比特幣協議中的時間扭曲攻擊漏洞

比特幣開發者Antoine Poinsot於2025年3月26日提出了一項新的改進提案，旨在修復比特幣協議中長期存在的多個漏洞和弱點。這個被稱爲"大共識清理"的軟分叉提案不僅解決了我們之前討論過的重復交易問題，還針對一個更爲嚴重的漏洞——"時間扭曲攻擊"提出了解決方案。

比特幣區塊時間戳保護機制

在探討時間扭曲攻擊之前，我們需要了解當前比特幣協議中的時間操縱保護規則：

1. 中位過去時間(MPT)規則：區塊時間戳必須晚於前11個區塊的中位時間。

2. 未來區塊時間規則：區塊時間戳不能超過節點對等體中位時間2小時以上，且節點時間與本地系統時鍾的最大允許差距爲90分鍾。

這些規則的目的是防止區塊時間戳過於偏離實際時間，但由於需要考慮初始區塊鏈同步，無法完全禁止過去的時間戳。

中本聰的計算誤差

比特幣的難度調整周期包含2016個區塊，理論上約爲兩周時間。然而，在計算挖礦難度調整時，協議使用了不太準確的方法。它計算2016區塊窗口中第一個和最後一個區塊之間的時間戳差，但實際上應該計算2015個區塊間隔。這導致目標時間比應有的長0.05%，使得比特幣實際目標間隔爲10分鍾零0.3秒，而非精確的10分鍾。

這個微小的誤差在實際運行中並不顯著，因爲自比特幣誕生以來，平均區塊間隔一直低於10分鍾，主要是由於算力的持續增長。

時間扭曲攻擊的原理

時間扭曲攻擊利用了中本聰在難度計算中的這個錯誤。攻擊者通過操縱區塊時間戳，可以在符合協議規則的情況下，使區塊鏈時間逐漸落後於真實時間。具體來說，攻擊者會：

1. 對大多數區塊，將時間戳設置爲比前一個區塊僅晚1秒。
2. 每六個區塊才將時間戳向前推進1秒，以符合MPT規則。
3. 在每個難度調整周期的最後一個區塊，將時間戳設置爲真實世界時間。
4. 新難度調整周期的第一個區塊時間戳又回到過去，比上一周期倒數第二個區塊晚1秒。

這種操作會導致難度在第二個調整周期後開始下降，使得攻擊者可以以極快的速度創建區塊，獲取大量比特幣。

攻擊的影響和可行性

理論上，這種攻擊可能造成嚴重後果，但實施起來面臨諸多挑戰：

1. 需要控制大部分網路算力。
2. 誠實礦工的存在會增加攻擊難度。
3. 攻擊過程是公開可見的，可能觸發緊急修復。
4. 需要持續四周才能實現難度下調，給予了應對時間。

解決方案

爲了修復這個漏洞，Poinsot的提案建議在每個新的難度調整周期開始時，要求第一個區塊的時間戳不早於前一周期最後一個區塊時間的2小時之內。這個簡單的規則可以有效限制難度被操縱向下的程度，同時保持了足夠的靈活性以適應正常的網路波動。

這種修復方案相比其他可能的解決方法（如徹底修改難度調整算法或取消MTP規則）更爲簡單和保守，能夠在最小化意外無效區塊風險的同時，有效防止時間扭曲攻擊。