以太坊软分叉失败，与比特币的设计安全性

最近以太坊因为The DAO智能合约的缺陷，要实行紧急的软分叉。然而在软分叉快当完成之际，又突然被发现软分叉本身会导致更多缺陷，被逼放弃计划。究竟为什么会出现这种荒谬的情况，对比特币的发展又有什么启示？

什么是软分叉？
软分叉泛指数字货币系统的规则改动，把一些原本有效的交易变为无效。

以太坊为何要软分叉？
以太坊内的The DAO智能合约由于设计错误，被黑客夺取了价值五千万美元的以太币，转移到另一份智能合约(称作”Child DAO”)。软分叉的目的是禁止一切和该Child DAO有关的交易。虽然软分叉不能令其它投资者取回被盗的款项，但也把被盗的款项永远冻结，最少令黑客不能直接得益。

以太坊软分叉为何失败了？
本来软分叉计划已在进行中，矿池也相继升级。然而在快当完成之际，被Emin Gun Sirer指出软分叉设计缺陷，一旦被实现，攻击者可以瘫痪以太坊网络。 http://hackingdistributed.com/2016/06/28/ethereum-soft-fork-dos-vector/1

以太坊的主要卖点是可以实现远比比特币复杂的程序，包括有回圈的程序(所谓图灵完备)。为防止被滥用，使用者必须用以太币为程序的每一步支付手续费；当手续费被用光，程序就必须停止。和比特币很不同的，是即使程序最终被判定为失败，矿工仍然可以收到手续费，那样就不怕有人以无效程序来消耗矿工的运算资源。

然 而这个软分叉却禁止一切和指定Child DAO有关的交易。攻击者因此可以发出一项需要大量运算的交易，而最后一步却涉及了有关Child DAO。这会使矿工作出大量运算，最终却不能收到任何手续费。攻击者可以发出大量这种交易，从而瘫痪以太坊网络，而且是完全免费。

以太坊的设计缺陷如何导致软分叉失败
以太坊的设计有极大的野心，目标是实现一个去中心化的计算机，因此其程序语言Solidity远比比特币的脚本(Script)复杂，希望借此挑战比特币的地位。然而这也是直接导致DAO被袭，以及令软分叉失败的原因。

首 先，我们并不能对以太坊程序进行静态程序分析（Static program analysis）。静态程序分析是指我们可以单靠阅读程序，而无需实际运行程序，就可以知道程序会干什么。如果能够进行静态程序分析，面对上述的攻击， 矿工只需要先把程序阅读一遍，如果见到有关指定Child DAO的代码，就放弃运行。然而以太坊的设计容许攻击者以代码运算出代码，矿工只有运行程序，直至碰到被禁的代码才停止，已经浪费了大量运算力。

另 外，也不能通过封锁传播无效交易的节点来阻止攻击。由于程序运算涉及大量资源，而非矿工的普通节点不会收到任何手续费，因此普通节点在传播交易之时，只会 查看交易格式是否正确，而不会实际运行。如果以封锁节点来阻止攻击，结果就会令所有普通节点都被封锁，同样达到瘫痪以太坊网络的效果。

 在同样的问题上，比特币又是如何设计？
非图灵完备：首先，比特币的脚本并非图灵完备，没有循环，因此可以保证程序的终结，这是中本聪刻意的设计。 DAO漏洞本身就是攻击者利用程序循环特性，可以重复提取本来不属于他的款项。
事实上，比特币在2011年差点意外地透过BIP12 OP_EVAL变为图灵完备，幸而在最后一刻被发现而被放弃了。

静态程序分析：比特币的脚本必须把代码直接写出，因此可以通过静态程序分析直接找出无效的操作。 OP_EVAL容许以代码运算出代码，也是被放弃的另一个原因。
另外，除了交易以外，比特币区 块本身的一些限制也是可以通过静态程序分析直接找出，包括区块大小及签名检查量的限制。现在的区块除了著名的1MB限制以外，还要求不能有超过20000 个签名检查。这20000个限制包括了没有被执行的签名检查，因此不需要做实际验证，只要查看区块交易，就可以知道有没有超过这20000个的限制。

值 得注意的是，著名的BIP109 (即Bitcoin Classic 硬分叉) 实际上并非只是把1MB改为2MB这样简单，它也会把签名检查限制改变为以实际被执行的数量计算，以致失去了静态程序分析的特性。这在2016年2月已被 Bitcoin Core开发者Luke Dashjr指出：https://lists.linuxfoundation.org/pipermail/bitcoin-dev/2016-February/012362.html6 像这种只有极客才有兴趣的话题，影响可以很深远。

全节点检查交易：比特币的全节点虽然也不能得到手续费，但会把交易完成检查后才会传播出去，因此传播无效交易的节点会被封禁。但由于运行全节点没有直接的收入，过多的交易会令全节点数量下降，令系统得到不足够的监察。

标准交易与软分叉： 事实上，比特币交易功能虽然不如以太坊，但仍然是有很大弹性。但在这无限的可能性之中，只有极少部份的交易被定义为标准交易，只要矿工和节点不修改 Bitcoin Core的源代码，他们并不会传播非标准交易，也不会把非标准交易纳入区块。然而当非标准交易被纳入区块，仍然会被视为有效。

一 直以来多次的软分叉，都是透过把非标准交易重新定义，而达到加入新功能的目的，例如刚完成的相对锁定时间(CSV)，以及即将推出的隔离见证。这样做的最 大好处，是旧节点会视这些交易为非标准交易而拒绝传播，即使在软分叉之后，也不会因为传播无效交易而被封禁。然而当这些交易被纳入区块，旧节点仍会视为有 效，从而达到软分叉向后兼容的目的。

以太坊事件的教训
以太坊从一开始设计，就已经一直有声音批评其对安全性的忽视。非图灵完备，没有程序循环，静态程序分析等比特币一直坚持的特性，在以太坊都被刻意摒弃，并以此为卖点，视比特币为保守落后的象征。

以 太坊这策略的确成功了，DAO一共圈了1亿5千万美元的投资，但这个神话在一个月以内就变为耻辱。笔者可以断言今次只是以太坊第一次自食其果，绝不会是最 后一次，一切都是贪心冒进所惹来的祸。无论如何，在这事件以后，实在难以相信仍会有人愿意向以太坊的智能合约投资1亿5千万美元。

对比特币而言，这次也是一个重大警号，提醒我们必须谨慎地走每一步。经过过去数个月的上涨，比特币市值已超过100亿美元，无论是开发员还是矿工，都要以守护系统安全性为最大责任，并在安全的情况下加入新功能，确保系统能长期健康发展，而非为求一夜暴富而牺牲长远利益。

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