比特币协议中的时间扭曲攻击漏洞

比特币开发者Antoine Poinsot于2025年3月26日提出了一项新的改进提案，旨在修复比特币协议中长期存在的多个漏洞和弱点。这个被称为"大共识清理"的软分叉提案不仅解决了我们之前讨论过的重复交易问题，还针对一个更为严重的漏洞——"时间扭曲攻击"提出了解决方案。

比特币区块时间戳保护机制

在探讨时间扭曲攻击之前，我们需要了解当前比特币协议中的时间操纵保护规则：

1. 中位过去时间(MPT)规则：区块时间戳必须晚于前11个区块的中位时间。

2. 未来区块时间规则：区块时间戳不能超过节点对等体中位时间2小时以上，且节点时间与本地系统时钟的最大允许差距为90分钟。

这些规则的目的是防止区块时间戳过于偏离实际时间，但由于需要考虑初始区块链同步，无法完全禁止过去的时间戳。

中本聪的计算误差

比特币的难度调整周期包含2016个区块，理论上约为两周时间。然而，在计算挖矿难度调整时，协议使用了不太准确的方法。它计算2016区块窗口中第一个和最后一个区块之间的时间戳差，但实际上应该计算2015个区块间隔。这导致目标时间比应有的长0.05%，使得比特币实际目标间隔为10分钟零0.3秒，而非精确的10分钟。

这个微小的误差在实际运行中并不显著，因为自比特币诞生以来，平均区块间隔一直低于10分钟，主要是由于算力的持续增长。

时间扭曲攻击的原理

时间扭曲攻击利用了中本聪在难度计算中的这个错误。攻击者通过操纵区块时间戳，可以在符合协议规则的情况下，使区块链时间逐渐落后于真实时间。具体来说，攻击者会：

1. 对大多数区块，将时间戳设置为比前一个区块仅晚1秒。
2. 每六个区块才将时间戳向前推进1秒，以符合MPT规则。
3. 在每个难度调整周期的最后一个区块，将时间戳设置为真实世界时间。
4. 新难度调整周期的第一个区块时间戳又回到过去，比上一周期倒数第二个区块晚1秒。

这种操作会导致难度在第二个调整周期后开始下降，使得攻击者可以以极快的速度创建区块，获取大量比特币。

攻击的影响和可行性

理论上，这种攻击可能造成严重后果，但实施起来面临诸多挑战：

1. 需要控制大部分网络算力。
2. 诚实矿工的存在会增加攻击难度。
3. 攻击过程是公开可见的，可能触发紧急修复。
4. 需要持续四周才能实现难度下调，给予了应对时间。

解决方案

为了修复这个漏洞，Poinsot的提案建议在每个新的难度调整周期开始时，要求第一个区块的时间戳不早于前一周期最后一个区块时间的2小时之内。这个简单的规则可以有效限制难度被操纵向下的程度，同时保持了足够的灵活性以适应正常的网络波动。

这种修复方案相比其他可能的解决方法（如彻底修改难度调整算法或取消MTP规则）更为简单和保守，能够在最小化意外无效区块风险的同时，有效防止时间扭曲攻击。