Переход от Proof-of-Work к Proof-of-Stake сделал блокчейны менее энергозависимыми и более масштабируемыми. Но вместе с этим пришли новые типы угроз.

Одна из них — так называемая атака «долгого диапазона» (long-range attack), основанная на перерасчёте блокчейна с момента давно прошедшего состояния. Эта уязвимость требует иных методов защиты, чем классические модели консенсуса.

В рамках исследования устойчивости PoS-сетей, на cryptium.ru был проведён анализ ключевых механизмов защиты от подобных атак и их реализация в разных протоколах.

Суть атаки «долгого диапазона»

В отличие от атак в реальном времени, long-range атака начинается с давно завершённого блока. Злоумышленник, получивший доступ к приватным ключам старых валидаторов, может попытаться пересоздать цепочку блоков, начиная с момента, когда эти валидаторы были активны.

Если сеть не распознает эту цепочку как ложную, часть узлов может «поверить» в фальшивое состояние. Это способно привести к двойным тратам, откатам транзакций и другим последствиям.

Атака возможна только в PoS-сетях, поскольку исторические подписи валидаторов в них по-прежнему действительны — даже если сами валидаторы давно не участвуют в сети.

Почему атака возможна и что осложняет защиту

Главная проблема — в долговечности криптографических подписей. Даже если валидатор больше неактивен, его подпись, привязанная к прошлому состоянию, всё ещё может быть валидной с технической точки зрения.

Кроме того, в PoS нет затрат на пересоздание блоков, как в PoW. Это делает атаку малозатратной — при наличии старых ключей или их компрометации.

«Long-range атаки — это не про взлом сети, а про использование её памяти против неё самой».

Как сети защищаются от таких атак

Для противодействия long-range-атакам используются сразу несколько подходов. Их эффективность зависит от архитектуры сети и консенсусного механизма. Основные меры:

• Ограничение доверия к старым блокам. Многие сети (в том числе Ethereum) используют правило: клиент не должен доверять цепочке, если она не пересекается с уже принятым контрольным блоком (checkpoint).
• Слэшинг и уничтожение ключей. Некоторые протоколы удаляют или деактивируют ключи валидаторов после выхода из сети.
• Хардкодинг контрольных точек. При обновлениях клиенты встраивают информацию о последних валидных состояниях сети, чтобы игнорировать атаки из глубокой истории.
• Weak subjectivity — концепция, при которой новый узел должен получать доверенную точку входа от внешнего источника, а не пытаться сам определить «истинную» цепочку.

Эти методы не гарантируют абсолютную защиту, но делают атаку экономически нецелесообразной или легко обнаруживаемой.

Примеры реализации

В Ethereum после перехода на PoS применяются контрольные блоки (finalized checkpoints), которые нельзя отменить или переиграть без крайне редких и заметных событий. Новые узлы при подключении запрашивают эти контрольные точки.

В Cosmos применяется концепция «гибкой субъективности» и сетевая синхронизация с проверенными участниками. В Polkadot используются дополнительные слои валидаторов, а в Cardano — строгие временные ограничения на валидность цепочек.