Revolutionierung von L2-Chains: Aufbau intrinsischer Sicherheit ab den Sequenzern

Hintergrund

L2-Chains haben in den letzten Jahren, dank ihres Vorteils, die Skalierbarkeit der Blockchain zu verbessern, ein rasantes Wachstum erfahren. Laut den Daten von L2BEAT gibt es 58 aktive L2-Projekte, und der TVL (Stand 26. Juni 2024) liegt bei über 43 Milliarden US-Dollar.

Die Motivation für L2-Chains liegt darin, das Skalierungsproblem in L1-Chains, z. B. Ethereum, zu lösen. Eine entsprechende Methode wird Rollups genannt, bei der L2-Transaktionen in L1-Chains gebündelt werden. Transaktionen werden in L2-Chains ausgeführt, und die Ergebnisse (Zustände) werden auf L1 festgeschrieben. Auf diese Weise wird die Sicherheit von L2 durch L1-Chains gewährleistet, die wiederum durch ihren Konsensmechanismus gesichert sind. Die folgende Abbildung zeigt die grundlegende Idee von rollup-basierten L2-Chains.

Rollups

Derzeit lässt sich die Implementierung von Rollups hauptsächlich in zwei Kategorien einteilen, nämlich Zero-Knowledge-Rollups und Optimistic Rollups. Die grundlegende Idee von Zero-Knowledge-Rollups besteht darin, dass eine Reihe von Transaktionen gebündelt wird und nur eine notwendige Zusammenfassung auf der L1-Chain festgeschrieben wird, welche die Zustandsänderungen der L2-Transaktionen sowie Beweise für diese Änderungen zeigt, die durch kryptografische Algorithmen verifiziert werden können.

Die Optimistic Rollups werden „optimistisch“ genannt, weil sie annehmen, dass Transaktionen gültig sind, und keinen Beweis für Zustandsänderungen auf L1-Chains liefern. Jeder kann die übermittelten Daten innerhalb eines Zeitfensters mit einem Betrugsnachweis anfechten. Wenn die Anfechtung berechtigt ist (das heißt, die auf L1 festgeschriebenen Daten enthalten ungültige Daten), erhält der Sequencer, der für die Einbeziehung der betrügerischen Transaktionen verantwortlich ist, eine Strafe.

Sequencer

Sequencer in Rollups sind entscheidende Bestandteile, die für die Ausführung und Bündelung von L2-Transaktionen sowie deren Einreichung auf L1-Chains verantwortlich sind. Bei Optimistic Rollups enthält ein Sequencer beispielsweise typischerweise einen Knoten, der L2-Transaktionen empfängt, eine ausführende virtuelle Maschine (Geth), Batch-Proposer (oder Submitter) zur Einreichung des Batches auf L1-Chains sowie einige weitere Hilfskomponenten. Kurz gesagt, ist der Sequencer die Komponente, die Transaktionen auf L2-Chains bündelt.

Sequencer können zentral oder dezentral betrieben werden. Bei der zentralen Variante wird ein Sequencer (oder mehrere Sequencer) von bestimmten zentralen Einheiten kontrolliert. Im Gegensatz dazu werden dezentrale Sequencer aus einem Pool auf genehmigungsfreie Weise ausgewählt. Beide Varianten haben ihre Vor- und Nachteile. Insbesondere sind zentrale Sequencer effizienter und einfacher zu implementieren, jedoch mit der Möglichkeit eines Single Point of Failure. Dezentrale Sequencer sind robuster, erfordern jedoch einen komplexeren Design- und Implementierungsaufwand.

Laut L2BEAT sind zentrale Sequencer die am häufigsten verwendete Methode für L2-Chains, einschließlich Arbitrum, Optimism, zkSync Era usw.

Warum Sicherheit für L2-Chains wichtig ist

Da L2 das Skalierbarkeitsproblem löst, optimiert es die Nutzererfahrung, senkt die Kosten für Nutzer und zieht viel Aufmerksamkeit von Nutzern auf sich. Aus Sicht der Nutzer bleibt Sicherheit jedoch ein Thema, da Angriffe auf die Protokolle enorme Verluste verursachen können. Zum Beispiel führte der Angriff auf SonneFinance auf Optimism aufgrund eines Präzisionsverlusts zu einem Verlust von über 20 Millionen US-Dollar. Linea hat sogar seinen Sequencer angehalten, um zu verhindern, dass der Angreifer den Token im Rahmen des Velocore-Sicherheitsvorfalls abstößt.

Sicherheit ist für Betreiber von L2-Chains angesichts des stark umkämpften Umfelds der L2-Chains von entscheidender Bedeutung. Verbesserte Sicherheit zieht mehr Nutzer an und erhöht den Total Value Locked (TVL), was ein florierendes Ökosystem fördert. Dies erzeugt eine positive Rückkopplungsschleife, bei der verbesserte Sicherheit zu einer höheren Akzeptanz führt, die wiederum weiteres Wachstum und Wohlstand anregt. Daher ist es für L2-Chains unerlässlich, der Sicherheit Priorität einzuräumen, um sich am Markt hervorzuheben und erfolgreich zu sein.

