Angriffe des letzten Offenbarers auf den RANDAO-basierten Zufallszahlengenerator in Ethereum 2.0

Основні поняття

Der RANDAO-basierte Zufallszahlengenerator in Ethereum 2.0 ist anfällig für Angriffe des letzten Offenbarers, die die Zufälligkeit des Auswahlprozesses für Validator-Vorschlagende und -Komitees beeinträchtigen können. Ein Vorschlag zur Verwendung von Shamir's Secret Sharing (SSS) kann diese Schwachstelle möglicherweise beheben.

Анотація

Der Artikel behandelt die Schwachstelle des RANDAO-basierten Zufallszahlengenerators in Ethereum 2.0, die als "Last Revealer Attack" (LRA) bekannt ist. Diese Schwachstelle ermöglicht es Angreifern, die Zufälligkeit des Auswahlprozesses für Validator-Vorschlagende und -Komitees zu beeinflussen.

Der RANDAO-Mechanismus basiert auf einem Commit-Reveal-Schema, bei dem jeder Validator in einem Epoch einen digitalen Signaturwert berechnet und diesen schrittweise offenlegt. Der letzte Validator in einem Epoch hat dabei die Möglichkeit, seine Offenlegung zu manipulieren und so den gesamten Zufallswert zu beeinflussen.

Als Lösungsvorschlag wird die Verwendung von Shamir's Secret Sharing (SSS) präsentiert. Dabei teilt der erste Validator seinen Signaturwert in 31 verschlüsselte Anteile auf, die an die anderen Validator verteilt werden. Erst wenn genügend Anteile offengelegt werden, kann der Signaturwert rekonstruiert werden. Dadurch wird verhindert, dass der letzte Validator den Zufallswert allein beeinflussen kann.

Die Analyse zeigt, dass der SSS-basierte Ansatz die LRA unter günstigen Netzwerkbedingungen verhindern kann. Es gibt jedoch Fälle, in denen nicht genügend Anteile vorhanden sind, um die Geheimnisse zu rekonstruieren, was zu einem Ausfall des RANDAO-Mechanismus führen würde. Insgesamt bietet der SSS-Ansatz eine kontrollierbare Sicherheitsebene, die an die Ethereum-Bedürfnisse angepasst werden kann.

Статистика

Wenn 𝑡 die Anzahl der Vorschlagenden ist, die am SSS-basierten RANDAO teilnehmen, und ℎ die Anzahl der unehrlichen Vorschlagenden in einem Epoch, dann gilt:

Wenn 𝑡 ≥ 𝑛 und ℎ < 𝑛, kann die Methode alle Geheimnisse wiederherstellen und der Angreifer kann die digitalen Signaturen anderer ehrlicher Vorschlagender nicht vorhersagen. Somit wird der LRA-Angriff verhindert.
Wenn 𝑡 < 𝑛, gibt es nicht genug Anteile, um irgendein Geheimnis wiederherzustellen. Dies führt zum Ausfall des ursprünglichen RANDAO-Mechanismus, und es wird eine Backup-Lösung benötigt.
Wenn 𝑡 ≥ 𝑛 und ℎ ≥ 𝑛, haben die Angreifer genug Anteile, um die Geheimnisse wiederherzustellen und den 'seed32'-Wert zu berechnen, bevor die Offenlegungsphase beginnt. Dies führt zu einem Angriff ähnlich wie der LRA, aber die Vorschlagenden der Angreifer müssen nicht am Ende des Epochs sein.

Цитати

"Wenn ein Angreifer 36% des gesamten eingepfändeten Geldes hätte, würde er die Kontrolle über das Ethereum-Netzwerk gewinnen."
"Der LRA-Angriff ist ähnlich wie der 51%-Angriff in Ethereum 1.0, aber eine massive Menge an Geld ersetzt die überwältigende Rechenleistung."

Ключові висновки, отримані з

RANDAO-based RNG

by Do Hai Son,T... о arxiv.org 03-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.09541.pdf

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Wie könnte man den SSS-basierten Ansatz weiter optimieren, um die Nachteile wie den möglichen Ausfall des RANDAO-Mechanismus bei zu wenigen Anteilen zu minimieren

Um die Nachteile des SSS-basierten Ansatzes zu minimieren, insbesondere den möglichen Ausfall des RANDAO-Mechanismus bei zu wenigen Anteilen, könnten verschiedene Optimierungen vorgenommen werden. Eine Möglichkeit wäre die dynamische Anpassung des Schwellenwerts 𝑛 basierend auf dem aktuellen Netzwerkzustand. Durch die Überwachung der Anzahl der aktiven Teilnehmer und das Festlegen eines adaptiven Schwellenwerts könnte sichergestellt werden, dass ausreichend Shares vorhanden sind, um die Geheimnisse wiederherzustellen. Darüber hinaus könnte die Implementierung von Mechanismen zur Anreizsetzung für eine höhere Beteiligung an der Geheimnisteilung dazu beitragen, das Risiko eines Ausfalls aufgrund zu weniger Anteile zu minimieren. Eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung des SSS-Algorithmus könnte somit die Zuverlässigkeit des Systems verbessern.

Welche anderen Mechanismen oder Technologien könnten neben oder anstelle von SSS verwendet werden, um die Schwachstellen des RANDAO-basierten Zufallszahlengenerators in Ethereum 2.0 zu beheben

Neben dem SSS-Algorithmus könnten auch andere Mechanismen oder Technologien verwendet werden, um die Schwachstellen des RANDAO-basierten Zufallszahlengenerators in Ethereum 2.0 zu beheben. Eine mögliche Alternative wäre die Implementierung von homomorphen Verschlüsselungstechniken, die es ermöglichen, Berechnungen auf verschlüsselten Daten durchzuführen, ohne die Daten zu entschlüsseln. Dadurch könnten die digitalen Signaturen der Proposer verschlüsselt und erst während des Enthüllungsprozesses entschlüsselt werden, um die Manipulation der RNG-Ausgabe zu verhindern. Darüber hinaus könnten Zero-Knowledge-Proofs eingesetzt werden, um die Integrität der Daten während des Vorgangs zu gewährleisten und potenzielle Angriffspunkte zu minimieren.

Welche Auswirkungen hätte ein erfolgreicher LRA-Angriff auf die Sicherheit und Integrität des Ethereum-Netzwerks, und wie könnten solche Angriffe langfristig die Akzeptanz und Nutzung von Ethereum beeinflussen

Ein erfolgreicher LRA-Angriff hätte schwerwiegende Auswirkungen auf die Sicherheit und Integrität des Ethereum-Netzwerks. Durch die Manipulation des RNG-Prozesses könnten Angreifer die Auswahl der Proposer und Komitees beeinflussen, was zu einer Verfälschung der Blockvalidierung und potenziell zu betrügerischen Transaktionen führen könnte. Dies würde das Vertrauen der Benutzer in die Plattform erschüttern und die Glaubwürdigkeit von Ethereum als sicheres und zuverlässiges Netzwerk beeinträchtigen. Langfristig könnten solche Angriffe die Akzeptanz und Nutzung von Ethereum negativ beeinflussen, da Benutzer und Entwickler möglicherweise aufgrund der Sicherheitsbedenken zu anderen Plattformen abwandern. Es wäre daher von entscheidender Bedeutung, effektive Maßnahmen zu ergreifen, um die Schwachstellen zu beheben und die Widerstandsfähigkeit des Netzwerks gegenüber solchen Angriffen zu stärken.