Tổng quan và phân tích sự cố an ninh cầu nối Cross-chain

Từ năm 2022 đến năm 2024, trong lĩnh vực cầu nối Cross-chain đã xảy ra nhiều sự kiện an ninh nghiêm trọng, tổng thiệt hại lên đến hơn 2.8 tỷ USD. Trong số đó, nổi bật nhất bao gồm:

• Tháng 3 năm 2022: Ronin Bridge bị tấn công, thiệt hại 6.25 triệu đô la Mỹ
• Tháng 10 năm 2022: Binance Bridge bị tấn công, thiệt hại 570 triệu USD
• Tháng 2 năm 2022: Cầu nối Wormhole bị hacker tấn công, mất 320 triệu USD
• Tháng 8 năm 2022: Cầu nối Nomad bị tấn công theo kiểu "toàn dân tham gia", thiệt hại 190 triệu USD
• Tháng 6 năm 2022: Harmony Horizon Bridge bị đánh cắp, thiệt hại 100 triệu đô la
• Tháng 1 năm 2024: Rò rỉ khóa riêng đa chữ ký của Orbit Chain, thiệt hại 81,5 triệu đô la Mỹ

Những sự kiện này rõ ràng cho thấy những thiếu sót cơ bản trong thiết kế kiến trúc an ninh của cơ sở hạ tầng chuỗi cross hiện tại.

Ronin Bridge: mẫu hình của tấn công kỹ thuật xã hội

Vào ngày 23 tháng 3 năm 2022, Cầu nối Ronin của Axie Infinity đã gặp phải cuộc tấn công cầu nối cross nghiêm trọng nhất trong lịch sử tiền điện tử. Kẻ tấn công đã thành công trong việc đánh cắp 173,600 ETH và 25,500,000 USDC thông qua các phương pháp kỹ thuật xã hội, với tổng giá trị vượt quá 6.25 triệu đô la.

Các điểm chính trong quá trình tấn công bao gồm:

1. Cuộc tấn công lừa đảo cá ngừ cao cấp liên tục, cuối cùng đã thành công xâm nhập vào hệ thống của một nhân viên Sky Mavis.
2. Sử dụng một quyền ủy quyền tạm thời bị lãng quên, để có được quyền ký xác thực của nút Axie DAO.
3. Kiểm soát 4 nút xác thực Sky Mavis và 1 nút Axie DAO, đạt ngưỡng ký quỹ 5/9.
4. Cuộc tấn công kéo dài 6 ngày mà không bị phát hiện, đã phơi bày những thiếu sót nghiêm trọng của hệ thống giám sát.

Vấn đề chính được lộ ra trong cuộc tấn công lần này bao gồm:

• Kiểm soát nút xác thực tập trung quá mức
• Quản lý quyền không đúng cách, ủy quyền tạm thời chưa được thu hồi kịp thời
• Thiếu cơ chế giám sát giao dịch bất thường theo thời gian thực
• Đào tạo nhận thức an toàn cho nhân viên không đủ

Cầu nối Wormhole: Hệ quả chết người của mã bị bỏ rơi

Vào ngày 2 tháng 2 năm 2022, Cầu nối Wormhole kết nối Ethereum và Solana đã bị tấn công nặng nề, kẻ tấn công đã lợi dụng một hàm đã bị loại bỏ nhưng chưa được xóa trong hợp đồng thông minh, thành công vượt qua cơ chế xác thực chữ ký, đã đúc 120,000 wETH chưa được bảo đảm, trị giá khoảng 320 triệu đô la.

Các chi tiết kỹ thuật của cuộc tấn công bao gồm:

1. Tận dụng lỗ hổng xác thực trong hàm load_current_index.
2. Tạo tài khoản "Sysvar giả mạo" để lừa dối hệ thống.
3. Tạo tài khoản tin nhắn độc hại thông qua hàm post_vaa.
4. Gọi hàm complete_wrapped để hoàn thành việc đúc token không được ủy quyền.

Vấn đề cốt lõi bị tấn công và phơi bày:

• Quản lý mã bị thiếu sót, tiếp tục sử dụng hàm đã biết có rủi ro là hàm lỗi thời
• Xác thực đầu vào không đủ, chưa xác minh tính xác thực của địa chỉ tài khoản quan trọng
• Thiếu sót trong quy trình triển khai, bản vá bảo mật chưa được triển khai kịp thời vào môi trường sản xuất
• Sự phụ thuộc quá mức vào các thực thể tập trung để đảm bảo cuối cùng

Cầu nối Harmony Horizon: Sự sụp đổ hoàn toàn của khóa đa chữ ký

Vào ngày 23 tháng 6 năm 2022, cầu nối Harmony Horizon đã bị tấn công, thiệt hại 100 triệu USD. Kẻ tấn công đã sử dụng 2 khóa riêng của nút xác minh đã chiếm được để thực hiện 14 giao dịch rút tiền chuỗi cross trong vài giờ.

