Кроссчейн-мост, который никогда не взламывают: технический разбор

Блокчейны существуют как отдельные «острова». Активы не могут свободно перемещаться между ними без кроссчейн-мостов, которые соединяют сети и позволяют переносить токены из одной блокчейн-экосистемы в другую. При этом именно мосты остаются самым уязвимым элементом любой блокчейн-архитектуры. Взлом одного кроссчейн-моста может привести к потере сотен миллионов долларов. Так, в результате атаки на Ronin Bridge в 2022 году пользователи лишились около 600 млн долларов за одну операцию.

За последние несколько лет совокупный ущерб от подобных атак превысил 2 млрд долларов. Ускорение переводов, децентрализация доверия и обеспечение безупречной безопасности образуют своего рода трилемму кроссчейн-мостов: усиление одного из элементов часто ослабляет другие. Если вам важно глубже понять, что такое DeFi и почему инфраструктура вроде мостов критична для экосистемы, загляните сюда.

Мосты отличаются по архитектуре и уровню сложности, и понимание причин их уязвимости — первый шаг к созданию системы, которую невозможно взломать. Какие поверхности атак характерны именно для кроссчейн-мостов? Являются ли они лёгкой добычей для хакеров?

Плохо спроектированные мосты действительно становятся удобной целью. История знает немало случаев, когда критические архитектурные ошибки делали такие решения особенно привлекательными для злоумышленников. Во многих мостах существует единый центральный пул средств, обеспечивающий выпущенные токены. Хакеры могут воспользоваться этим, получив доступ к приватным ключам или подделав межсетевые сообщения. Общие принципы совместимости блокчейнов и роль мостов мы разобрали в статье о решениях для совместимости сетей.

Помимо уязвимостей смарт-контрактов, кроссчейн-мосты подвержены и ряду специфических векторов атак. Один из них — компрометация валидаторов. Многие мосты используют группу операторов или комитет, который подтверждает межсетевые переводы. Подробнее о том, какие риски существуют в DeFi и как злоумышленники используют уязвимости, читайте тут.

Если злоумышленник получает достаточное количество приватных ключей, он может сфальсифицировать одобрения и вывести средства. В случае с Ronin Bridge в марте 2022 года были скомпрометированы пять из девяти ключей, а у Harmony в июне того же года — два из пяти.

Другой риск связан с подделкой сообщений и манипуляцией ретрансляцией. Во многих мостах оракулы или ретрансляторы отслеживают события блокировки активов в сети A и затем инициируют выпуск токенов в сети B. Хакеры могут подделывать или повторно воспроизводить такие сообщения, организуя атаку. Именно так произошёл взлом Wormhole в феврале 2022 года, когда злоумышленник создал фиктивные события депозита и выпустил необеспеченные токены. Атаки на Qubit и Meter.io в январе и феврале 2022 года имели схожую природу.

Серьёзную опасность также представляют рассинхронизация состояния и проблемы финальности. Некоторые мосты используют оптимистичные доказательства мошенничества или более слабые гарантии консенсуса. В таких случаях атакующий может попытаться спровоцировать форк или воспроизвести устаревшее состояние, если у блокчейнов различаются модели финальности. В августе 2022 года взлом Nomad произошел из-за того, что система приняла мошеннические транзакции, опираясь на дефолтный корень доверия.

Важную роль играют вопросы платёжеспособности и экономических допущений. Кастодиальные мосты или модели mint-burn обязаны поддерживать достаточное обеспечение. Если синтетические токены выпускаются без доказательства резервов, всегда остаётся риск, что они не обеспечены реальными активами.

Командам приходится постоянно следить за тем, чтобы соотношение 1:1 сохранялось даже при сбоях оракулов или резких движениях рынка. В случае с Wormhole злоумышленнику удалось создать 120 тысяч wETH в сети Solana — эти токены не имели должного обеспечения.

Анализ существующих архитектур кроссчейн-мостов

Кроссчейн-мосты не строятся по единому шаблону — существует несколько архитектурных моделей, каждая со своими рисками и ограничениями. Одна из самых распространённых схем — комитеты валидаторов с мультиподписью. В такой модели группа кастодианов совместно подтверждает межсетевые переводы. Если злоумышленнику удаётся получить достаточное количество ключей или договориться с частью участников, он получает доступ к средствам и может их вывести. По этой схеме были построены мосты Ronin, Harmony и Multichain.

Другая модель — аттестации на основе оракулов. Здесь мосты полагаются на внешние оракульные сети, которые подписывают или подтверждают депозиты. При этом сами оракулы находятся вне прямого контроля моста. Если такая сеть будет скомпрометирована или начнёт работать с задержками, работа всего моста может быть нарушена или подвергнуться атаке. Например, в ранних версиях Wormhole использовались так называемые guardians — внешние участники, которых удалось обманом заставить подписать поддельное VAA-сообщение.

