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像 Nym 这样的混网可以通过防范针对链上共识的攻击来帮助解决这个问题。
扩展带来的安全问题
区块链 是永久且公开的交易账本，第三方无法对其进行干预。为了验证新交易（例如，确保一种币不会被双重花费），必须不断更新和检查这个完整的账本（包含在区块中）。这正是区块链技术面临的两个未解决的问题：
- 区块链如何在不给验证者带来负担的情况下实现扩展？毕竟验证者必须使用自己的带宽和资源来为公共链验证交易。
- 更高效的数据验证方式是否会以牺牲链上安全为代价？
Celestia 的联合创始人兼计算机安全研究员穆斯塔法·阿尔-巴萨姆（Mustafa Al-Bassam）对该问题进行了分析，他指出：随着区块大小的增长，运行“全节点”以验证数据可用性所需的资源消耗正变得越来越大。委员会和轻节点的引入是更高效的替代方案，但它们可能容易受到一种被称为选择性披露的特定网络攻击。
Nym 团队一直与 Celestia 密切合作，研究 噪声生成混合网络 如何为区块链验证流程添加一层 匿名化保护，从而防范此类特定攻击。正如我们将看到的，这将涉及一种不可关联的数据可用性抽样模式。
在勾勒 Nym 的解决方案之前，让我们先看看区块链在不依赖全节点的情况下进行扩展所面临的技术难题，以及现有的解决方案如何使区块链容易受到选择性披露攻击。
数据可用性验证
数据可用性是指保证区块链区块中的所有数据均已正确发布，且网络可在需要时访问这些数据。这可确保节点能够下载和验证与区块相关的所有必要信息，从而使网络能够验证区块中交易和状态的正确性与完整性。
在区块链系统中，验证数据可用性对于防止恶意行为者隐藏或隐瞒区块的部分数据，同时仍声称该区块有效，至关重要。如果数据不可用，可能会向链中添加数据缺失或不完整的区块，从而可能导致交易无效、安全风险以及网络状态不一致。
传统区块链要求用户（运行全节点）通过同步整个区块链来验证所有数据。但确保数据可用性可能颇具挑战，尤其是随着区块大小的增长。
诸如 数据可用性采样 之类的技术，允许 轻量级节点 在无需下载整个区块的情况下验证数据的可用性，从而使数据可用性验证整体上更加高效。现代区块链采用这种方法，以更少的资源来验证数据可用性。 Celestia 是利用数据可用性为所有现代区块链提供动力的领先范例。
安全与不安全的扩展机制
可以通过多种方式实现数据可用性验证，并具有不同级别的安全性：
全节点（最高安全级别）
全节点通过下载所有数据来验证所有数据，并通过拒绝不完整的区块来确保最高安全性。然而，随着区块大小的增加，这种基准解决方案的效率会越来越低。毕竟，进行这项验证工作需要投入人力和财力。
不保证数据可用性（零安全性）
无法保证数据可用，仅作承诺（如 IPFS URI）。对于像 NFT 这样不需要安全性的场景，这可能已经足够，但对于涉及实际利益的大多数链上交易而言，这绝非解决方案。
数据可用性委员会
通过诚实的多数票，特别委员会确保数据可用，从而在数据可用性和性能之间取得平衡。
数据可用性委员会与加密经济安全
该方法也面临同样的可扩展性问题，因为委员会成员在执行验证工作时面临日益增长的数据开销。为改善这一情况，还可以对委员会提供“加密经济激励”，即根据其完成的验证工作量按比例发放代币。
如果委员会不诚实，也会受到处罚（“削减”或“暂停”），从而提高整体安全性。当委员会是该链共识机制的一部分时，这才有效。
轻量节点
将轻量级节点引入该框架还可以进行数据可用性检查，从而进一步降低资源需求。有两种方法可以实现这一点：
- 在缺乏“诚实少数”轻节点情况下的数据可用性采样： 轻节点使用采样技术在无需下载整个区块的情况下验证数据，但如果某些数据缺失，它们无法保证能够完全恢复数据。这取决于数据可用性委员会和采样接口。
- 利用诚实的轻节点少数群体进行数据可用性采样：如果存在诚实的轻节点少数群体，当为增强安全性而隐去任何数据时，它们可以重建区块。请注意，节点要有效共享数据，需要一个同步网络。
不可关联数据可用性抽样
该高级级别通过使轻节点的请求无法关联且完全随机，从而防范针对性攻击（例如选择性数据共享披露，我们将在下一部分深入探讨）。这需要匿名化技术的进一步发展，而这正是 Nym 解决方案大显身手之处。
但首先，这些先前的解决方案究竟在哪些方面存在不足和漏洞呢？
问题：选择性披露攻击
选择性披露攻击 是一种数据可用性攻击，其中恶意攻击者试图让一个（或多个）节点相信区块的数据完全可用，而实际上部分数据被隐瞒了。这实际上会导致区块不完整或无法恢复。
攻击者的目标是通过在点对点网络中选择性地响应区块数据查询，来操纵验证过程。最终，这会破坏共识，导致链分叉，并危及真实交易和整体信任。
那么，根据最新的理解，具体操作如下：
攻击概述
该攻击包含两个同时进行的组成部分：
