Модифікація транзакцій Bitcoin: розуміння вразливості протоколу

Уявіть собі, що ви надсилаєте Bitcoin комусь, і раптом виявляєте, що транзакція застрягла назавжди. Гроші не надійшли, а платіжна система не має запису про ваш ідентифікатор транзакції (TXID). Ця ситуація вказує на тонку, але потенційно серйозну проблему у структурі Bitcoin — змінюваність транзакцій (transaction malleability). Це явище дозволяє змінювати унікальний ідентифікатор транзакції перед її підтвердженням у блокчейні, що створює операційні труднощі та ризики безпеки, які вже довгий час турбують біржі та користувачів.

Визначення змінюваності транзакцій: як виникають зміни TXID

Змінюваність транзакцій виникає, коли цифровий відбиток транзакції — її TXID — може бути змінений до того, як транзакція буде підтверджена у блокчейні. Важливо, що ця зміна не зачіпає основні дані: відправника, отримувача або суму — вони залишаються незмінними. Замість цього змінюється хеш — унікальний ідентифікатор, що відрізняє одну транзакцію від іншої.

Технічна основа цієї вразливості полягає у механізмі підпису Bitcoin. Коли транзакція підписується цифровим підписом, сам підпис не охоплює всі дані транзакції. Зокрема, поле scriptSig (яке містить скрипт розблокування) залишається поза межами захисту підпису. Це створює лазівку: треті особи можуть тонко змінювати окремі компоненти транзакції без її визнання недійсною, що змінює її хеш і, відповідно, TXID.

Практичний наслідок — особливо проблематичний для платіжних процесорів і бірж. Якщо система покладається на TXID для підтвердження транзакцій, змінений ідентифікатор може ввести в оману, змусивши систему думати, що платіж так і не пройшов — хоча Bitcoin успішно переказано в мережі.

Причини: чому змінюваність транзакцій залишається можливою

Змінюваність транзакцій — не випадковість, а наслідок особливостей конструкції та валідації транзакцій у Bitcoin.

Пробіли у покритті цифрового підпису: схема цифрового підпису Bitcoin, хоча й надійна для підтвердження автентичності, навмисне не охоплює всі частини транзакції. Це залишає поле scriptSig та інші поля відкритими для змін без порушення валідності підпису.

Гнучке кодування полів: формат транзакцій Bitcoin дозволяє представляти деякі дані у кількох валідних формах. Скрипти та підписи можна кодувати по-різному — у стисненому або розгорнутому вигляді, з використанням різних схем кодування — і вони залишаються функціонально ідентичними. Зміна кодування змінює бінарне представлення і, відповідно, хеш, не порушуючи валідність транзакції.

Вразливе вікно перед підтвердженням: поки транзакція не закріплена у блокчейні, вона циркулює у мережі як непідтверджені дані. У цей період ретрансляційні вузли та інші учасники мережі теоретично можуть перехоплювати та змінювати ці змінювані компоненти, оскільки такі зміни не порушують основну цілісність транзакції.

Вектори атак: категорії зловживань змінюваністю транзакцій

З роками зловмисники винаходили різні способи використання цієї вразливості:

Атаки на маніпуляцію даними: хакери змінюють неключові компоненти транзакції, створюючи плутанину щодо статусу транзакції, при цьому сама транзакція залишається валідною. Це не безпосередньо краде кошти, але може порушити роботу бірж і підривати довіру до мережі.

Дублікатні схеми рахунків: зловмисники створюють ідеальні копії легітимних TXID або рахунків, вводячи користувачів або продавців у оману і змушуючи їх платити двічі. Злочинець стверджує, що перший платіж не пройшов, і жертва повторно відправляє платіж.

Виведення комісій: шляхом зміни інформації про комісію зловмисники потенційно зменшують або перенаправляють комісії на свої адреси. Хоча цей сценарій більш теоретичний, він демонструє слабкі місця у гнучкості побудови транзакцій.

Заміна TXID: зміна ідентифікатора транзакції змушує отримувачів думати, що їхній платіж не пройшов, і вони повторно відправляють кошти. Це створює ілюзію невдачі транзакції і сприяє дублюванню платежів.

Псевдодубліве витрачання: хоча справжнє подвійне витрачання вимагає подолання консенсусу Bitcoin, змінюваність транзакцій може сприяти атакам, що вводять в оману, коли змінена транзакція виглядає як окрема. Отримувачі можуть помилково прийняти обидва варіанти, вважаючи їх незалежними платежами.

Реальні наслідки: кейс Mt. Gox

Найвідомішим прикладом руйнівних наслідків змінюваності транзакцій стала історія Mt. Gox — токійської біржі, яка колись обробляла близько 70% світових Bitcoin-транзакцій.

