Vulnerabilidade de ataque de distorção do tempo no protocolo Bitcoin

No dia 26 de março de 2025, os desenvolvedores do Bitcoin propuseram uma nova proposta de soft fork, destinada a corrigir múltiplas vulnerabilidades e fraquezas existentes no protocolo Bitcoin há muito tempo. Uma das vulnerabilidades mais graves é conhecida como "ataque de distorção temporal", e este artigo irá explorar isso em profundidade.

Bitcoin mecanismo de proteção de carimbo de data/hora

Antes de discutir o ataque de distorção temporal, precisamos entender as regras atuais de proteção contra manipulação do tempo do Bitcoin:

1. Tempo médio passado (MPT) regra: o timestamp do bloco deve ser posterior ao tempo médio dos 11 blocos anteriores.

2. Regras futuras do tempo de bloco: o carimbo de tempo do bloco não pode estar mais de 2 horas à frente do tempo médio dos pares do nó.

Estas regras visam prevenir que os timestamps dos blocos se afastem demasiado do tempo real, mas ainda existem algumas falhas.

Erro de cálculo de Satoshi Nakamoto

O período de ajuste de dificuldade do Bitcoin contém 2016 blocos, aproximadamente duas semanas. Ao calcular o ajuste de dificuldade de mineração, o protocolo calcula a diferença de timestamp entre o primeiro e o último bloco na janela de 2016 blocos relacionada. No entanto, Satoshi Nakamoto cometeu um pequeno erro ao projetar: ele usou 2016 em vez de 2015 para calcular o tempo alvo, resultando em um tempo alvo 0,05% mais longo do que o que deveria ser.

Este erro faz com que o tempo de bloco alvo do Bitcoin seja, na verdade, 10 minutos e 0,3 segundos, em vez de ser precisamente 10 minutos. Embora este erro pareça insignificante, ele cria a possibilidade de um ataque de distorção temporal.

Princípio do ataque de distorção temporal

O ataque de distorção temporal aproveita o erro de Satoshi Nakamoto no cálculo da dificuldade. O atacante manipula o timestamp do bloco, fazendo com que a blockchain avance lentamente no tempo, enquanto cumpre as regras do MPT. Os passos específicos são os seguintes:

1. Para a maioria dos blocos, defina o carimbo de data/hora para avançar um segundo em relação ao bloco anterior.
2. A cada seis blocos, mantém-se o mesmo timestamp, e depois adiciona-se um segundo ao próximo bloco.
3. No último bloco de cada ciclo de ajuste de dificuldade, definir a marca temporal como o tempo do mundo real.
4. O timestamp do primeiro bloco do próximo período volta novamente ao passado.

Este ataque fará com que a blockchain fique cada vez mais atrasada em relação ao tempo real, e a dificuldade continuará a aumentar. No entanto, após o segundo ciclo de ajuste, a dificuldade começará a ser ajustada para baixo, permitindo que os atacantes criem blocos a uma velocidade extremamente rápida, podendo potencialmente criar uma grande quantidade de Bitcoin.

Viabilidade e Limitações do Ataque

Embora esse ataque tenha um potencial devastador em teoria, sua implementação real enfrenta muitos desafios:

1. É necessário controlar a maioria da potência de cálculo.
2. A presença de mineradores honestos aumentará a dificuldade de ataque.
3. As regras MTP e o carimbo de tempo dos mineradores honestos limitarão o grau de retrocesso dos carimbos de tempo maliciosos.
4. O processo de ataque é visível publicamente, o que pode dar à comunidade tempo suficiente para realizar correções de emergência.

Solução

Para corrigir a vulnerabilidade do ataque de distorção temporal, os desenvolvedores propuseram uma solução relativamente simples: exigir que o tempo do primeiro bloco do novo ciclo de dificuldade não seja anterior a um determinado tempo antes do último bloco do ciclo anterior. Atualmente, o intervalo de tempo em discussão varia de 10 minutos a 2 horas.

A proposta mais recente sugere que este limite de tempo seja definido em 2 horas, o que representa apenas 0,6% do tempo alvo do ciclo de ajuste de dificuldade, podendo limitar efetivamente a capacidade de manipulação para baixo da dificuldade.

Comparação de dois esquemas de limitação de tempo:

• Limite de 10 minutos:

  • Vantagens: pode compensar o impacto do erro "falta um", minimizando o risco de blocos inválidos inesperados.
  • Desvantagens: pode aumentar o risco de blocos inválidos, é uma alteração de protocolo mais importante.

• Limite de 2 horas:

  • Vantagens: Minimiza o risco de blocos inválidos inesperados ao máximo, está em conformidade com as futuras regras de timestamp de blocos, é uma mudança relativamente conservadora.
  • Desvantagens: ainda permite que os atacantes manipulem a dificuldade para baixo em cerca de 0,6% a cada ciclo, mas isso é apenas uma mudança única, não pode ser acumulada.

Através da implementação destas medidas de segurança, a rede Bitcoin será capaz de resistir melhor a ataques de distorção temporal, aumentando ainda mais a sua segurança e estabilidade.