51%攻击：它是什么以及为什么重要

什么是 51% 攻击？

51% 攻击指的是区块链网络中的一种情况，尤其是在依赖工作量证明 (PoW) 或权益证明 (PoS) 共识机制的网络中，单个实体或团体控制了超过 50% 的网络算力 (PoW) 或质押代币 (PoS)。

这种多数控制权使攻击者能够通过执行未经授权的操作（例如修改交易历史记录或进行双重支付）以多种方式破坏网络。然而，这并不意味着攻击者可以完全控制网络的所有元素。

“51%攻击”这个名称源于这样一个概念：控制超过50%的共识资源，就意味着一方可以操控区块链的交易账本。

起源和理论基础

这种场景最早出现在中本聪的比特币白皮书中。白皮书指出，虽然比特币的去中心化结构提供了安全性，但如果某个实体获得了超过一半的算力，就可能破坏交易的完整性。尽管这种威胁本质上是理论上的，但现实世界中已有多种加密货币，尤其是市值较小的加密货币，遭受过51%攻击。

技术原理

在比特币或以太坊（合并前）等工作量证明（PoW）系统中，矿工们竞相解决密码学难题。第一个解决难题的矿工验​​证交易，并将新区块添加到区块链中。

如果一个矿工或一个矿工团体控制了网络总算力的一半以上，那么从统计学角度来看，他们解决每个新难题并说服网络接受其版本才是正确的概率就更高。

在权益证明（PoS）系统中，控制 51% 的权益意味着攻击者在验证新交易方面拥有主导权，从而对区块提案、投票和共识最终性施加不当影响。虽然由于权益证明中权益与工作量证明（PoW）的经济机制，这种攻击在技术上比 PoS 更难实施，但在分布式程度较低的 PoS 网络中，这仍然是一个值得关注的问题。

受影响的网络和示例

一些加密货币已经成功地通过 51% 的攻击方法遭受攻击，尤其是在它们的算力或社区参与度下降时。

例如：

• 以太坊经典 (ETC)： 2019 年和 2020 年遭受多次 51% 攻击，导致数百万美元的双花交易。
• 比特币黄金： 2020 年遭受 51% 攻击，超过 7 万美元的比特币黄金因交易撤销而被盗。
• Vertcoin： 由于分布式算力不足，分别在 2018 年和 2019 年遭受攻击。

关键要点

区块链的安全性和抵御 51% 攻击的能力与其去中心化程度和总算力（或 PoS 机制中的总权益）直接相关。贡献者基数越大、分布越分散，控制超过一半的贡献就越困难，成本也越高。

51%攻击的能力

当攻击者控制了区块链网络的大部分资源时，他们的能力虽然强大，但并非绝对。了解51%攻击的能力范围对于评估不同加密货币的安全性至关重要。

51%攻击的能力

• 双花：攻击者可以撤销他们在控制网络期间进行的交易。这使得攻击者能够先在一笔交易中花费代币，然后使该交易无效，并收回这些代币以供再次使用。
• 阻止交易确认：攻击者可以阻止特定交易或延迟交易完成，从而导致整个网络以及特定用户或实体的中断。
• 排除或修改交易顺序：通过控制区块验证，攻击者可以选择不包含合法交易或重新排列交易顺序。
• 控制区块生成：在工作量证明（PoW）机制中，攻击者可以比网络其他参与者更快地生成新区块，有效地超越诚实参与者，并强制执行他们自己的区块链版本。
• 执行“自私挖矿”：在这种隐蔽的形式中，攻击者私下挖矿，策略性地披露区块，并在破坏网络稳定性的同时获得不成比例的奖励。

51%攻击无法做到的事情

• 窃取其他用户的代币：攻击者无法访问其他用户的私钥或钱包。所有权仍然受到加密安全机制的保护。
• 随意创建新代币：协议代码中嵌入的供应规则仍然有效。51% 攻击无法凭空创建新代币。
• 撤销其他用户的已确认交易：只有攻击者本人或在其控制后进行的交易才能被修改。其他用户已确认和嵌入的交易在不进行更广泛的代码级更改的情况下仍然不可更改。
• 破解密码学：核心加密机制（SHA-256、ECDSA 等）仍然安全，不受 51% 攻击的影响。
安全漏洞需要量子或密码学漏洞，而非网络控制权。
• 无限期控制网络：此类攻击通常会引起社区的关注，并导致采取应对措施，包括硬分叉、提升算力或放弃被入侵的网络。