Aktuelle Lösungen

Derzeit stützt sich die Sicherheit von L2-Chains stark auf Sicherheitsaudits der Protokolle selbst sowie auf ad-hoc-Überwachungslösungen. Diese Lösungen haben die folgenden Nachteile.

Code-Auditing

Sicherheitsaudits allein können nicht alle Sicherheitsbedenken ausräumen.

Erstens ist Code-Auditing eine Sicherheitslösung, die vor der Einführung erfolgt. Nach der Bereitstellung der Smart Contracts auf der Chain können Zero-Day-Schwachstellen, die während des Code-Audits übersehen wurden, ausgenutzt werden. Frühere Sicherheitsvorfälle haben bewiesen, dass einige gehackte Protokolle Audits von renommierten Prüfern durchlaufen haben (ganz zu schweigen davon, dass sich manche Protokolle die Kosten für ein solches Audit möglicherweise nicht leisten können).

Zweitens kann Code-Auditing nur die statische Sicht auf den Code prüfen. Dabei werden die Laufzeitzustände übersehen, die durch Konfigurations- und Parameteraktualisierungen der Smart Contracts geändert werden.

Ad-hoc-Angriffsüberwachung

Einige Protokolle setzen Überwachungstools ein (entweder von Anbietern oder durch interne Entwicklung). Allerdings ist das Angriffsüberwachungssystem auf das Fachwissen hochrangiger Sicherheitsexperten angewiesen, um effektiv zu sein und eine niedrige Falsch-Positiv-Rate zu gewährleisten. Noch wichtiger ist, dass ihnen eine automatische Möglichkeit fehlt, auf erkannte Sicherheitsvorfälle zu reagieren. Manuelle Eingriffe erweisen sich oft als zu spät. Im Fall des Angriffs auf die Nomad Bridge im vergangenen August benötigte das Projektteam über drei Stunden, um zu reagieren. Der jüngste Angriff auf KyberSwap verzeichnete ebenfalls eine Reaktionszeit von fast zwei Stunden.

Noch wichtiger ist, dass dies erfordert, dass das Protokoll dieses Überwachungssystem mit eigenem Zeit- und Integrationsaufwand implementiert. Wenn wir eine integrierte Sicherheit auf Chain-Ebene erreichen können, bietet dies eine überlegene Lösung für sowohl Protokolle als auch Nutzer. Sie gewährleistet fortlaufende Sicherheit, ohne dass kostspielige Integrationen erforderlich sind, und bietet einen robusteren und nahtloseren Sicherheitsrahmen.

Unsere Lösung: Sequencer Threat Overwatch Program

BlockSec ist ein Pionier in diesem Bereich. Bereits 2022 haben wir das Konzept „Blockchain-Angriffe blockierbar machen“ vorgeschlagen und erfolgreich eine Reihe von Hacks blockiert und mehr als 20 Millionen US-Dollar gerettet. Mit der Entwicklung der L2-Chains treiben wir diese Richtung ein Stück weiter voran und präsentieren eine innovative Sicherheitslösung, um L2 mit integrierter Sicherheit auszustatten, indem wir die Angriffserkennungsfähigkeit unseres Produkts Phalcon Security nutzen. Wir definieren diese integrierte Sicherheitslösung auf Sequencer-Ebene, ermöglicht durch Phalcon Security, als das Sequencer Threat Overwatch Program (STOP).

Die grundlegende Idee von STOP besteht darin, dass wir die Angriffserkennungs-Engine in den Sequencer von L2-Chains integrieren können. Jede L2-Transaktion durchläuft die Angriffserkennungs-Engine, bevor sie in die L2-Chains aufgenommen wird. Wenn die Angriffserkennungs-Engine eine Transaktion als bösartig einstuft, kann sie zur weiteren Untersuchung unter Quarantäne gestellt werden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Angriffstransaktionen überhaupt erst in die L2-Chains gelangen, ohne jeglichen Aufwand und Kosten für die Protokolle und Nutzer.

Obwohl diese Idee einfach erscheint, birgt die Bereitstellung dieses Systems erhebliche gestalterische Herausforderungen.

• Erstens, wie kann das System nicht-invasiv gestaltet werden? Denn wenn die Integration einen tiefen Hook in den Sequencer erfordert, kann dies Kompatibilitäts-, Robustheits- und Wartungsprobleme mit sich bringen.

• Zweitens, wie kann dieses System effizient gestaltet werden? Denn es können Tausende von Transaktionen sein, die innerhalb von Sekunden verarbeitet werden müssen. Es muss geklärt werden, wie man sich in den Sequencer einhaken kann, ohne gleichzeitig den Durchsatz der L2-Chains zu beeinträchtigen.

• Drittens, wie kann eine niedrige Falsch-Positiv-Rate aufrechterhalten werden, um legitime Transaktionen nicht zu beeinträchtigen? Wenn legitime Transaktionen falsch eingestuft und unter Quarantäne gestellt werden, beeinträchtigt dies die Nutzbarkeit der Chain erheblich und kann sogar dazu führen, dass Nutzer Gewinnchancen verpassen.

