[论文解读] Griefing-Penalty: Countermeasure for Griefing Attack in Lightning Network

Subhra Mazumdar, Prabal Banerjee+1 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 29被引用 6

一句话总结

本文提出了一种名为 Griefing-Penalty 的新型对策，用于应对闪电网络中的 griefing 攻击，该对策对攻击者施加与其支付所锁定的抵押品成本成比例的经济惩罚。通过将此惩罚机制整合到新的 HTLC-GP 协议中，攻击的盈利能力显著下降——与标准 HTLC 相比，20 跳路径的攻击者收益减少 12 倍，所需预算增加 12 倍，同时保持了隐私性并补偿了受影响的节点。

ABSTRACT

Lightning Network can execute unlimited number of off-chain payments, without incurring the cost of recording each of them in the blockchain. However, conditional payments in such networks is susceptible to Griefing Attack. In this attack, an adversary doesn't resolve the payment with the intention of blocking channel capacity of the network. We propose an efficient countermeasure for the attack, known as Griefing-Penalty. If any party in the network mounts a griefing attack, it needs to pay a penalty proportional to the collateral cost of executing a payment. The penalty is used for compensating affected parties in the network. We propose a new payment protocol HTLC-GP or Hashed Timelock Contract with Griefing-Penalty to demonstrate the utility of the countermeasure. Upon comparing our protocol with existing payment protocol Hashed Timelock Contract, we observe that the average revenue earned by the attacker decreases substantially for HTLC-GP as compared to HTLC. We also study the impact of path length for routing a transaction and rate of griefing-penalty on the budget invested by an adversary for mounting the attack. The budget needed for mounting griefing attack in HTLC-GP is 12 times more than the budget needed by attacker in HTLC, given that each payment instance being routed via path length of hop count 20.

研究动机与目标

• 为解决闪电网络中的 griefing 攻击问题，即攻击者通过拒绝解决 HTLC 而阻塞通道容量，且无需承担任何成本。
• 通过引入与支付中锁定的抵押品成比例的惩罚机制，降低攻击者的经济动机。
• 在不损害隐私或关系匿名性的前提下，确保受影响的诚实中间节点获得补偿。
• 设计一种实用、可扩展且保护隐私的协议，将 griefing 惩罚机制无缝集成到现有 HTLC 框架中。

提出的方法

• 提出一种新型支付协议 HTLC-GP（带 griefing 惩罚的哈希时间锁合约），在标准 HTLC 的基础上扩展了惩罚机制。
• 对任何未能按时解决 HTLC 的参与方施加惩罚，惩罚金额与支付中锁定的抵押品成比例。
• 惩罚资金由攻击者提供，并用于补偿支付路径上所有受影响的中间节点。
• 在所有跳数中使用恒定的锁定时间，以避免分层锁定时间带来的问题，并降低抵押品成本。
• 通过在惩罚执行过程中不向中间节点暴露发送方/接收方身份或路径信息，确保隐私性。
• 将惩罚机制集成到智能合约逻辑中，使惩罚在超时后自动执行，无需中心化监督。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何显著降低在闪电网络中发动 griefing 攻击的经济动机？
• RQ2 何种惩罚机制能有效威慑攻击者，同时补偿诚实中间节点而不违反隐私？
• RQ3 与标准 HTLC 相比，griefing-penalty 的引入如何影响攻击者所需预算？
• RQ4 路径长度和惩罚率对攻击者预算与盈利能力有何影响？
• RQ5 该惩罚机制能否在不损害去中心化或可扩展性的前提下，集成到现有 HTLC 协议中？

主要发现

• 由于施加了惩罚机制，攻击者在 HTLC-GP 中获得的平均收益显著低于标准 HTLC。
• 对于经由 20 跳路径的支付，HTLC-GP 中发动 griefing 攻击所需的预算比标准 HTLC 高出 12 倍。
• griefing-penalty 机制确保受影响的中间节点能获得来自攻击者的资金补偿，维护了网络公平性。
• 该协议保持了关系匿名性，未向中间节点暴露发送方或接收方身份。
• 使用恒定锁定时间降低了抵押品成本，避免了现有协议中分层锁定时间带来的低效问题。
• 惩罚机制已正式集成到 HTLC 合约逻辑中，实现自动执行，无需依赖中心化监督。