У 2014 році Mt. Gox зазнала масштабного зламу. Зловмисники використали змінюваність транзакцій для вилучення приблизно 850 000 BTC (на той час — близько 450 мільйонів доларів). Атака полягала у зміні транзакцій перед їхнім повним обробленням. Після модифікації ці транзакції повторно подавалися у мережу з зміненими даними. Зміни перешкоджали внутрішнім системам Mt. Gox ідентифікувати вихідні транзакції за їхніми зміненими TXID, що призвело до того, що біржа вважала, що виведення не відбулося. В результаті вона повторно відправляла Bitcoin, фактично зливши свої резерви через повторні дублювальні виведення.

Ця подія була не лише фінансовою катастрофою; вона виявила фундаментальну вразливість у дизайні Bitcoin і в операційній безпеці Mt. Gox. Неможливість правильно відслідковувати кошти через зміни TXID спричинила крах роботи біржі і її банкрутство. Інцидент викликав хвилю обговорень у криптоспільноті щодо безпеки бірж і вразливостей мережі.

Наслідки для безпеки: ризики та загрози мережі

Вплив змінюваності транзакцій поширюється на кілька аспектів екосистеми Bitcoin:

Робота бірж під тиском: змінюваність може спричинити значні затримки у підтвердженні транзакцій. Для бірж і платіжних систем, що покладаються на TXID, змінений ідентифікатор означає непізнані транзакції і затримки у розрахунках. Це створює вузьке місце у масштабованості — коли обробка транзакцій сповільнюється, пропускна здатність мережі зменшується.

Зниження досвіду користувачів: учасники, що ініціюють транзакції, стикаються з тривалим часом підтвердження. Без видимих оновлень статусу, що відповідають їхньому початковому TXID, користувачі відчувають розчарування і втрату довіри.

Уразливості до шахрайства: змінюваність відкриває шлях до криптовалютного шахрайства. Зловмисники можуть змінювати транзакції, щоб вони здавалося, що їх не обробили, змушуючи відправників повторно відправляти платіж. У гірших випадках ті самі кошти можуть бути витрачені двічі під виглядом розбіжностей у TXID. Хоча механізм консенсусу Bitcoin забезпечує захист від подвійного витрачання, операційна плутанина, яку створює змінюваність, може тимчасово обійти ці захисти, доки атака не буде виявлена.

Зниження довіри: повторні інциденти або публічне визнання атак на змінюваність транзакцій можуть підірвати довіру користувачів до надійності Bitcoin, особливо серед інституційних учасників і звичайних користувачів, що не знайомі з технічними деталями.

Технічні рішення: від SegWit до нових запатентованих виправлень

Спільнота Bitcoin усвідомила, що змінюваність транзакцій — це серйозна вразливість, і почала розробляти відповідні технологічні рішення.

Segregated Witness (SegWit): найзначущим рішенням стала впровадження SegWit. Воно радикально змінює спосіб зберігання та підписання транзакцій. SegWit розділяє дані підпису (свідчення) і тіло транзакції. Внаслідок цього, підписи більше не враховуються при обчисленні TXID, що повністю усуває головний вектор для змінюваності. Це архітектурне рішення не лише захищає від атак, але й дозволяє зменшити розмір транзакцій і підвищити масштабованість.

Schnorr-підписи: новий криптографічний підписний алгоритм, що дозволяє об’єднувати підписи кількох транзакцій у один, зменшуючи їхній розмір і підвищуючи безпеку. Це додатково ускладнює можливість маніпуляцій.

Моделі складних сценаріїв (MAST): використання дерев Меркла для скриптів дозволяє зменшити гнучкість і кількість потенційних векторів для атак, одночасно знижуючи вартість транзакцій і підвищуючи масштабованість мережі.

Покращення у гаманцях і вузлах: розробники вдосконалювали програмне забезпечення гаманців і вузлів для кращого оброблення непідтверджених транзакцій. Покращені системи відстеження зменшують залежність лише від TXID, додаючи резервні механізми для запобігання плутанині.

Висновок

Змінюваність транзакцій — це тонка, але важлива вразливість у системах блокчейну. Хоч сучасні реалізації, особливо з підтримкою SegWit, значно зменшили ризики, розуміння цієї проблеми залишається важливим для бірж, розробників і користувачів, що прагнуть захистити себе. Переход від катастрофи Mt. Gox до сучасних захищених протоколів демонструє, як криптоспільнота навчається на вразливостях і зміцнює основні протоколи. Для тих, хто працює з Bitcoin — інвесторів і операторів — усвідомлення змінюваності транзакцій і способів її вирішення сприяє більш розумній і стійкій участі у мережі.