ADESS: Çifte Harcama Saldırılarını Önlemek İçin Bir İş İspatı Protokolü

İçindekiler

1 Giriş

İş ispatı (PoW) blockchain'lerindeki temel güvenlik açığı, saldırganların daha önce yayınlanmış blokları çatallayarak ve farklı işlem dizilerine sahip alternatif zincir segmentleri oluşturarak işlem geçmişini yeniden yazabilme yeteneğinde yatar. Saldırganın zinciri, mevcut kanonik zincirden daha fazla madencilik bulmacası zorluğu biriktirdiğinde, düğümler onu meşru olarak tanımak zorunda kalır. Bu güvenlik açığı, saldırganların orijinal zincirde kayıtlı token transferlerini geçersiz kılabildiği çifte harcama saldırılarına olanak tanır.

1.1 İki ADESS modifikasyonu

ADESS, mevcut PoW protokollerine iki kritik modifikasyon getirir. İlk modifikasyon, zamansal blok dizilerini analiz ederek saldırgan zincirlerinin tanımlanmasını sağlar. İkincisi ise tanımlanan saldırganlara üstel cezalar uygulayarak, çatallanmış zincirleri kanonik hale getirmek için gereken hesaplama maliyetini önemli ölçüde artırır.

2 Teknik Çerçeve

2.1 Saldırgan Zinciri Tanımlama

Tanımlama mekanizması, çifte harcama saldırganlarının davranış kalıbından yararlanır. Bob, Alice'den token'ları aldığında, mal veya hizmet teslim etmeden önce işlemin birden fazla blokla onaylanmasını bekler. Bu sırada Alice gizlice alternatif bir zincir oluşturur ancak bunu Bob'un takas ürününü aldıktan sonra yayınlamayı geciktirir. ADESS, bu yayın gecikmesi kalıbını potansiyel saldırgan zincirlerini tanımlamak için kullanır.

2.2 Üstel Cezalandırma Mekanizması

Bir saldırgan zinciri tanımlandığında, ADESS, saldırganın zincirini kanonik hale getirmek için giderek daha yüksek hash oranı uygulamasını gerektiren üstel cezalar uygular. Ceza, çatalın derinliği ile birlikte büyüyerek sürdürülebilir saldırıları ekonomik olarak uygulanamaz hale getirir.

3 Matematiksel Formülasyon

ADESS protokolü, $P(d) = \alpha \cdot \beta^d$ şeklinde bir ceza fonksiyonu tanıtır, burada:

• $P(d)$, $d$ çatal derinliğindeki cezayı temsil eder
• $\alpha$, temel ceza çarpanıdır
• $\beta$, üstel büyüme faktörüdür ($\beta > 1$)
• $d$, çatal noktasından bu yana geçen blok sayısıdır

Saldırgan için etkin madencilik zorluğu $D_{eff} = D \cdot P(d)$ olur, burada $D$ nominal madencilik zorluğudur.

4 Deneysel Sonuçlar

Araştırmacılar, simülasyon ve matematiksel analiz yoluyla iki ana sonucu gösterdi:

1. ADESS altında çifte harcama saldırılarının beklenen maliyeti, geleneksel PoW protokollerine kıyasla belirgin şekilde daha yüksektir
2. Herhangi bir işlem değeri için, çifte harcama saldırılarının beklenen kârını negatif yapan bir ceza ayarı mevcuttur

5 Kod Uygulaması

Aşağıda ADESS zincir seçim algoritmasının basitleştirilmiş bir sözde kodu uygulaması bulunmaktadır:

function selectCanonicalChain(chains):
    // Ortak ata bloğunu bul
    common_ancestor = findCommonAncestor(chains)
    
    // Yayın zamanlamasına dayalı potansiyel saldırgan zincirlerini tanımla
    potential_attackers = identifyLateBroadcastChains(chains, common_ancestor)
    
    // Tanımlanan zincirlere üstel cezalar uygula
    for chain in chains:
        if chain in potential_attackers:
            fork_depth = current_block_height - common_ancestor.height
            penalty = base_penalty * (growth_factor ^ fork_depth)
            chain.score = calculateCumulativeDifficulty(chain) / penalty
        else:
            chain.score = calculateCumulativeDifficulty(chain)
    
    // En yüksek ayarlanmış puana sahip zinciri seç
    return chain with maximum score