攻击者的局限性和风险

发起 51% 攻击会带来巨大的成本和风险。获取和运行必要的硬件或积累的权益需要耗费大量资源。此外，成功的攻击通常会因信任受损而降低加密货币的价值，使攻击者持有的任何代币都变得不那么有利可图。

此外，区块链社区经常通过纠正机制来应对攻击，包括修改协议（例如，更改挖矿算法）、执行硬分叉或添加检查点以使重组尝试无效。

因此，虽然 51% 攻击可以提供暂时的控制权，但其可持续性是有限的。

利益相关者、矿工、开发者和交易所通常会迅速行动起来，以减轻损失。

实践案例

大多数 51% 攻击的目标都是规模较小的网络，因为对于恶意攻击者而言，攻击成本尚可承受。这些案例表明，操纵网络是可能的，但同时也警示人们，需要采取措施来恢复网络完整性。以太坊经典、比特币黄金和 Verge 在攻击后都遭受了声誉损害，这表明此类攻击的代价很高——无论对于网络还是攻击者而言。

51%攻击的影响和后果

51%攻击的威胁对区块链系统构成根本性威胁，对去中心化、信任和不可篡改性构成挑战。

虽然此类攻击对于比特币等大型网络来说较为罕见，但它们会对规模较小或较新的区块链造成深远影响。

何时会受到影响？

51% 攻击在以下情况下尤为重要：

• 低算力网络： 算力有限或质押池集中的加密货币更容易受到攻击，因为获得多数控制权的成本较低。
• 新区块链上线： 早期项目通常具有高度中心化，因此容易受到针对性的攻击，例如双重支付和破坏。
• 网络参与度下降： 如果主要矿工或验证者离开网络，则会降低整体安全性，增加 51% 攻击的可能性。
• 危机事件期间： 当由于漏洞、分叉或治理失败导致信心动摇时，攻击者可能会利用这一时刻。弱点。

需要关注的安全信号

评估区块链对 51% 攻击的脆弱性需要评估以下方面：

• 算力趋势： 算力下降或停滞可能表明防御能力减弱。
• 质押集中度： 在 PoS 系统中，少数验证者持有大量代币表明存在中心化风险。
• 网络规模和多样性： 节点和验证者的分布越广泛，区块链抵御协同攻击的能力就越强。

对用户和投资者的影响

了解 51% 攻击有助于用户和投资者就支持哪些区块链做出明智的决策。

虽然此类攻击很少直接影响用户的钱包，但它们可能：

• 扰乱交易所和交易市场。
• 损害声誉并降低网络价值。
• 引发下架或监管审查。

因此，在选择合作项目时，仔细审查其对去中心化的承诺至关重要。活跃验证者数量越多、节点遍布全球、反中心化措施越明显，都是衡量项目韧性的良好指标。

保护措施和不断演进的防御

为了应对 51% 的攻击风险，防御性创新层出不穷。

这些包括：

• 混合共识模型： 结合工作量证明 (PoW)、权益证明 (PoS) 和其他算法，以最大限度地减少单点控制。
• 延迟最终性： 在交易被视为最终之前添加额外的区块，从而降低攻击的可能性。
• 检查点： 手动或自动措施，用于锁定区块链历史记录，使冲突的链失效。

未来之路

区块链安全性的演进取决于持续的警惕、协议的改进和治理的加强。虽然 51% 攻击凸显了系统性漏洞，但它们也激发了创新，最终加强了去中心化生态系统。

对于用户、开发者和监管机构而言，了解这些攻击能够提供关键的洞察，帮助我们了解是什么使区块链值得信赖，而不仅仅是运行正常。

随着去中心化系统的成熟，我们的目标仍然是使此类攻击在经济上不切实际，并给攻击者带来声誉上的​​灾难性后果。