- 攻击者从区块中隐瞒了足够多的数据份额，以致网络无法重建该区块，从而导致该区块不可用。
- 与此同时，攻击者会选择性地响应来自目标轻节点的查询，使其误以为该区块已可用。
攻击机制
该网络依赖于 数据可用性采样（DAS），轻量级节点会向其他节点请求区块数据的随机样本以验证其可用性。
- 在选择性披露攻击中，攻击者会识别出区块数据中需要隐瞒的部分，从而确保该区块无法被重建。
- 然而，攻击者会针对诚实节点（例如轻客户端）的查询进行选择性响应，提供来自未被保留的份额中的数据。这会给人一种该模块已完全可用的假象。
诚实节点面临的挑战
- 由于对抗性节点与正常节点无法区分，且在被查询时会给出正确响应，因此除非被检测到，否则无法将其列入黑名单。
- 诚实的节点会发出示例请求，而攻击者的响应看起来是有效的，因为被隐瞒的数据对诚实节点的特定查询是不可见的。
两种解决方案
- 一项建议的应对措施是添加一个匿名化层，使每个样本请求的来源无法与客户端（轻节点）相关联，并且请求在网络中以随机顺序进行处理。这可防止攻击者通过选择性披露针对特定节点发起攻击。
- 另一种方法是确保每个节点发出足够数量的查询（从而增加检测到被隐匿数据的可能性），或者依靠数量足够多的节点来弥补缺失的份额。
模拟结果
- 如果客户端发出的查询次数较少（例如 15 次），攻击成功的概率相对较高（约 0.0133）——攻击者大约在尝试 75 次后就能欺骗客户端。
- 随着每个客户端的查询次数增加（例如，增加到 50 次查询），攻击成功的概率会急剧下降（接近 0）。
- 同样，攻击目标越多，攻击的成功率就越高，但随着查询次数的增加，成功率会逐渐降低。
问题摘要
选择性披露攻击通过有选择地向特定节点披露数据来操纵数据可用性采样，从而使这些节点误以为该区块已完全可用。应对措施包括：(1) 使用匿名化技术，以及 (2) 确保客户端发出足够的随机查询以检测缺失数据。
已调查的可能解决方案
在《对 Celestia 私有网络的评估》一文中，研究人员分析了为 Celestia 区块链添加匿名层 的几种可能解决方案。可能的私有网络解决方案包括：
- 一个结合了 Snowflake 的 Tor 网络叠加层，通过 WebRTC 掩盖 Tor 流量并防止窃听
- Mixnet 集成（例如 Nym 的 Loopix），用于流量匿名化
- 延迟容差，通过在流量中引入随机延迟来使客户端的查询失步
- 伪装流量 或 虚拟流量，以掩盖真实的查询模式
- 使用 VPN 提供额外保护
这些方案各有优缺点（例如，在可能存在的延迟方面）。
暂且不论 Tor 覆盖网络带来的优势和诸多问题，需要注意的是，这些核心解决方案中的许多都是 Nym 混网中已经投入使用的网络技术（例如 掩护流量 和 随机延迟）。因此，Nym 核心团队决定开展一项研发调查，以探索 Nym 能采取哪些措施来帮助 Celestia 及其他项目打造更具隐私性的区块链体验。
Nym 的匿名采样解决方案
Nym Technologies 提议将其基础设施与模块化网络集成，利用 Nym 混网作为匿名化层，通过**私有数据可用性采样（P-DAS）**来应对选择性披露攻击。
P-DAS 支持通过 Nym Mixnet 发起请求，将请求与请求者解耦，从而确保请求者不会成为攻击目标。该方法为数据可用性采样提供了一种保护隐私且安全的方式，允许节点在不暴露于对抗性攻击的情况下验证数据可用性。
集成 Nym Mixnet 可以带来以下几个关键优势：
- 一个与 Nym 混网兼容的 匿名化数据可用性采样 模块，确保在保护隐私的同时进行数据验证
- 防范选择性披露攻击：通过将加密流量路由至 Nym 混网，利用掩护流量、混淆和时间混淆等技术，在保持数据完整性的同时隐藏用户活动
- 性能优化：通过模拟确定理想的混合网络（Mixnet）参数，以平衡性能与安全性
Mixnet 的集成将增强模块化网络的数据安全性，使其更能抵御篡改，同时保护用户隐私。 Nym 的研究团队将继续致力于为模块化的未来提供强有力的保护。
敬请关注该项目的更多更新！
Nym 的噪声生成式混合网络
区块链安全：常见问题解答
Mixnet 路由机制隐藏了谁在查询谁的信息——即使区块浏览器或智能合约监控 RPC 访问模式，在 Nym 的模型下，元数据仍无法被关联起来。
是的——验证者和 DAO 投票人可通过混网提交提案、投票或质押交易，以防止钱包活动与治理行动之间产生关联。
由于随机路由会导致一些延迟，但对于许多涉及治理或隐私的区块链用例而言，这是为了实现不可关联性而可以接受的权衡。
通过 DePIN 模型支持的物理 Nym 混合节点可提高带宽容量和地理覆盖范围——在保持去中心化的同时，有助于吸收大量工作负载。
关于作者
Casey Ford, PhD
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