「節點應該是把自己看成在黑暗叢林裡孤身求生存的獵人，必須有「獨立自主」、「自給自足」的態度，擺出「不相信其他任何節點」的姿勢保護自己。」
責編 | maozz、carol
來源 | Fisco Bcos開源社區
出品 | 區塊鏈大本營
建立Don't Trust,Just Verify的理念，才是通往區塊鏈世界的正確態度。
平時總在聊信任區塊鏈，這次來聊一聊區塊鏈世界裡，不能信的有什麼？
一、不信任其他節點
區塊鏈節點和其他節點會建立P2P通信，共同組成網絡，傳遞區塊、交易、共識信令等各種信息。其他節點可能是由不同的機構、不同的人持有，持有節點的人可能是善意，也可能是惡意。
即使在善意假設時，節點運行存活的健康度也會受運維水平和資源影響，比如處於一個不穩定的網絡里，會偶爾掛掉，會抽風亂髮消息，或者硬碟滿等原因導致數據存儲失敗，以及出現其他可能的故障。
在惡意假設時，要預設其他節點可能會騙自己或傷害自己，比如傳遞過來錯誤的協議包，或者用詭異的指令尋找漏洞進行攻擊，或者發起高頻垃圾請求，頻繁連接然後斷開，又或者海量連接占用資源等。
所以節點應該是把自己看成在黑暗叢林裡孤身求生存的獵人，必須有「獨立自主」、「自給自足」的態度，擺出「不相信其他任何節點」的姿勢保護自己。在節點准入時，需要採用證書技術來認證節點身份；在連接控制上，拒絕有異常的連接；採用頻率控制對連接次數、請求量等做限制；在協議包格式和指令正確性等方面做驗證。自己發出去的信息，不應暴露自己的私有信息，也不期望其他節點一定會給出立刻和正確的響應，必須採用異步處理和校驗容錯的設計。
二、節點和客戶端互相不信任
客戶端，指在區塊鏈網絡外，向區塊鏈發起請求的模塊，如業務使用的java sdk、錢包客戶端等。客戶端和節點通過網絡埠通信。
如果客戶端掌握在不受控的人手裡，有可能會向節點發起大量的請求，或發送一堆垃圾信息，使節點疲於應對，甚至巧妙地構建漏洞攻擊信息，試圖越權訪問，竊取信息或使節點出錯。
同時，從客戶端的角度看，節點有可能不響應或響應緩慢，或者返回錯誤的數據，包括格式錯誤、狀態錯誤、表示收妥但其實不處理等，甚至別有用心的人會設置一個「假」節點和客戶端通信，欺騙客戶端。節點做出這些與期望不符的反應，可能使客戶端運行出錯，功能受損。
為提升節點和客戶端的互信，可以為雙方分配數字證書，必須通過證書進行雙向握手，客戶端經過私鑰簽名才能對節點發起交易類請求，節點應對客戶端進行權限控制，拒絕高危的接口調用，不要輕易開放節點管理接口、系統配置接口等。雙方對每次通信的數據格式、數據有效性都進行嚴密校驗。
雙方在交互時也應該進行頻率控制，異步處理，對每一個交互進行結果校驗，不能預設對方正確處理，必須獲取交易回執和處理結果進行確認。
當認為只和一個節點通信並不能保證安全時，客戶端可以採用「f+1查詢」的思路，儘可能多地和幾個節點通信。如果當前鏈的共識安全模型是「3f+1」，那麼，如果從f+1個節點讀到的信息是一致的，結果是可以確認的。
三、不信任區塊高度
區塊高度是一個非常關鍵的信息，代表整個鏈當前的狀態。向區塊鏈發送交易、節點間進行共識、對區塊和狀態的校驗等操作都會依賴區塊高度。
某個節點在斷網或處理速度緩慢時，其區塊高度有可能落後於整個鏈，又或者某個節點惡意偽造數據時，其高度又可能超過整個鏈。在鏈出現分叉時，如某一個分叉上的區塊高度被另一個分叉超越，落後的分叉就會變得毫無意義。即使在正常的情況下，節點依舊有可能間歇性地落後於整個鏈一到幾個區塊，然後在一定時間內才可能追上最新高度。
如在PBFT共識模型里，總數2/3以上節點在同一個高度時，全鏈就有機會達成共識繼續出塊。餘下的1/3的節點有可能和參與共識的節點高度不同，這時意味著從這個節點讀取到的數據，並不是全網最新的數據，只能代表鏈在該高度時的一個快照。
業務邏輯可以把區塊高度做為一個參考值，基於高度做一些判定邏輯，在確定性共識（如PBFT）的鏈上，採用f+1查詢等方法確認鏈的最新高度，在可能分叉的鏈上，需要參考「6個區塊確認」的邏輯，審慎選取可信的區塊高度。
四、不信任交易數據
