Was ist ein Eclipse-Angriff?

Einführung

Ein Eclipse-Angriff zielt darauf ab, den Zugriff eines Knotens auf Informationen innerhalb eines Peer-to-Peer-Netzwerks zu manipulieren. Durch die taktische Trennung des Zielknotens vom breiteren Netzwerk der teilnehmenden Knoten bringen Angreifer ihn dazu, sich ausschließlich auf die vom Angreifer verbreiteten Informationen zu verlassen. Diese Angriffe richten sich in erster Linie gegen Knoten, die eingehende Verbindungen akzeptieren, und nutzen dabei Schwachstellen durch den Einsatz von Botnets oder Phantomnetzwerken aus, die von Hostknoten generiert werden.

Durch das Verständnis der Mechanismen von Eclipse-Angriffen und die Implementierung geeigneter Abwehrstrategien können Netzwerkbetreiber und Entwickler jedoch ihre Netzwerke schützen und ihre Widerstandsfähigkeit gegen solche Angriffe verbessern. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Was ist ein Eclipse-Angriff?

Eclipse-Angriffe stellen eine erhebliche Bedrohung für Blockchain-Netzwerke dar, da sie die Verbindung eines bestimmten Knotens zum gesamten Netzwerk unterbrechen und so effektiv den Zugriff auf eingehende und ausgehende Verbindungen unterbinden. Diese Isolation kann mehrere nachteilige Folgen haben, darunter eine verzögerte Transaktionsbestätigung, Fehlinformationen über den Zustand der Blockchain und die Anfälligkeit für Double-Spending-Angriffe.

Das Hauptziel eines Eclipse-Angriffs besteht darin, den Zugriff eines Knotens auf Informationen innerhalb eines Peer-to-Peer-Netzwerks (P2P) zu kapern. Durch Manipulation dieses Netzwerks gelingt es Angreifern, den Zielknoten zu trennen und ihn so effektiv vom größeren Netzwerk der an der Blockchain beteiligten Knoten zu isolieren. Folglich ist der angegriffene Knoten auf Informationen angewiesen, die ausschließlich der Angreifer über den Status der Blockchain bereitstellt.

Eclipse-Angriffe zielen hauptsächlich auf Knoten ab, die eingehende Verbindungen akzeptieren, da nicht alle Knoten Verbindungen von anderen Knoten zulassen. Der Angreifer nutzt ein Botnetz oder Phantomnetzwerk, das aus Hostknoten erstellt wird, um den Zielknoten zu gefährden.

Darüber hinaus sind die Folgen von Eclipse-Angriffen auf die Sicherheit und Effizienz der Blockchain schwerwiegend. Diese Angriffe können die Transaktionsverarbeitung stören, zu falschen Entscheidungen der Knoten führen, die Mining-Leistung spalten und Versuche, doppelte Ausgaben zu tätigen, erleichtern. Außerdem können sie dazu verwendet werden, intelligente Verträge zu manipulieren und die allgemeine Widerstandsfähigkeit der Blockchain zu verringern, was möglicherweise zu einem 51-Prozent-Angriff führt.

Um das Risiko von Eclipse-Angriffen zu mindern, können Blockchain-Netzwerke daher verschiedene Strategien implementieren, wie z. B. die Diversifizierung von Peer-Verbindungen, den Einsatz von Knotenerkennungsmechanismen, die Überwachung der Netzwerkaktivität und die unabhängige Validierung von Blockchain-Daten. Diese Maßnahmen können dazu beitragen, die Isolierung und Irreführung von Knoten zu verhindern und so die Integrität und Betriebseffizienz des Netzwerks zu gewährleisten.

Wie funktioniert ein Eclipse-Angriff?

