51%攻击

什么是51%攻击？

51%攻击又称多数攻击，是区块链网络的一种安全风险。当单个实体或协作矿工群体控制了网络50%以上的挖矿能力（也称为哈希率）时，就会发生此类攻击。通过获得大部分计算能力，这些攻击者可以操纵区块链，为自己谋取利益。

51%攻击击的主要危险在于攻击者改变区块链交易历史的能力。它们可以阻止新的交易得到确认，从而停止支付，甚至逆转已经得到网络确认的交易。这让攻击者可以“双花”代币，也就是多次欺诈性地使用相同的数字货币。

对网络一半以上哈希率的控制也使攻击者有能力排除其他矿工的区块，导致他们的区块成为唯一被验证并添加到区块链上的区块。这可能会导致对挖掘新区块和收取相关奖励的垄断，进一步集中本应在整个网络中分配的权力。

51%攻击的运作原理

积累哈希能力：51%攻击的第一步是攻击者或一群相互串通的攻击者积累网络总哈希率的一半以上。这可以通过购买大量挖矿设备、征用其他矿工的资源或从云挖矿服务中租用哈希算力来实现。

分叉区块链：有了大部分哈希率，攻击者就可以开始秘密挖掘自己版本的区块链了。这一版本与诚实矿工所遵循的版本不同，诚实矿工会继续根据之前商定的区块链验证交易。

创建更长的区块链：由于攻击者控制了一半以上的挖矿能力，他们可以比网络中的其他成员更快地将区块添加到自己版本的区块链中。在区块链协议中，最长的链被认为是合法的链，因为它代表了网络所做的大部分工作。

覆盖主区块链：一旦攻击者秘密挖掘的区块链比网络当前的区块链长，他们就会将其发布到网络上。网络上的其他节点被编程为将最长链视为正确链，因此将自动接受该链。攻击者的私人区块链成为新的官方记录。

双花和交易逆转：在挖掘秘密链期间，攻击者可以在官方区块链上进行交易（例如，向另一方发送加密货币）。一旦他们更长的区块链被接受，这些交易就可以被删除，从而可以再次使用加密货币。这就是所谓的双花。此外，攻击者还可以在自己的链中加入交易，阻止或逆转其他用户的交易。

保持控制：只要攻击者能保持对大部分哈希算力的控制，他们就能继续影响哪些区块会被添加到区块链中，从而可能导致重复破坏和欺诈。

51%攻击的历史

自2009年比特币问世以来，51%攻击的概念就已为人所知，中本聪撰写的比特币白皮书中就讨论过这一概念。鉴于比特币的去中心化性质和早期用户的协作精神，这种风险最初被认为仅存在于理论中。随着时间的推移，随着更多加密货币的出现和区块链技术的多样化，51%攻击的风险变得越来越明显，尤其是在规模较小、安全性较低的网络中。此类攻击的第一批真实案例开始出现在各种山寨币上，凸显了控制网络所需的计算能力低得多的漏洞。

例如，Ethereum Classic 和 Bitcoin Gold 等代币都曾经历过成功的51%攻击，攻击者成功重复花费了大量加密货币。这些事件不仅证明了此类攻击的实际可能性，还促使人们提高了认识，并在整个区块链网络中实施了新的安全措施来降低这种风险。

51%攻击实例

Ethereum Classic（ETC）

● 2019年1月：Ethereum Classic 是首批遭受51%攻击的主要加密货币之一，当攻击者控制了网络超过50%的哈希算力时，Ethereum Classic 的安全漏洞被突破。他们重组了区块链，重复花费了价值约110万美元的 ETC。这次攻击涉及深度链重组，改变了交易历史。

● 2020年8月：Ethereum Classic 再次发生类似攻击，导致7000多个区块重组，双花价值560万美元的代币。多次攻击引发了人们对较小 PoW 区块链安全性的严重担忧，并促使 Ethereum Classic 社区考虑采取更多安全措施。

Bitcoin Gold（BTG）

● 2018年5月：比特币的一个分叉——Bitcoin Gold——遭到了51%攻击，攻击者成功获得了对网络哈希算力的多数控制权。他们利用这种控制执行了一次深度区块链重组，逆转了交易。攻击者利用 Bitcoin Gold 的总体哈希率低于比特币这一漏洞，双重花费了价值约1800万美元的 Bitcoin Gold。

● 2020年1月：Bitcoin Gold 再次面临51%攻击，与2018年的攻击一样，同样的漏洞被利用。这一次，攻击者双花了价值7万美元的 BTG，进一步玷污了该网络的信誉，凸显了区块链依赖有限哈希算力的持续风险。

Vertcoin（VTC）

● 2018年12月：Vertcoin 经历了一系列攻击，涉及篡改区块链的交易历史。攻击者之所以瞄准 Vertcoin，是因为它采用了抗 ASIC 算法，而具有讽刺意味的是，这种算法使 Vertcoin 更容易受到租用哈希算力攻击的影响。攻击者双倍花费了价值约100,000美元的 VTC，导致该网络的挖矿算法发生重大修改。

比特币可能受到51%攻击吗？

对比特币进行51%的攻击虽然理论上是可能的，但由于其网络的规模和去中心化性质，这种可能性极小。从本质上讲，当一个实体或团体控制了区块链网络上的大部分矿权时，就会发生51%攻击。通过这种控制，他们可以操纵交易，逆转交易以重复花费代币，并有可能停止处理新的交易。然而，要对比特币实现这种程度的控制，需要巨大的计算能力和协调能力，这涉及到获取和操作大量用于比特币挖矿的专用计算机。由于成本和后勤方面的挑战，这几乎是不切实际的。

此外，比特币网络是全球最大、分布最广的网络之一，有来自不同国家成千上万的矿工和矿池参与其中。矿工的这种广泛分布和网络上集体工作的巨大哈希算力可以抵御51%的攻击。此外，比特币社区非常活跃，警惕性高，可能会迅速注意到任何不寻常的力量积累或潜在威胁，从而采取先发制人的行动来防止此类攻击。因此，对比特币成功策划51%攻击的概率非常低，这使得比特币成为当今最安全的加密货币网络之一。

如何防止51%攻击？

要防止区块链受到51%的攻击，需要技术策略和社区参与相结合，以确保没有一个人或团体能获得过多的控制权。首先，将采矿能力分散给众多参与者至关重要。要做到这一点，可以鼓励矿工加入较小的矿池，而不是聚集在大型矿池中，这有助于防止任何单一矿池主宰网络。此外，确保采矿作业分散在不同的地理位置，可以降低区域性电力中断影响过多网络算力的风险。

另一个有效的策略是更新区块链的底层技术。例如，从挖矿能力决定控制权的工作证明（PoW）系统转向权益证明（PoS）系统，可以大大降低51%攻击的风险。在 PoS 中，一个人验证交易和创建新区块的能力取决于他持有多少代币，以及他愿意质押多少硬币作为一种抵押。这种方法减少了对作为影响区块链主要资源的计算能力的依赖。

除了这些技术措施，区块链社区保持警惕也很重要。实施监测网络异常活动的系统有助于及早发现潜在威胁。快速反应协议也发挥着至关重要的作用，它可以根据采矿能力的可疑变化迅速调整规则或设置。这些策略共同构成了一种防御体系，使51%攻击的实施变得极具挑战性，有助于保持网络的安全性和可信度。