Unsere Lösung löst diese Herausforderung erfolgreich mit einer nicht-invasiven Architektur, bei der eine von Phalcon Security betriebene Angriffserkennungs-Engine zum Einsatz kommt. Konkret führen wir einen Threat-Inspection-Knoten in der L2-Chain vor dem Sequencer ein. Dieser Threat-Inspection-Knoten kommuniziert mit Phalcon Security, um jede Transaktion zu scannen und das Ergebnis zurückzugeben. Die von Phalcon Security als bösartig erkannten Transaktionen werden unter Quarantäne gestellt, während die passierten Transaktionen in den Mempool des Sequencers gelangen. Die folgende Abbildung zeigt die Gesamtarchitektur des Systems.

Unsere Angriffserkennungs-Engine ist äußerst effizient und präzise. Sie kann die Erkennung einer Transaktion in der Regel innerhalb weniger Millisekunden abschließen, mit einer Falsch-Positiv-Rate von weniger als 0,0001 %. In Verbindung mit anderen selbst definierten Regeln kann diese Falsch-Positiv-Rate weiter reduziert werden. Zu beachten ist, dass diese Engine mit der Erfolgsgeschichte der Erkennung und Blockierung mehrerer Hacks im Praxiseinsatz erprobt wurde. Siehe die Liste der (öffentlich) bekanntgegebenen Sicherheitsvorfälle, die von unserer Engine erkannt wurden und die Erfolgsgeschichte der Angriffsblockierung.

Darüber hinaus ist das STOP-System mit einem Dashboard verbunden, über das der Chain-Betreiber die Transaktionen innerhalb der Quarantäne weiter überprüfen kann. Mit Hilfe unseres Phalcon Explorer kann der Analyst die Grundursache der Hack-Transaktionen vollständig identifizieren und weitere Maßnahmen ergreifen.

Manta: Die erste L2 mit integrierter Sicherheit

Wir freuen uns sehr, mit Manta zusammenzuarbeiten, um diese Initiative ins Leben zu rufen und Manta Pacific zur ersten L2 mit integrierter Sicherheit zu machen. Konkret haben BlockSec und Manta gemeinsam STOP entwickelt, eine innovative Layer-2-Sicherheitslösung. Jede Transaktion auf Manta Pacific wird von der Angriffserkennungs-Engine von BlockSec Phalcon Security gescannt, wodurch verhindert wird, dass Angriffstransaktionen überhaupt erst in die L2-Chains gelangen.

Die Zusammenarbeit bringt robuste Sicherheitsverbesserungen für Manta Pacific, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass die Nutzbarkeit und Effizienz unbeeinträchtigt bleiben. Gleichzeitig sind Protokolle und Nutzer geschützt, ohne zusätzlichen Zeit- und Arbeitsaufwand investieren zu müssen. Wir loben Mantas proaktiven Ansatz für Sicherheit auf Sequencer-Ebene und sein Engagement, Manta Pacific zu einer derart hochsicheren, leistungsstarken und nutzerfreundlichen L2-Chain zu machen. Es ist ermutigend zu sehen, dass immer mehr Chains und Protokollprojekte der Sicherheit Priorität einräumen, damit Nutzer sicher und mit Vertrauen interagieren können.

Fazit

In diesem Blog schlagen wir die Architektur vor, um L2-Chains mit integrierter Sicherheit auszustatten. Wir hoffen, dass diese wegweisende Richtung und diese Erkenntnisse der gesamten Community helfen können, Sicherheitsprobleme von Grund auf zu lösen und Nutzer zu schützen. In Zukunft werden wir weiterhin noch innovativere Sicherheitslösungen erforschen und bereitstellen, um sicherzustellen, dass unsere Systeme an der Spitze der Blockchain-Sicherheit bleiben und unseren Nutzern das höchste Schutzniveau bieten.

Referenzen

https://blocksec.com/blog/blocksec-perspectives-and-solutions-on-the-security-of-l2-blockchains

https://blocksec.com/blog/how-L2-blockchains-can-do-better-to-protect-their-users

https://ethereum.org/en/layer-2/

https://docs.optimism.io/stack/components

https://l2beat.com/

Über BlockSec

BlockSec ist ein Full-Stack-Web3-Sicherheitsdienstleister. Das Unternehmen hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Sicherheit und Nutzbarkeit für die aufstrebende Web3-Welt zu verbessern, um deren breite Akzeptanz zu fördern. Zu diesem Zweck bietet BlockSec Sicherheitsauditdienste für Smart Contracts und EVM-Chains, die Phalcon Security-Plattform für die Sicherheitsentwicklung und die proaktive Blockierung von Bedrohungen, die MetaSleuth-Plattform für Fund Tracking und Ermittlungen sowie die MetaSuites-Erweiterung für Web3-Entwickler, um effizient in der Krypto-Welt zu navigieren.

Bis heute hat das Unternehmen über 1.000 Kunden bedient, darunter Uniswap Foundation, Compound, Forta und PancakeSwap, und in zwei Finanzierungsrunden zweistellige Millionenbeträge in US-Dollar von namhaften Investoren erhalten, darunter Matrix Partners, Vitalbridge Capital und Fenbushi Capital.

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