Quelle: Marlin Protocol – Der Zielknoten wurde in den Schatten gestellt, weil der Angreifer die Verbindung zu ehrlichen Knoten im Netzwerk verloren hat

Der erste Schritt bei einem Eclipse-Angriff besteht darin, dass der Angreifer die Peer-Tabellen des Zielknotens mit seinen eigenen bösartigen IP-Adressen füllt. Peer-Tabellen sind im Wesentlichen Datenbanken, die Informationen über andere Knoten im Netzwerk speichern, mit denen ein bestimmter Knoten verbunden ist. Indem der Angreifer diese Tabellen mit seinen eigenen IP-Adressen füllt, stellt er sicher, dass der Zielknoten nur beim Aufbau neuer Verbindungen eine Verbindung zu seinen Knoten herstellt.

Sobald die Peer-Tabellen manipuliert wurden, zwingt der Angreifer den Zielknoten zum Neustart, indem er entweder einen DDoS-Angriff auf das Ziel ausführt oder einfach darauf wartet. Dies geschieht, um die aktuellen ausgehenden Verbindungen zu unterbrechen und den Verbindungsprozess zurückzusetzen. Wenn der Knoten neu startet, verliert er seine bestehenden Verbindungen zu legitimen Knoten im Netzwerk.

Wenn der Zielknoten nach dem Neustart versucht, neue Verbindungen herzustellen, konsultiert er seine Peer-Tabellen, um potenzielle Verbindungspartner zu finden. Da der Angreifer die Tabellen jedoch mit seinen eigenen IP-Adressen gefüllt hat, stellt der Knoten unwissentlich nur Verbindungen zu den Knoten des Angreifers her. Dadurch wird der Zielknoten effektiv von legitimen Netzwerkteilnehmern isoliert und seine ein- und ausgehenden Verbindungen an die Knoten des Angreifers umgeleitet.

Quelle: hub.packtpub.com – Die Position des Angreifers im Blockchain-Netzwerk, während dieser den Zielknoten von den legitimen Knoten isoliert

Durch die Kontrolle der Verbindungen des Zielknotens kann der Angreifer die über ihn fließenden Informationen und den Datenverkehr manipulieren. Sie können möglicherweise betrügerische Transaktionen oder doppelte Ausgaben herbeiführen, den Konsensmechanismus stören und sogar komplexere Angriffe wie einen Sybil-Angriff ausführen. Das von den Knoten des Angreifers erstellte Phantomnetzwerk dient als Einfallstor für die Ausführung dieser böswilligen Aktionen und untergräbt die Integrität und Sicherheit des Blockchain-Netzwerks.

Eclipse-Angriffe auf das Peer-to-Peer-Netzwerk von Bitcoin

Im Bitcoin-Netzwerk kommunizieren Knoten über ein P2P-Netzwerk und stellen Verbindungen her, um Transaktionen und Blöcke zu verbreiten. Jeder Knoten kann maximal 117 eingehende TCP-Verbindungen und 8 ausgehende TCP-Verbindungen haben, sodass sie innerhalb des Netzwerks interagieren können. Allerdings kann es zu einem Eclipse-Angriff kommen, wenn ein Angreifer die Kontrolle über die Verbindungen eines Knotens erlangt, indem er diesen entweder mit bösartigen IP-Adressen überflutet oder seine Verbindungen manipuliert. Diese Kontrolle über die Verbindungen eines Knotens kann es dem Angreifer ermöglichen, den Informationsfluss zu kontrollieren und so den Zielknoten im Wesentlichen von echten Netzwerkinteraktionen zu isolieren.

Quelle: KAIST – Eingehende und ausgehende TCP-Verbindungen in der Bitcoin-Blockchain

Die Bedeutung eines Eclipse-Angriffs auf die Bitcoin-Blockchain liegt in seinem Potenzial, die Integrität des Netzwerks zu stören. Es stellt die Annahme der Sicherheit innerhalb von Bitcoin in Frage, die auf der Annahme beruht, dass das System sicher bleibt, solange 51 % der Mining-Leistung ehrlich sind. Diese Annahme geht jedoch davon aus, dass alle Parteien alle gültigen Blöcke und Transaktionen sehen, was ein Eclipse-Angriff durch die Kontrolle des P2P-Netzwerks und damit des Blockchain-Informationsflusses stören kann.