交易（Transaction）代表一方向另一方發起了一個事務請求，交易可能導致資產的轉移、改變帳戶狀態或系統配置，區塊鏈系統通過共識後確認交易，使相關的事務生效。
交易必須帶上發送者的數字簽名，交易里所有數據欄位都必須包含在簽名里，未經簽名的欄位存在被偽造的可能，不予採信。
交易數據在網絡上廣播時，可以被其他人讀取，如交易數據里包含隱私數據，發送者則必須對數據進行脫敏或加密保護。
交易可能因為網絡原因被重發，或者被其他人保存下來刻意再次發送，造成交易的「重放」，所以區塊鏈系統必須對交易進行防重，避免出現「雙花」。
五、不信任狀態數據
區塊鏈的狀態（State）數據是由智能合約運行後生成的，理想情況下，每個節點的合約引擎一致、輸入一致、規則一致，那麼輸出的狀態就應該一致。但不同的節點可能安裝了不同的軟體版本，或者合約引擎的沙盒機制不夠嚴密引入了不確定性因素，甚至被侵入、篡改，或者存在其他莫名其妙的bug，都可能導致合約運行輸出結果不一致，那麼一致性和事務性就無法得到保障。
狀態的校驗是成本很高的事情，典型的校驗方法是使用MPT（Merkle Patricia Tree）樹，把所有狀態都塞到樹里管理起來。MPT樹可以把所有的狀態歸結為一個Merkleroot Hash，節點之間在共識過程中確認交易運行後生成的狀態樹Merkleroot，確保狀態一致。
這棵樹結構複雜，數據量大，消耗不少的計算和存儲資源，很容易就成為了性能瓶頸。所以對狀態的校驗需要有更快、更簡單，且又穩妥的方案，如結合版本驗證、增量Hash驗證等算法，輔以數據緩存，可減少重複計算和優化IO次數，能在保證一致性、正確性的同時，有效地提升驗證效率。
六、不信任私鑰持有者
採用私鑰對交易以及其他關鍵操作進行簽名，再使用公鑰驗簽，是區塊鏈上最基礎的驗證邏輯。只要私鑰被正確使用，這個邏輯是安全的。
但私鑰僅僅是一段數據，只依賴私鑰則用戶是匿名的。在聯盟鏈面對的場景里，需要使用許可型的身份，首先通過KYC、盡調、權威認證等現實世界的驗證方式確認身份，然後將身份和公鑰綁定並公示，或者結合PKI體系的數字證書發放公私鑰，這樣私鑰對應的身份是可知、可信、可控的。
私鑰可能會因丟失、泄漏而被他人盜用，或者因被遺忘導致資產損失。所以在私鑰的保存上，需要考慮採用周全的保護方案，如加密存儲、TEE環境、密碼卡、USBkey、軟硬加密機等方案。在私鑰的管理上，則需要考慮密鑰丟失後如何安全的重置、找回。
加強版的私鑰使用思路有幾個，比如使用多簽、門限簽名等方式，每次交易時必須用多個私鑰進行簽名，私鑰可以保管在不同的地方，安全性高，但技術方案和使用體驗複雜。
還有一種是交易私鑰和管理私鑰分離。交易私鑰用於管理資產，管理私鑰用於管理個人資料，交易私鑰可以被管理私鑰重置，管理私鑰本身則通過門限、分片等算法，分開存儲保管，以備重置或找回。
七、不信任其他鏈
在跨鏈的場景里，每條鏈有自己的資產、共識，鏈之間的安全模型變得非常複雜，比如一條鏈上的記帳者串通造假，或者鏈出現了分叉、區塊高度回滾，這時如果鏈外的其他模塊和鏈有不夠嚴謹的交互，都會造成數據不一致或資產損失。
如果不同的鏈採用的還是不一樣的平台架構，那麼在工程上會更加複雜。
跨鏈、側鏈目前依舊是業界在研究和逐步實現的課題，主要目的是解決鏈和鏈之間的通信，進行資產鎖定和資產交換，保證整個過程的全局一致性、交易事務性，以及抗欺詐。從A鏈往B鏈轉移一個資產，必須要確保A鏈上的資產被鎖定或銷毀，且B鏈上一定能增加對應的一筆資產，在雙方可能分別出現分叉、回滾的時間窗里，要有機制確保雙向的資產安全。
在現有跨鏈的方案里，存在中繼、鏈間HUB等方式，這些系統的設計本身也要達到高度可信可靠的標準，安全等級應不低於甚至高於所對接的鏈，同樣也應採用多中心、群體共識的體系設計，整體複雜度可算是鏈的N次方了。
八、不信任網絡層