6 Analiz ve Tartışma

ADESS protokolü, Bitcoin'in başlangıcından bu yana kripto paraları rahatsız eden temel çifte harcama güvenlik açığını ele alarak PoW blockchain güvenliğinde önemli bir ilerlemeyi temsil eder. Geleneksel yaklaşımlardan farklı olarak, yalnızca kümülatif zorluğa güvenmek yerine, ADESS blok dizilerinin zamansal analizini tanıtarak daha nüanslı bir güvenlik modeli oluşturur. Bu yaklaşım, Gervais ve diğerlerinin (2016) konsensüs protokollerinin merkeziyetsizleştirilmesini ölçmeye yönelik çalışması gibi, birden fazla güvenlik boyutunu dahil etmenin önemini vurgulayan blockchain güvenliği konusundaki son araştırmalarla uyumludur.

ADESS'teki üstel ceza mekanizması özellikle yenilikçidir çünkü dinamik olarak ayarlanan bir savunma sistemi oluşturur. Bitcoin Beyaz Kitabı'nda (Nakamoto, 2008) belirtildiği gibi, iş ispatı sistemlerinin güvenliği, dürüst düğümlerin çoğunluk CPU gücünü kontrol etmesine bağlıdır. ADESS, saldırganların sahte zincirleri zamanla sürdürmesini üstel olarak zorlaştırarak bu ilkeyi güçlendirir. Bu yaklaşım, Ethereum'un zorluk bombası mekanizmasıyla kavramsal benzerlikler paylaşır ancak bunu özellikle protokol yükseltmeleri yerine saldırı caydırıcılığına uygular.

Checkpointing (Bitcoin Cash'te kullanılan) veya Avalanche konsensüsü (Avalanche Beyaz Kitabı'nda açıklandığı gibi) gibi diğer çifte harcama önleme mekanizmalarıyla karşılaştırıldığında, ADESS geleneksel PoW'nin izinsiz doğasını korurken sofistike saldırı tespiti ekler. Protokolün simülasyonlardaki etkinliği, MIT Dijital Para Girişimi'ne göre milyonlarca dolarlık kayba neden olan 2019 Ethereum Classic çifte harcamaları gibi gerçek dünya saldırılarını önleyebileceğini göstermektedir.

Uygulama perspektifinden bakıldığında, ADESS, temel mimari değişiklikler gerektirmeden ince protokol modifikasyonlarının nasıl önemli güvenlik iyileştirmeleri sağlayabileceğini gösterir. Bu yaklaşım, Proof-of-Stake (Ethereum 2.0'da uygulandığı gibi) veya Yönlendirilmiş Dairesiz Grafik (DAG) yapıları (IOTA'da kullanıldığı gibi) gibi daha radikal ayrışmalarla tezat oluşturarak mevcut protokollerin artımlı evriminin blockchain güvenliği geliştirmesi için uygulanabilir bir yol olmaya devam ettiğini göstermektedir.

7 Gelecekteki Uygulamalar

ADESS protokolünün kripto para güvenliğinin ötesinde umut verici uygulamaları vardır:

• Kurumsal Blockchain: Tedarik zinciri ve finansal uygulamalar için gelişmiş güvenlik
• Çapraz Zincir Köprüleri: Birlikte çalışabilirlik protokolleri için iyileştirilmiş güvenlik
• Merkeziyetsiz Finans: Yüksek değerli DeFi işlemleri için ek koruma
• IoT Ağları: Dağıtılmış IoT sistemlerinde güvenli cihaz koordinasyonu

Gelecekteki araştırma yönleri şunları içerir:

• Parçalı blockchain mimarileriyle entegrasyon
• Hisse ispatı konsensüs mekanizmaları için uyarlama
• Saldırı modeli tespiti için makine öğrenimi geliştirmeleri
• Güvenlik garantilerinin resmi doğrulaması

8 Referanslar

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Eşler Arası Elektronik Nakit Sistemi
2. Wood, G. (2021). Ethereum: Güvenli Merkeziyetsiz Genelleştirilmiş İşlem Defteri
3. Gervais, A., vd. (2016). İş İspatı Blockchain'lerinin Güvenliği ve Performansı Üzerine
4. Rocket, T., vd. (2020). Avalanche: Yeni Bir Konsensüs Protokolü
5. MIT Dijital Para Girişimi (2020). %51 Yeniden Düzenleme Takipçisi
6. Lovejoy, J. (2021). Ethereum Classic %51 Saldırıları: Teknik Otopsi
7. Singer, A. (2019). Ethereum Classic'te Çifte Harcama Saldırıları Analizi