Gegenmaßnahmen gegen Eclipse-Angriffe im Bitcoin-Netzwerk umfassen die Implementierung verschiedener Strategien:

1. Anforderungs-Timeout: Bitcoin-Knoten können Timeout-Mechanismen verwenden, bei denen ein Knoten, wenn er die erforderlichen Informationen nicht innerhalb eines festgelegten Zeitrahmens (z. B. 2 Minuten für Transaktionen oder 20 Minuten für Blöcke) erhält, die Verbindung zum aktuellen Peer trennt und Anfragen stellt die Informationen von einem anderen Kollegen. Dies trägt dazu bei, die Abhängigkeit von potenziell gefährdeten Knoten zu verhindern und verbessert die Gesamtsicherheit von Transaktionen durch die Schätzung sicherer Wartezeiten.

2. Absichernde Maßnahmen: Um das Netzwerk gegen Eclipse-Angriffe zu stärken, müssen Maßnahmen wie Gruppen-Hashing implementiert werden, was die Ausführung von Angriffen schwieriger macht. Gruppen-Hashing erfordert, dass Angreifer Zugriff auf mehrere IP-Adressen verschiedener Gruppen haben, was die Komplexität und die Ressourcen erhöht, die für die erfolgreiche Ausführung des Angriffs erforderlich sind.

Im Wesentlichen stellen Eclipse-Angriffe auf das P2P-Netzwerk von Bitcoin eine kritische Bedrohung dar, da sie es Angreifern möglicherweise ermöglichen, Knotenverbindungen zu manipulieren, den Informationsfluss zu kontrollieren und die Sicherheit der Blockchain zu untergraben. Die vorgeschlagenen Gegenmaßnahmen zielen jedoch darauf ab, diese Risiken zu mindern und die Widerstandsfähigkeit des Netzwerks gegen solche Angriffe zu stärken.

Folgen eines Eclipse-Angriffs

Ein Eclipse-Angriff auf ein Blockchain-Netzwerk kann verschiedene schwerwiegende Folgen haben und die Funktionalität des Netzwerks erheblich beeinträchtigen.

Hier sind einige mögliche Auswirkungen eines Eclipse-Angriffs:

1. Doppelte Ausgaben: Eines der besorgniserregendsten Ergebnisse eines Eclipse-Angriffs ist die Möglichkeit doppelter Ausgaben. Dies geschieht, wenn es einem Angreifer gelingt, mehrere Transaktionen mit derselben Kryptowährung durchzuführen und dabei im Wesentlichen dasselbe Geld zweimal auszugeben. Aufgrund der Isolation der Zielknoten vom größeren Netzwerk können sie diese Transaktionen mit doppelten Ausgaben möglicherweise nicht erkennen, sodass böswillige Akteure unrechtmäßige Transaktionen unbemerkt bestätigen können, bis die gefährdeten Knoten wieder Zugriff auf die genauen Blockchain-Daten erhalten.

Quelle: hub.packtpub.com – Der Angreifer verdeckt den Knoten des Opfers, um doppelte Ausgaben zu ermöglichen

Darüber hinaus können Eclipse-Angriffe in 0-Bestätigungs- und N-Bestätigungs-Double-Spend-Angriffe kategorisiert werden. Lass uns genauer hinschauen!

0-Confirmation Double Spend: Bei einem Eclipse-Angriff bezieht sich „0-Confirmation Double Spend“ auf ein Szenario, in dem ein Angreifer die Isolation eines Knotens in einem P2P-Netzwerk ausnutzt, um auf betrügerische Weise dasselbe Geld zweimal auszugeben. Diese Art von Angriff zielt typischerweise auf Händler ab, die Transaktionen akzeptieren, ohne auf deren Bestätigung in der Blockchain zu warten.

