 안전하고 확장 가능한 블록체인 설계의 방향을 논의한다.