51%-Angriffe

Neugier

1. Wenn eine Partei mehr als die Hälfte der Rechenarbeit kontrolliert, welche Transaktionen werden dann veränderbar?
2. Warum bleibt der Besitz der Schlüssel zu Coins sicher, selbst wenn die Historie ihrer Übertragung rückgängig gemacht wird?
3. Wie passen Börsen ihre Bestätigungsanforderungen an, wenn die Hashrate einer Kette volatil wird?

Erkunden

1. Der Nakamoto-Konsens folgt der gültigen Kette mit dem meisten kumulierten Proof of Work. Ein Angreifer, der über mehr als fünfzig Prozent der globalen Hashrate verfügt, kann schneller Blöcke minen als der Rest des Netzwerks und so eine private Kette aufbauen, die die öffentliche schließlich überholt. Sobald diese längere Kette im Netzwerk verbreitet wird, wechseln die Nodes zu ihr, weil sie mehr Arbeit enthält. Dieser Mechanismus ermöglicht es, kürzlich erfolgte Transaktionen rückgängig zu machen und andere vom Ledger auszuschließen.
2. Die größte wirtschaftliche Bedrohung ist das Double Spending. Ein Angreifer sendet Coins an einen Händler oder Geschäftspartner, wartet auf eine Bestätigung in der öffentlichen Kette und enthüllt dann seine versteckte Parallelkette, in der dieselben Coins anderweitig ausgegeben wurden. Da die versteckte Kette nun mehr Blöcke hat, wird sie zur kanonischen Historie. Die ursprüngliche Zahlung verschwindet aus dem gültigen Ledger. Dieser Angriff lohnt sich nur, wenn der Wert der erhaltenen Waren die Strom- und Hardwarekosten übersteigt, die nötig sind, um die ehrlichen Miner abzuhängen.
3. Entscheidend ist: Ein Mehrheitsangreifer kann keine Coins stehlen, die anderen gehören. Eigentum ist bei Bitcoin kryptografisch begründet, nicht durch Konsens. Um die Satoshis eines anderen auszugeben, bräuchte ein Angreifer dessen Private Keys, die durch Elliptische-Kurven-Kryptografie auf Basis von secp256k1 geschützt sind. Mining-Leistung bestimmt die Reihenfolge der Transaktionen und die Gültigkeit der Blöcke, verschafft aber keinen Zugriff auf die Guthaben anderer Nutzer. Ein Angreifer kann Blöcke ehrlicher Miner verwaisen lassen oder bestimmte Transaktionen zensieren, aber er kann weder Geld über den festen Emissionsplan hinaus schaffen noch die zugrunde liegenden Konsensregeln ändern.
4. Kleinere Proof-of-Work-Netzwerke sind dieser Bedrohung wegen ihrer geringeren Gesamt-Hashrate besonders häufig ausgesetzt. Gemietete Mining-Hardware macht eine Mehrheitskontrolle für kurze Zeiträume erreichbar. Bitcoin Gold erlitt im Mai 2018 einen erfolgreichen Angriff, bei dem ein Angreifer durch vorübergehende Kontrolle über die Hashrate des Netzwerks Transaktionen im Wert von mehreren Millionen Dollar rückgängig machte. Ethereum Classic erlebte ähnliche Angriffe im Januar 2019 und mehrfach im August 2020. In jedem Fall reagierten die Börsen damit, vor der Gutschrift von Einzahlungen deutlich mehr Bestätigungen zu verlangen.
5. Bitcoin selbst hat noch nie einen erfolgreichen Mehrheitsangriff erlitten. Im Juni 2014 überschritt GHash.io jedoch kurzzeitig die Hälfte der Hashrate des Netzwerks, was Besorgnis auslöste; einen Monat später verpflichtete sich das Unternehmen, unter 40 % zu bleiben. Die wirtschaftlichen Kosten eines Angriffs auf Bitcoin sind prohibitiv hoch, da der Angreifer dauerhaft hohe Stromkosten tragen und zugleich mit effizienten Minern weltweit konkurrieren muss. Zudem müsste er die Mehrheit lange genug halten, um den Angriff abzuschließen, und ein gescheiterter Versuch hinterlässt nichts als die Kosten.
6. Die Unterscheidung zwischen Konsenskontrolle und kryptografischem Eigentum bestimmt das Sicherheitsmodell. Der Konsens schützt die Reihenfolge der Ereignisse – wer wem wann gezahlt hat –, die Kryptografie dagegen die Zuordnung von Werten – wem was gehört. Ein 51-%-Angreifer kann Ersteres manipulieren, bleibt aber an Letzteres gebunden. Diese Trennung sorgt dafür, dass selbst im schlimmsten Fall, wenn die Historie umgeschrieben wird, die Sicherheit der einzelnen Wallets erhalten bleibt – es sei denn, die Schlüssel werden auf anderem Weg kompromittiert, etwa durch Malware oder Social Engineering.

Kernfakten

Übung neun, sechs, drei, eins

Faktcheck

Datumsangaben, Zahlen und Behauptungen wurden mit den unten aufgeführten veröffentlichten Quellen abgeglichen.

• S. Nakamoto, 'Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System' (2008), Section 11
• E. Budish, 'The Economic Limits of Bitcoin and the Blockchain' (NBER Working Paper, 2018)
• Bitcoin Gold team statements on the May 2018 double-spend attack
• Public analyses of the Ethereum Classic 51% attacks (2019, 2020)