N-Bestätigung Double Spend: Bei einem Eclipse-Angriff bezieht sich „N-Confirmation Double Spend“ auf ein Szenario, bei dem der Angreifer bestimmte Knoten, beispielsweise die von Händlern und Minern, vom breiteren Blockchain-Netzwerk isoliert. Diese Isolation verhindert, dass diese Knoten zeitnahe und genaue Informationen über die Blockchain erhalten, einschließlich Bestätigungen für Transaktionen, was zu einem potenziellen Risiko doppelter Ausgaben führt, was zu finanziellen Verlusten und einer Beeinträchtigung der Transaktionsintegrität innerhalb der betroffenen Knoten führt.

1. Denial of Service (DoS): Eclipse-Angriffe können zu einem Denial of Service führen und den Zugriff des Zielknotens auf das Netzwerk unterbrechen. Indem sie ein- und ausgehende Verbindungen unterbrechen, können Angreifer den Knoten effektiv daran hindern, seine beabsichtigten Funktionen auszuführen, was zu Störungen und potenziellem Datenverlust führt.

2. Monopolisierung von Verbindungen: Angreifer können die Verbindungen eines Knotens monopolisieren und so den Informationsfluss kontrollieren, den er vom Netzwerk empfängt. Diese Manipulation kann zu einem Szenario führen, in dem der angegriffene Knoten ausschließlich auf die Blockchain-Informationen des Angreifers angewiesen ist, was betrügerische Aktivitäten erleichtert.

3. Spamming-Adressen (IP-Adresse): Bei Eclipse-Angriffen können IP-Adressen spammt werden, wodurch der Zielknoten mit einer übermäßigen Menge irrelevanter Daten überhäuft wird. Diese Datenflut kann die Leistung des Knotens beeinträchtigen und seinen Betrieb stören.

4. Knotenneustart erzwingen: In einigen Fällen können Eclipse-Angriffe Zielknoten zu wiederholten Neustarts zwingen, was zu Ausfallzeiten führt und ihre Fähigkeit zur Synchronisierung mit dem Blockchain-Netzwerk beeinträchtigt.

5. Viele Bots erforderlich: Die Ausführung eines Eclipse-Angriffs erfordert oft eine beträchtliche Anzahl von Bots oder kompromittierten Knoten. Diese Anforderung macht den Angriff ressourcenintensiver, aber auch potenziell wirkungsvoller, sobald er ausgeführt wird.

6. Verschärftes egoistisches Mining und 51 %-Angriff: Eclipse-Angriffe können egoistisches Mining-Verhalten innerhalb der Blockchain verstärken. Dies kann zu einem Szenario führen, in dem böswillige Miner mit einem erheblichen Anteil der gesamten Mining-Leistung (z. B. 40 % und mehr) möglicherweise einen 51 %-Angriff ausführen, die Kontrolle über die Blockchain erlangen und möglicherweise Transaktionen neu organisieren oder manipulieren können.

Im Wesentlichen birgt ein Eclipse-Angriff vielfältige Risiken für die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit eines Blockchain-Netzwerks und ermöglicht es Angreifern, Schwachstellen für ihre böswilligen Zwecke auszunutzen, insbesondere im Hinblick auf betrügerische Transaktionen wie doppelte Ausgaben und eine drastische Aufteilung der Netzwerk-Mining-Leistung.

Gegenmaßnahmen gegen Eclipse-Angriffe

Die Eindämmung von Eclipse-Angriffen kann eine Herausforderung darstellen, da das einfache Blockieren eingehender Verbindungen oder das Beschränken von Verbindungen auf vertrauenswürdige Knoten in großem Umfang möglicherweise nicht möglich ist. Dieser Ansatz hätte ein besserer Ansatz zur Verhinderung von Eclipse-Angriffen sein können, würde jedoch den Beitritt neuer Knoten zum Netzwerk behindern und dessen Wachstum und Dezentralisierung einschränken.

