作者 | 李火華
出品|白話區(qū)塊鏈(ID：hellobtc)
9 月 14 日，一款名為“EOSPlay”的 DApp 游戲遭遇了新型隨機(jī)數(shù)攻擊，一共損失了數(shù)萬個(gè) EOS。
或許很多人對(duì)「隨機(jī)數(shù)攻擊」這個(gè)詞已經(jīng)司空見慣了，因?yàn)樵?DApp 遭遇黑客攻擊的事件中，隨機(jī)數(shù)攻擊占了很大一部分，很多 DApp 的隨機(jī)數(shù)被黑客破解了。
你或許會(huì)問，隨機(jī)數(shù)不是隨機(jī)的嗎?隨機(jī)意味著不可預(yù)測(cè)，為什么還會(huì)被黑客破解呢?
這還得從隨機(jī)數(shù)說起。
隨機(jī)數(shù)可以分為真隨機(jī)數(shù)和偽隨機(jī)數(shù)。真隨機(jī)數(shù)需要同時(shí)滿足隨機(jī)性、不可預(yù)測(cè)性、不可重現(xiàn)性，而偽隨機(jī)數(shù)只需要滿足隨機(jī)性，或者是隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性即可。
真隨機(jī)數(shù)只存在于物理世界中，一般需要通過物理手段(包括量子過程)獲得，比如我們?nèi)粘Ｒ姷降膾佊矌拧S骰子，生成的隨機(jī)數(shù)就是真隨機(jī)數(shù)。但是，拋硬幣、擲骰子這種隨機(jī)數(shù)生成方法的缺點(diǎn)非常明顯，那就是耗時(shí)、耗力，而且也無法滿足現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)世界對(duì)隨機(jī)數(shù)的需求。
因?yàn)樾实木壒剩F(xiàn)代的計(jì)算機(jī)軟件主要依賴偽隨機(jī)數(shù)。最早的偽隨機(jī)數(shù)生成器由 20 世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一馮·諾依曼創(chuàng)造，通過一個(gè)確定的隨機(jī)數(shù)種子，由確定的算法生成偽隨機(jī)數(shù)序列。現(xiàn)在的主流計(jì)算機(jī)編程語言，默認(rèn)的是將 1997 年發(fā)明的梅森旋轉(zhuǎn)算法作為生成偽隨機(jī)數(shù)的方法。
偽隨機(jī)數(shù)最大的缺陷是，只要種子不變，生成的偽隨機(jī)數(shù)序列也不會(huì)變。換句話說，只要你能拿到種子，你就可以破解隨機(jī)數(shù)。
計(jì)算機(jī)生成偽隨機(jī)數(shù)的過程，或多或少與這臺(tái)計(jì)算機(jī)的物理狀態(tài)或運(yùn)算狀態(tài)有關(guān)。也就是說，同一套隨機(jī)數(shù)算法，不同的計(jì)算機(jī)，或是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)在不同的時(shí)刻，生成的隨機(jī)數(shù)是不一樣的。
然而，這種傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)偽隨機(jī)數(shù)生成方法雖然足夠安全，卻并不適用于區(qū)塊鏈。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的系統(tǒng)，同一個(gè) DApp 在不同的節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，采用的隨機(jī)數(shù)必須要一致，這樣才能讓各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。所以，DApp 的隨機(jī)數(shù)來源，不能是運(yùn)行這個(gè) DApp 的計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的，因?yàn)檫@樣的話，不同的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的結(jié)果就不一樣了。
那么，區(qū)塊鏈上的 DApp 隨機(jī)數(shù)從哪里來呢?主要有以下三種方法：
第一種方法是通過可信第三方提供隨機(jī)數(shù)。比如說專門提供隨機(jī)數(shù)的網(wǎng)站 random.org，我們可以通過獨(dú)立于區(qū)塊鏈之外的 Oraclize 預(yù)言機(jī)為以太坊區(qū)塊鏈上的 DApp 獲取隨機(jī)數(shù)。當(dāng)然，這種依賴可信第三方的方法有違區(qū)塊鏈去中心化的精神。
第二種方法是不同的參與者一起合作生成隨機(jī)數(shù)。比如以太坊區(qū)塊鏈上的 RANDAO，任何人都可以提交一個(gè)數(shù)字，RANDAO 將所有提交的數(shù)字集合作為種子，生成隨機(jī)數(shù)，其他 DApp 可以付費(fèi)調(diào)取 RANDAO 生成的隨機(jī)數(shù)，這些費(fèi)用會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)給那些提交了數(shù)字的用戶。因?yàn)橐蕴坏娜ブ行幕悴恢绖e人提交了什么數(shù)字，所以要破解 RANDAO 的隨機(jī)數(shù)種子難度很大。
第三種方法是采集區(qū)塊鏈上的信息作為種子。這也是目前大部分 DApp 所采用的隨機(jī)數(shù)生成方法，缺陷是隨機(jī)數(shù)的種子“幾乎是”透明的。以本文開頭提到的 EOSPlay 為例子，這款游戲的隨機(jī)數(shù)采用的是未來某個(gè)區(qū)塊的 ID(哈希值)作為隨機(jī)數(shù)的種子。
那么，黑客是如何實(shí)現(xiàn)攻擊的呢?根據(jù)區(qū)塊鏈安全公司慢霧科技的分析，可能使用了以下的方法：
1、黑客為自己和項(xiàng)目方租用了大量的 CPU;
2、黑客發(fā)起大量的延遲交易;
3、由于以上兩點(diǎn)原因，導(dǎo)致 CPU 價(jià)格被拉高，從而導(dǎo)致其它用戶 CPU 不足;
4、因?yàn)?CPU 不足的原因，其他用戶難以發(fā)送交易，黑客得以使用自己的交易占滿區(qū)塊;
5、根據(jù)提前構(gòu)造的交易內(nèi)容，黑客可以成功預(yù)測(cè)出區(qū)塊哈希。
也就是說，雖然哈希算法不可逆，但是黑客可以通過控制輸入實(shí)現(xiàn)輸出的控制：控制區(qū)塊內(nèi)的交易內(nèi)容，從而控制區(qū)塊信息，進(jìn)而控制區(qū)塊哈希值，最終達(dá)到預(yù)測(cè)開獎(jiǎng)結(jié)果的目的。
最后，我們總結(jié)一下：
隨機(jī)數(shù)可以分為真隨機(jī)數(shù)和偽隨機(jī)數(shù)，真隨機(jī)數(shù)只存在于物理世界中，一般需要通過物理手段獲取。為了效率，計(jì)算機(jī)主要采用偽隨機(jī)數(shù)，然而由于區(qū)塊鏈的分布式特性，足夠安全的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)偽隨機(jī)數(shù)生成方法并不適用。大部分 DApp 采用的是收集區(qū)塊鏈上的信息作為偽隨機(jī)數(shù)的種子，而要想設(shè)計(jì)足夠安全的偽隨機(jī)數(shù)，難度非常大，這就是為什么很多 DApp 經(jīng)常遭受隨機(jī)數(shù)攻擊的原因。
你知道區(qū)塊鏈中，有哪些方面/情境下會(huì)用到隨機(jī)數(shù)嗎?歡迎在留言區(qū)分享你的觀點(diǎn)。
