Lỗ hổng biến dạng thời gian của Bitcoin: Một mối đe dọa an ninh tiềm ẩn

Vào cuối tháng 3 năm 2025, cộng đồng phát triển Bitcoin đã đề xuất một kế hoạch phân nhánh mềm mới nhằm khắc phục một số lỗ hổng và điểm yếu tồn tại lâu dài trong giao thức Bitcoin. Đề xuất được gọi là "Dọn dẹp đồng thuận lớn" không chỉ liên quan đến vấn đề giao dịch trùng lặp mà còn nhắm đến một mối đe dọa an ninh nghiêm trọng hơn - "Cuộc tấn công biến đổi thời gian".

Cơ chế bảo vệ dấu thời gian của Bitcoin

Mạng Bitcoin hiện đang áp dụng hai quy tắc chính để ngăn chặn việc thao túng dấu thời gian:

1. Thời gian trung vị trước đó (MPT) quy tắc: Dấu thời gian của khối mới phải muộn hơn thời gian trung vị của 11 khối trước.

2. Quy tắc thời gian khối trong tương lai: Dấu thời gian khối không được vượt quá 2 giờ so với thời gian trung vị của các nút mạng. Sự chênh lệch tối đa cho phép giữa thời gian của nút và thời gian hệ thống địa phương là 90 phút.

Những quy tắc này nhằm ngăn chặn thời gian dấu khối quá sai lệch so với thời gian thực tế. Tuy nhiên, cơ chế hiện có không đủ để hoàn toàn ngăn chặn việc thao tác dấu thời gian về quá khứ, vì điều này có thể ảnh hưởng đến quá trình đồng bộ hóa chuỗi khối ban đầu.

Sai sót nhỏ của Satoshi Nakamoto

Chu kỳ điều chỉnh độ khó của Bitcoin là 2016 khối, lý thuyết khoảng hai tuần. Khi tính toán điều chỉnh độ khó, giao thức so sánh sự chênh lệch thời gian giữa hai khối đầu và cuối trong khoảng 2016 khối. Tuy nhiên, 2016 khối này thực tế bao gồm 2015 khoảng cách khối. Do đó, thời gian mục tiêu đúng nên là 60 giây × 10 phút × 2015 = 1,209,000 giây. Nhưng giao thức Bitcoin đã sử dụng con số 2016, dẫn đến kết quả tính toán là 1,209,600 giây.

Sự sai lệch 0.05% này có nghĩa là thời gian tạo khối thực tế của Bitcoin là 10 phút và 0.3 giây, chứ không phải là 10 phút tròn. Mặc dù sự sai lệch này có vẻ không đáng kể, nhưng nó liên quan đến một vấn đề nghiêm trọng hơn.

Nguyên lý của cuộc tấn công biến dạng thời gian

Cuộc tấn công thời gian biến dạng lợi dụng một lỗ hổng trong việc tính toán độ khó của Bitcoin. Trong cuộc tấn công này, những thợ mỏ độc hại có thể ảnh hưởng đến độ khó của mạng bằng cách thao tác thời gian của khối. Kẻ tấn công sẽ đặt thời gian của phần lớn các khối chỉ chậm hơn một giây so với khối trước, đồng thời tuân thủ quy tắc MPT. Thời gian của khối cuối cùng trong mỗi chu kỳ điều chỉnh độ khó sẽ được đặt thành thời gian thực.

Hành động này sẽ dẫn đến việc thời gian blockchain dần trễ so với thời gian thực, từ đó ảnh hưởng đến việc tính toán độ khó. Sau vài chu kỳ tấn công, độ khó của mạng sẽ giảm mạnh, cho phép kẻ tấn công có thể tạo ra block với tốc độ cực nhanh, thu được một lượng lớn Bitcoin.

Tính khả thi thực sự của cuộc tấn công

Mặc dù về lý thuyết, cuộc tấn công này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng, nhưng việc thực hiện thực tế phải đối mặt với nhiều thách thức:

1. Cần kiểm soát phần lớn sức mạnh tính toán của mạng.
2. Sự tồn tại của những thợ mỏ trung thực sẽ làm tăng độ khó của cuộc tấn công.
3. Quy tắc MTP và dấu thời gian trung thực sẽ hạn chế không gian cho các hoạt động ác ý.
4. Quá trình tấn công là công khai và có thể kích hoạt sửa chữa khẩn cấp.

Giải pháp

Để khắc phục lỗ hổng này, các nhà phát triển đã đề xuất một số giải pháp:

1. Hoàn toàn sửa đổi thuật toán điều chỉnh độ khó, nhưng điều này có thể cần một hard fork.
2. Hủy bỏ quy tắc MTP, yêu cầu thời gian của mỗi khối phải tiến về phía trước, nhưng điều này có thể gây ra vấn đề mới.
3. Thiết lập quy tắc giới hạn mới, yêu cầu thời gian của khối đầu tiên trong chu kỳ độ khó mới không sớm hơn thời gian cụ thể của khối cuối cùng trong chu kỳ trước.

Hiện tại, đề xuất làm sạch đồng thuận lớn đề nghị áp dụng giới hạn thời gian 2 giờ. Giải pháp này vừa có thể hiệu quả ngăn chặn các cuộc tấn công bóp méo thời gian, vừa có thể giảm thiểu tối đa rủi ro phát sinh khối không hợp lệ.

Bằng cách thực hiện những cải tiến này, mạng Bitcoin sẽ có khả năng chống lại các cuộc tấn công thao túng thời gian tiềm ẩn tốt hơn, từ đó nâng cao thêm tính bảo mật và ổn định của nó.