[论文解读] Hedging Against Sore Loser Attacks in Cross-Chain Transactions

Yingjie Xue, Maurice Herlihy|arXiv (Cornell University)|May 13, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 9被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于保证金的对冲机制，以缓解跨链交易中的 sore loser 攻击，即一方恶意放弃协议，导致另一方资产被锁定。通过引入由可能放弃协议的一方预先存入的小额保证金，该方法确保诚实方在遭受资产锁定时可获得补偿，从而在同步模型下将风险降低至任意低水平。

ABSTRACT

A *sore loser attack* in cross-blockchain commerce rises when one party decides to halt participation partway through, leaving other parties' assets locked up for a long duration. Although vulnerability to sore loser attacks cannot be entirely eliminated, it can be reduced to an arbitrarily low level. This paper proposes new distributed protocols for hedging a range of cross-chain transactions in a synchronous communication model, such as two-party swaps, $n$-party swaps, brokered transactions, and auctions.

研究动机与目标

• 解决跨链交易对 sore loser 攻击的脆弱性，即一方放弃协议以锁定另一方资产的问题。
• 在原子交换、多方交换、经纪人交易和拍卖中，将资产锁定的风险降低至任意低水平。
• 将金融对冲机制（特别是期权费）适配至分布式跨链协议。
• 确保在对方不参与的情况下，诚实方因资产被锁定而获得补偿，且无需依赖第三方信任。
• 在同步通信模型中，使用模型检测形式化并验证所提出协议的安全属性。

提出的方法

• 引入保证金分配阶段，即可能放弃协议的一方（如拍卖主持人或发起方）在智能合约中存入小额保证金。
• 采用两阶段协议：第一阶段，参与者使用哈希时间锁合约（HTLCs）托管其资产；第二阶段，根据协议结果分配保证金。
• 确保若协议被放弃或失败，保证金将按风险暴露比例支付给遭受资产锁定的诚实方。
• 将该机制应用于多种协议：两方交换、n方交换、经纪人交易和拍卖，由发起方支付保证金。
• 使用 TLA+ 建模协议，并通过形式化模型检测验证安全性和活性属性。
• 采用同步通信模型，以确保保证金和托管超时的可预测时间，从而实现可靠的补偿。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过类似保证金存款的金融对冲机制缓解跨链交易中的 sore loser 攻击？
• RQ2 如何设计保证金机制，以确保在对方不参与导致资产被锁定时，诚实方获得补偿？
• RQ3 在分布式、同步的跨链协议中，基于保证金的对冲可实现的最低风险水平是多少？
• RQ4 该保证金机制能否推广至不同类型的跨链交易，包括原子交换和拍卖？
• RQ5 如何利用形式化验证来验证在拜占庭行为存在的情况下，基于保证金的协议的安全性和正确性？

主要发现

• 所提出的保证金机制可确保诚实方在对方放弃协议导致资产被锁定时获得补偿，将损失风险降低至任意低水平。
• 在两方原子交换中，发起方支付 1 个代币的保证金，若交换成功则退还，若协议被放弃则支付给另一方。
• 在 n 名竞标者的拍卖中，拍卖主持人必须存入 np 份保证金，其中 p 为单个保证金金额，确保若协议失败，每位竞标者均可获得补偿。
• 使用 TLA+ 的形式化验证确认，无任何合规方的出价或资产可被窃取，且仅发起方可导致资产锁定。
• 该协议在同步通信模型下是安全的，且保证金阶段本身受到更短超时的保护，从而降低了对保证金机制的攻击风险。
• 该方法与现有区块链（如以太坊）兼容，并可通过扩展操作码适配至比特币，如先前工作所展示。