區塊鏈節點需要和其他節點發生通信，所以必須在網絡上暴露自己的通信埠，如果通過公網通信，那麼相當於在公網上暴露了自己，很容易遭到類似滲透、DDOS這樣的網絡攻擊。節點必須在網絡層保護自己，包括在網關上設置IP黑白名單、設置埠策略、進行DDOS流量防護，且對網絡流量、網絡狀態進行監測，如果突髮網絡流量或連接數暴增，說不定，就是被人當肉雞或者正在脫庫進行時了。
非必要埠，切忌對公網開放，如用於做管理監控的RPC埠，只能對機構內部開放，在進行網絡策略設定之前，一定要慎之又慎。
九、不信任代碼
「Code is law」確實是一句響亮的口號，但是在程式設計師頭髮掉光之前，他寫的代碼都可能有bug，只是看寫bug快還是修bug快而已。
無論是底層的代碼還是智能合約代碼，都可能存在技術性或邏輯性的坑，但凡代碼產生的數據和指令行為，都需要另一段代碼對其進行嚴格地校驗，代碼本身也需要進行靜態和動態掃描，包括採用形式化證明等技術進行全面地審核驗證，以檢測可能的邏輯錯誤、安全漏洞或是否有信息泄露。前段時間有一份公布到github上的某酒店系統的代碼，居然包括了mysql的連接用戶名密碼，且資料庫埠居然是向公網開放的，這種坑簡直不可想像。
開放出去的開原始碼，固然可以被人審查、反饋以提升安全性，也可能被人翻找漏洞、隨意修改，甚至惡意埋雷。但總的來說，開源還是利大於弊。在開源社區中，開發者會向項目提交PR（Pull Request）。審核PR是很關鍵也很繁重的工作，值得安排專家並分配大量時間去做審核。有開源項目的老司機透露，其項目核心模塊的PR的審核時間長達經年，否則「加了個功能引入兩個bug」那真是得不償失，更別說如果被植入漏洞埋雷了。
十、不信任記帳者
共識的流程大致可以抽象為，選出記帳者，記帳者發布區塊，其他節點校驗和確認。公鏈里記帳可以用「挖礦」的方式進行（如比特幣），礦工用大量的算力代價為它自己的誠信背書，又或者是用大量的資產權益抵押獲得記帳權（Pos和DPos等共識）。在聯盟鏈常用的PBFT/Raft等算法裡，記帳者列表可以是隨機或輪換產生，記帳者給出提案，其他投票人多步提交，收集投票。按少數服從多數的原則，一般是2/3以上共識節點同意，共識才能達成。
從系統可用性角度看，記帳者有可能出錯、崩潰，或者運行緩慢，影響整個鏈的出塊。又或者記帳者可以只收錄手續費高的交易，拋棄一些交易，導致有些交易總是不能達成。有的記帳者還可以憑藉算力或暗箱運作，進行「預挖」或者「扣塊攻擊」，破壞博弈關係……
記帳者故障或作惡，超越了共識的安全閾值的話，將直接傷害整條鏈的價值基礎。根據不同的記帳模式，記帳者需要設計不同的容錯、校驗、抗欺詐算法，執行激勵和懲罰機制，在運行過程中定期檢查記帳者的健康度，對於無力記帳或者作惡的記帳節點，全網不接受他們的記帳結果，並對其進行懲戒，甚至是踢出網絡。
……
羅列起來還有很多，包括合約、證書、同步等等，每一個模塊都有自己的功用和風險點，簡直罄竹難書。總之，區塊鏈做為分布式的多方協作的體系，接入了形形色色參與者，整個體系絕不是單個開發者或運營者所能單點把控，「善意推測」在這個領域已經不盡適用，整個世界步步驚心，處處冷箭，只能通過周密的算法和繁雜的流程維繫共識和安全，簡而言之，沒有經過驗證的信息，一個位元組都不能相信。
比起單一環境里的軟體設計，區塊鏈領域的設計思路確實存在顛覆性，開發者要從「做功能，只容錯，不防騙」的思維模式里跳出來，帶著「懷疑一切」的態度進行設計。
開發者在面向區塊鏈領域時，不能只是思考怎麼實現一個功能，而更要去思考整個流程會不會有出錯，會不會被人篡改數據、發掘漏洞、攻擊系統、欺詐其他參與者。要換位思考自己所實現的功能，會被別人用什麼方式使用，在不同的環境會有什麼表現，可能造成什麼後果。任何收到的信息，任何流程輸入、輸出，都必須經過嚴格地校驗才能採信，開發者能做到這一點，才算是打開了區塊鏈新世界的大門，才能在連續劇里至少活到第二集。
分布式算法、對稱非對稱加密、HASH、證書、安全和隱私等技術在區塊鏈領域大行其道，都是為了在保護信息的同時，給信息加上一層又一層的證明和可驗證因子，這使得整個系統變得複雜、繁瑣，但這是值得的，因為這樣才能共同驗證，構建「安全」和「信任」。
以上，寫給準備跳坑，或已經在坑裡的程式設計師。共勉。