更新于：2025 年 6 月 26 日
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作者：Hacken
在 Web3 的领域中，51% 攻击在其他区块链安全漏洞中脱颖而出。它是一种破坏区块链核心去中心化原则的漏洞，允许黑客操纵交易，臭名昭著的比特币黄金上发生的 1800 万美元双重支付攻击 就是一个例子。
本文深入探讨了这个漏洞，揭示了其工作机制、潜在风险和安全措施。
什么是 51% 攻击？
51% 攻击是指对区块链网络的一种攻击，其中单个实体获得超过一半（51%）的股权或计算能力。 这种不成比例的控制权使他们能够实施重大变更，从而违反了区块链的基本去中心化原则。 换句话说，51% 攻击赋予篡改交易历史、阻止交易完成、停止验证者奖励和双重支付的权力。
重要的是要注意，51% 攻击是区块链最重大的安全威胁之一，特别是那些使用工作量证明和委托权益证明 共识算法 的区块链。 这种攻击的一个令人震惊的结果是双重支付，即相同的币被多次花费，从而损害了区块链的信任和可靠性。
51% 攻击是如何运作的？
深入研究 51% 攻击的机制，让我们探讨攻击者遵循的逐步过程，以获得和利用对区块链网络的控制权。 虽然攻击的具体细节会因多种因素而异，但以下是通常表征此类攻击的简化的一般事件序列：
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积累算力：第一步涉及攻击者积累超过网络计算或哈希算力的一半（51%）。 这可以通过获取大量的硬件资源或说服大量的矿工加入到攻击者控制下的矿池来实现。
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分区：攻击者现在控制着网络哈希算力的大部分，有效地将他们的组与主网络隔离，同时仍保持内部通信。 尽管存在这种分离，黑客组织仍在继续进行挖矿操作，但避免与主网络共享其进度或接收来自主网络的更新。 因此，区块链的两个并行版本开始独立发展。
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快速挖矿：由于其卓越的哈希算力，攻击者的组能够比网络的其余部分更快地将区块添加到其区块链版本中。 随着时间的推移，链的两个版本之间的长度差异在统计上与两组之间的哈希算力差异成正比。
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重新集成和支配：一旦黑客组织重新加入网络，区块链的两个竞争版本就会在整个网络中传播。 根据共识协议的规则，节点保留最长的区块链，较短的区块链被丢弃。 这意味着主网络在分离期间添加的所有区块都变成了孤块，并且它们的交易被释放回内存池。
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潜在威胁：成功执行后，51% 攻击可能会打开潘多拉魔盒般的威胁，这些威胁可能会严重影响区块链网络及其参与者。 这些威胁包括以双重支付形式出现的金融诈骗，以及彻底使网络功能瘫痪的拒绝服务攻击。
51% 攻击的高成本
值得注意的是，51% 攻击并非易事，它需要大量的资源和时间。 这种巨大的财务和技术负担使大多数人难以承受。
成本的大部分在于所需的挖矿设备。 要控制超过网络哈希算力的一半，你需要大量的高性能硬件，对于像比特币这样的知名区块链来说，成本高达 数百万美元。
但这不仅仅是硬件的问题。 挖矿消耗大量能源。 比特币挖矿每年消耗高达 95.58 太瓦，这与拥有超过 550 万人口的芬兰的年能源消耗量相当。 因此，需要考虑大量的电力和维护成本。
除了高昂的成本外，对于计划攻击网络的团体来说，时机至关重要。 他们需要控制网络的一半以上，并在完美的时刻引入他们修改后的区块链。 如果攻击失败，黑客可能会损失一切。
最重要的是，在去中心化的环境中，没有中央机构来强制使用受损的链。 验证者和客户端可以同意从攻击发生之前的某个时间点重新启动链，尽管这会很混乱且不受欢迎。
与此类攻击相关的高成本和风险起到了强大的威慑作用，特别是对于像比特币或以太坊这样的大型网络。 另一方面，较小的区块链没有那么多的挖矿能力，这使得它们更容易受到攻击。 但是，从 Nicehash 等服务租用几个小时的挖矿能力来攻击这些较小的网络更容易，这大大降低了攻击的成本。
51% 攻击的风险和后果
成功的攻击会对区块链网络及其用户产生重大影响。 以下是可能发生的情况：