Điểm mấu chốt của cuộc tấn công:

• Thiết kế multi-signature 2-of-5 giảm thiểu ngưỡng tấn công
• Kẻ tấn công đã có được khóa riêng của 2 nút xác thực bằng một cách chưa biết.
• 14 giao dịch bất thường chưa kích hoạt bất kỳ cảnh báo tự động nào

Vấn đề chính được phơi bày:

• Ngưỡng thiết lập đa chữ ký quá thấp
• Cơ chế bảo vệ khóa riêng tồn tại thiếu sót cơ bản
• Cơ chế giám sát nghiêm trọng là không đủ

Cầu nối Binance: Khiếm khuyết chết người của chứng minh Merkle

Vào ngày 6 tháng 10 năm 2022, BSC Token Hub của Binance đã bị tấn công, gây thiệt hại khoảng 570 triệu đô la. Kẻ tấn công đã lợi dụng một lỗi tinh vi trong thư viện IAVL khi xử lý chứng minh Merkle để thành công giả mạo chứng minh khối.

Chi tiết kỹ thuật của cuộc tấn công:

1. Kẻ tấn công đăng ký làm trình tiếp, đặt cọc 100 BNB làm tiền bảo đảm.
2. Sử dụng cây IAVL để thực hiện trường hợp biên của nút giữa với thuộc tính kép.
3. Chứng minh Merkle của khối giả 110217401.
4. Hai lần mỗi lần rút 1 triệu BNB.

Vấn đề bị lộ:

• Việc triển khai cây IAVL không xem xét trường hợp biên của thuộc tính kép của nút.
• Chứng minh lỗ hổng logic xác minh
• Lệ thuộc quá nhiều vào thư viện mã hóa bên ngoài
• Dựa vào quyết định tập trung để tạm dừng toàn bộ mạng

Cầu nối Nomad: Hiệu ứng bướm của cấu hình gốc tin cậy

Vào ngày 1 tháng 8 năm 2022, Nomad Bridge đã gây ra một vụ cướp tiền "toàn dân tham gia" do một lỗi cấu hình, thiệt hại 190 triệu đô la.

Điểm quan trọng của cuộc tấn công:

• Đặt giá trị "gốc tin cậy" sai thành 0x00, giống với giá trị mặc định của "gốc không tin cậy"
• Hệ thống không thể phân biệt giữa thông điệp hợp lệ và không hợp lệ, tất cả thông điệp đều tự động được đánh dấu là "đã xác minh"
• Từ việc phát hiện người dùng đơn lẻ đến sự tham gia quy mô lớn, đã trở thành một "bữa tiệc tấn công"

Vấn đề lộ ra:

• Xung đột giá trị cấu hình dẫn đến việc gốc tin cậy và gốc không tin cậy sử dụng cùng một giá trị mặc định
• Độ bao phủ kiểm tra trước khi nâng cấp không đủ
• Cơ chế xác thực lạc quan quá phụ thuộc vào một gốc tin cậy duy nhất
• Tính không cần giấy phép của blockchain làm gia tăng tổn thất khi hệ thống gặp sự cố.

Orbit Chain：sự sụp đổ hệ thống của khóa riêng đa chữ ký

Vào ngày 1 tháng 1 năm 2024, Orbit Chain đã bị tấn công, gây thiệt hại 81,5 triệu USD. Kẻ tấn công đã lấy được khóa riêng của 7 trong số 10 nút xác thực, đạt đủ ngưỡng tối thiểu cần thiết để thực hiện giao dịch bất kỳ.

Đặc điểm của cuộc tấn công:

• Thiết kế đa chữ ký 7 trong 10 đã bị tấn công
• Kẻ tấn công đồng thời nhận được 7 khóa riêng của nút xác minh
• Vốn được phân tán nhanh chóng và được rửa qua dịch vụ trộn coin

Vấn đề bị lộ:

• Quản lý khóa riêng có những thiếu sót hệ thống
• Kiến trúc đa ký vẫn tồn tại rủi ro điểm lỗi tập trung.
• Thiếu giám sát giao dịch bất thường theo thời gian thực và cơ chế tạm dừng tự động

Nguyên nhân sâu xa của lỗ hổng cầu nối Cross-chain

Thông qua phân tích, chúng ta có thể tổng hợp các vấn đề an toàn của cầu nối Cross-chain thành một số khiếm khuyết hệ thống chính.