Zur Bekämpfung von Eclipse-Angriffen können verschiedene Strategien eingesetzt werden:

1. Zufällige Peer-Auswahl: Anstatt sich ausschließlich auf eine vorgegebene Liste vertrauenswürdiger Knoten zu verlassen, kann ein Knoten seine Peers zufällig aus dem Pool verfügbarer Knoten auswählen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Angreifer die Peer-Tabellen eines Knotens erfolgreich mit seinen bösartigen IP-Adressen füllt.

2. Überprüfbare Initialisierung: Knoten können kryptografische Algorithmen verwenden, um sicherzustellen, dass der Initialisierungsprozess sicher und überprüfbar ist. Dadurch wird verhindert, dass Angreifer während der Initialisierungsphase schädliche IP-Adressen in die Peer-Tabellen eines Knotens einschleusen.

3. Vielfältige Netzwerkinfrastruktur: Durch die Verwendung mehrerer unabhängiger Quellen zum Erhalten von IP-Adressen kann das Netzwerk vermeiden, sich auf eine einzige anfällige Quelle zu verlassen. Dies erschwert es einem Angreifer, die Peer-Tabellen des Knotens mit seinen eigenen IP-Adressen zu manipulieren.

4. Regelmäßige Peer-Tabellen-Updates: Knoten können ihre Peer-Tabellen regelmäßig aktualisieren, indem sie die neuesten Informationen aus verschiedenen Quellen beziehen. Dies reduziert die Auswirkungen eines möglichen Eclipse-Angriffs, indem die Verbindungen ständig aktualisiert werden und die Wahrscheinlichkeit einer Isolierung von legitimen Netzwerkteilnehmern minimiert wird.

5. Whitelisting: Durch die Implementierung einer Whitelist vertrauenswürdiger IP-Adressen können Knoten Verbindungen nur auf legitime Peers beschränken und so das Risiko verringern, von von Angreifern kontrollierten Knoten in den Hintergrund gedrängt zu werden.

6. Netzwerküberwachung und -analyse: Die kontinuierliche Überwachung des Netzwerkverhaltens und die Analyse von Verkehrsmustern können dabei helfen, verdächtige Aktivitäten oder potenzielle Eclipse-Angriffe zu erkennen. Dies ermöglicht die proaktive Erkennung und Abwehr solcher Angriffe, bevor sie erheblichen Schaden anrichten.

7. Netzwerkhärtung: Die Stärkung der allgemeinen Widerstandsfähigkeit des Netzwerks durch Maßnahmen wie die Erhöhung der Knotenbandbreite, die Optimierung von Routing-Algorithmen und die Verbesserung von Konsensmechanismen kann es widerstandsfähiger gegen Eclipse-Angriffe machen.

Die Implementierung einer Kombination dieser Strategien kann die Widerstandsfähigkeit von Blockchain-Netzwerken gegen Eclipse-Angriffe verbessern und dazu beitragen, die Integrität und Sicherheit des Netzwerks aufrechtzuerhalten.

Abschluss

Die Auswirkungen von Eclipse-Angriffen auf Blockchain-Netzwerke sind verheerend und beeinträchtigen die Sicherheit und betriebliche Effizienz. Sie stören nicht nur Transaktionsprozesse und beeinflussen die Entscheidungsfindung der Knoten, sondern bergen auch das Risiko, dass die Mining-Macht gespalten wird und Versuche, doppelte Ausgaben zu tätigen, möglich werden. Darüber hinaus könnten Eclipse-Angriffe sogar Smart Contracts manipulieren, die allgemeine Widerstandsfähigkeit des Blockchain-Netzwerks schwächen und möglicherweise zu einem 51-Prozent-Angriff führen. Durch die Implementierung der verschiedenen in diesem Artikel besprochenen Gegenmaßnahmen sowie spezifischer Blockchain-Updates können die negativen Auswirkungen dieses Angriffs jedoch abgemildert werden.