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双重支付：这是最令人恐惧的后果。 攻击者可以两次花费他们的钱——首先，他们执行常规交易，然后更改区块链以表明他们根本没有使用这笔钱。
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拒绝服务（DoS）攻击：黑客接管并暂时阻止其他矿工的地址。 这阻止了好人——诚实的矿工——重新控制网络。 结果，攻击者的虚假交易链可能会成为永久性的。
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交易回滚：攻击者可以阻止某些或所有用户之间的付款。 这会扰乱网络的正常运行，并可能导致交易确认的严重延迟，从而损害对网络可靠性的信心。
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声誉受损：此外，攻击还会严重损害区块链的声誉。 这可能会导致当前和潜在用户失去信任，从而导致相关加密货币的价值大幅下降，并阻止新用户或投资者加入网络。
51% 攻击的真实案例
在区块链的历史中，发生过一些值得注意的此类案例：
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比特币黄金（BTG）： 在 2018 年 5 月，比特币黄金遭受了一次 51% 攻击，该攻击使攻击者能够双重花费大约 1800 万美元 价值的 BTG。 此次事件对该币的声誉和市场价值造成了重大损害。
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以太坊经典（ETC）： 也许是最常被攻击的区块链，以太坊经典在 2020 年 8 月遭受了一次大规模攻击，攻击者设法双重花费了价值 560 万美元 的 ETC。
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绿币（VTC）： 绿币虽然鲜为人知，但在 2018 年 12 月遭受了一次 51% 攻击。 攻击者双重花费了 603 个 VTC，相当于大约 100,000 美元。
这些袭击表明存在重大漏洞和后果，从而加强了对有效安全措施的需求。
51% 攻击的预防
减轻这些风险可能具有挑战性，但已经提出了各种方法：
更改共识算法
切换到不同的共识算法是降低 51% 攻击可能性的可行方法。 工作量证明（PoW）是许多区块链最初采用的共识机制，由于其挖矿集中风险，因此容易受到此类攻击。
或者，权益证明（PoS）共识机制不太容易受到此类攻击，因为它需要黑客拥有区块链总权益的大部分，这通常是一项成本高昂的风险投资。
延迟区块链确认
另一种有效的威慑方法是延迟区块链确认。 这种方法为网络赢得时间来检测并可能阻止 51% 攻击。 通过延长交易确认时间，攻击者需要维持对 51% 网络的控制更长时间，从而大大增加了此类攻击的成本和难度。
惩罚系统
建立惩罚系统是另一种可行的防御策略。 例如，在 PoS 区块链中应用削减条件会惩罚恶意行为者，如果发现他们违反网络规则，则没收其部分或全部抵押代币。 这种惩罚性措施大大提高了任何潜在攻击者的风险，并且可以作为一种有效的威慑。
区块链协议审计
最后，定期的 区块链协议审计 是任何全面安全策略的关键方面。 这些审计会仔细检查协议以检测漏洞，包括 51% 攻击的潜在途径。 通过主动识别和解决这些弱点，区块链开发人员可以大大加强其网络的防御能力。
底线
虽然 51% 攻击的风险令人望而生畏，但重要的是要理解，进行此类攻击的成本和复杂性使它们变得罕见。 但是，潜在的影响和历史先例强调了采取积极预防措施和不断努力使区块链技术更加安全和有弹性的重要性。
Web3 的未来取决于我们应对这些挑战、将漏洞转化为优势以及为所有人创造更强大、更安全的数字未来的能力。
常见问题解答
什么是 51% 攻击？51% 攻击是最大的区块链安全问题之一，尤其是那些使用工作量证明共识算法的区块链。 当某人控制超过区块链网络挖矿算力的一半（51%）时，就会发生这种攻击。 这种控制权使他们能够做出重大决策，从而打破了区块链的去中心化概念。
51% 攻击会做什么？在 51% 攻击中，拥有多数控制权的实体可以通过多种方式操纵区块链。 他们可以停止交易并阻止交易被确认，回滚交易以执行双重支付攻击，并阻止其他矿工挖掘新区块。
51% 攻击需要多少成本？51% 攻击的成本因所讨论的区块链网络而异。 例如，要对比特币区块链发起 51% 攻击，攻击者需要控制最强大的 ASIC 矿机。 仅此设备的成本就将超过 79 亿美元。 此估算不包括持续的电力和维护成本。