1. Thiếu sót trong quản lý khóa riêng (khoảng 55%):

   • Cấu trúc ký đa phụ thuộc quá nhiều vào thao tác của con người và quản lý khóa tập trung
   • Lưu trữ khóa riêng của nút xác minh tập trung hoặc do cùng một đội quản lý
   • Ngưỡng thiết lập đa ký thường quá thấp
   • Thiếu cơ chế xoay vòng khóa hiệu quả
   • Bảo vệ không đủ trước các cuộc tấn công kỹ thuật xã hội

2. Lỗ hổng xác thực hợp đồng thông minh (khoảng 30%):

   • Có khả năng vượt qua logic xác minh chữ ký
   • Xác thực đầu vào không đầy đủ
   • Sử dụng các hàm đã bị loại bỏ hoặc có rủi ro đã biết
   • Rủi ro tích hợp thư viện bên thứ ba
   • Sự phức tạp của giao thức chuỗi cross dẫn đến khó khăn trong việc kiểm toán an toàn toàn diện

3. Sai sót trong quản lý cấu hình (khoảng 10%):

   • Lỗi cấu hình trong quá trình nâng cấp giao thức
   • Cài đặt quyền không đúng cách hoặc quyền tạm thời chưa được thu hồi kịp thời
   • Cấu hình tham số chính bị xung đột
   • Kiểm tra không đủ

4. Khuyết điểm của hệ thống chứng minh mật mã (khoảng 5%):

   • Hệ thống chứng minh có tồn tại những thiếu sót tinh tế
   • Kẻ tấn công cần có sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý mật mã cơ bản

Tình trạng ngành và sự tiến bộ công nghệ

cầu nối Cross-chain an toàn thể hiện xu hướng tiến triển rõ rệt:

• Năm 2022: Tổng tổn thất khoảng 1.85 tỷ USD, tấn công điểm đơn quy mô lớn, tổn thất cao
• Năm 2023: Tổng thiệt hại khoảng 680 triệu USD, phương thức tấn công đa dạng, tấn công kỹ thuật xã hội gia tăng
• Năm 2024: Tổng thiệt hại khoảng 240 triệu USD, các cuộc tấn công định hướng ngày càng tinh vi và chính xác hơn.

Ngành đang khám phá nhiều giải pháp công nghệ khác nhau:

• Cầu nối chứng minh không kiến thức: Sử dụng công nghệ ZK-SNARKs/STARKs để thực hiện xác minh không cần tin cậy
• Kiến trúc tính toán đa bên (MPC): Tăng cường an ninh thông qua việc lưu trữ và ký phân tán các mảnh khóa riêng
• Xác minh hình thức: Sử dụng phương pháp toán học để chứng minh tính chính xác của logic hợp đồng thông minh
• Giám sát thời gian thực và hệ thống tạm dừng tự động: Phát hiện giao dịch bất thường do AI điều khiển và phản ứng khẩn cấp tự động

Kết luận: Định nghĩa lại tương lai an toàn của cầu nối Cross-chain

Vấn đề cơ bản mà cầu nối Cross-chain phải đối mặt là sự thiếu sót trong mô hình tin cậy. Hầu hết các cầu nối Cross-chain dựa vào giả định "các nhà xác thực ít ỏi sẽ không làm điều ác", khiến chúng cực kỳ dễ bị tổn thương trước các cuộc tấn công có tổ chức. Mâu thuẫn giữa độ phức tạp và độ an toàn ngày càng nổi bật, trong khi lợi nhuận tiềm năng của kẻ tấn công vượt xa chi phí bảo vệ an ninh.

Giải pháp thực sự cần được tiếp cận từ ba phương diện: công nghệ, quản trị và kinh tế.

1. Khía cạnh kỹ thuật:

   • Sử dụng phương pháp mật mã để loại bỏ sự phụ thuộc vào lòng tin của con người
   • Đảm bảo tính đúng đắn toán học của logic mã thông qua xác minh hình thức
   • Xây dựng hệ thống bảo vệ đa lớp

2. Cấp độ quản trị:

   • Thiết lập tiêu chuẩn an toàn và thực tiễn tốt nhất thống nhất trong ngành
   • Thúc đẩy các cơ quan quản lý xây dựng khung tuân thủ cụ thể
   • Tăng cường chia sẻ thông tin an ninh và hợp tác giữa các dự án

3. Khía cạnh kinh tế:

   • Thiết kế cơ chế khuyến khích kinh tế hợp lý hơn
   • Thiết lập quỹ bảo hiểm và bồi thường an toàn cấp ngành
   • Tăng chi phí tấn công và giảm lợi nhuận tấn công

Tương lai của cầu nối Cross-chain nên được xây dựng trên "đảm bảo mật mã rằng ngay cả khi tất cả các bên tham gia cố gắng làm điều ác cũng không thể thành công". Chỉ bằng cách thiết kế lại cấu trúc bảo mật của chuỗi cross từ gốc rễ và thoát khỏi sự phụ thuộc vào niềm tin tập trung, mới có thể thực sự đạt được tính tương tác đa chuỗi an toàn và đáng tin cậy. Những giải pháp chuỗi cross có thể cung cấp sự phi tập trung thực sự và an toàn có thể chứng minh bằng toán học sẽ trở thành ngọn đèn dẫn dắt ngành ra khỏi bóng tối an ninh.