Существуют также модели с оптимистичными доказательствами. Они предполагают, что отправленные данные считаются корректными, пока кто-то не докажет обратное. Такие мосты по логике напоминают оптимистичные роллап-системы: ответственность за оспаривание транзакций перекладывается на сторонних наблюдателей. Если период для оспаривания слишком короткий или за системой никто не следит, мошенническая транзакция может пройти незамеченной. В случае Nomad Bridge это привело к тому, что фиктивные корни состояния были приняты без каких-либо возражений.

Существуют кастодиальные системы с обёрнутыми активами. В них один кастодиан удерживает активы в сети A и выпускает wrapped-токены в сети B. Такая архитектура усиливает риски централизации. Эти мосты более уязвимы к взломам холодных кошельков, манипуляциям с резервами и регуляторным изъятиям активов.

Криптографический подход: zero-knowledge-доказательства как основа

Zero-knowledge-доказательства (ZKP) предлагают перспективный способ криптографической on-chain-проверки межсетевых транзакций состояния. Рассмотрим, как выглядит кроссчейн-перевод в случае, если ZKP используются внутри моста.

В модели с ZK-SNARK отсутствуют мультиподписи и внешние оракулы для верификации. Вместо этого смарт-контракт в сети B требует криптографическое доказательство, основанное на состоянии сети A. Размер такого доказательства минимален, а сам ZK-SNARK может быть проверен в сети B без дополнительной загрузки данных.

Хотя ZK-доказательства компактны, их накопление за большое количество блоков может создавать нагрузку. Для этого применяются рекурсивные доказательства и распределённое построение proof-ов. Такой подход позволяет агрегировать множество проверок в одну.

Одним из примеров является data-parallel proving. Система DeVirgo распределяет вычисления между участниками, а затем сжимает результат с помощью классического SNARK Groth16. Параллельная обработка позволяет добиться почти линейной масштабируемости и резко снизить on-chain-затраты — примерно с 80 млн газа до около 230 тысяч газа за доказательство одного заголовка блока.

ZK-мосты закладывают децентрализацию на уровне архитектуры. Здесь не требуется доверие к комитетам: корректность обеспечивается смарт-контрактами. Поскольку никаких привилегий не существует, любой узел или ретранслятор может запускать ZK-прувер. Доказательства криптографически связывают состояние сети A с действиями в сети B, делая систему минимально зависящей от доверия.

Даже если в ходе атаки злоумышленнику удаётся сговориться с большим числом узлов или получить ключи, ему всё равно потребуется сгенерировать корректные ZK-доказательства на основе состояния сети A. Это невозможно без компрометации самого консенсуса базовой сети.

Модель безопасности моста, который невозможно взломать

Что на практике означает «мост, который никогда не взламывают»? Такая архитектура гарантирует невозможность подделки транзакций за счёт криптографической проверки состояния непосредственно on-chain. В ней отсутствуют уязвимые оракулы и приватные ключи как точки отказа.

Пока существует хотя бы один честный прувер и базовая сеть остаётся работоспособной, ZK-мост способен поддерживать полную согласованность и доступность. ZKP закрывают большинство известных векторов атак, однако особое внимание требуется уделять финальности транзакций. Для успешного взлома злоумышленнику пришлось бы скомпрометировать консенсус всей сети целиком.

Проверка консенсуса через light-client-доказательства предполагает использование on-chain-light-клиента или ZK-доказательства, воспроизводящего его логику, для верификации блоков исходной сети в целевой. Любые обновления, не относящиеся к основной цепочке, автоматически отклоняются. Когда честные узлы в разных сетях сходятся в одном и том же порядке событий, состояние сети становится согласованным.

Детерминированные привязки состояния также являются обязательным элементом безопасного дизайна. Перед выпуском токенов или разблокировкой активов в сети B система должна требовать доказательство, жёстко привязанное к конкретному хэшу блока или корню состояния сети A. Merkle-доказательства баланса пользователя позволяют точно восстановить состояние и исключить подделку сообщений.

В ZKP-архитектуре отсутствуют внешние допущения доверия. Здесь не требуется «доверенный» обновляющий участник или внешнее подтверждение по тайм-локам — корректность проверяется напрямую on-chain.

Финальность и буферы безопасности также учитываются на уровне протокола. В сетях с Proof-of-Work обычно требуется 12 и более подтверждений для защиты от глубоких реорганизаций, тогда как BFT-цепочки опираются на строгие гарантии финальности. Надёжный кроссчейн-мост параметризует эти задержки и учитывает их в процессе верификации.

В основе такой модели лежат стандартные криптографические допущения: корректность SNARK-доказательств и наличие хотя бы одного честного узла, следующего протоколу и создающего доказательства.

В результате безопасность моста сводится к безопасности самой исходной сети и используемого протокола доказательств, без дополнительных предположений. В по-настоящему «невзламываемой» архитектуре мошеннические транзакции становятся математически невозможными — для атаки пришлось бы разрушить консенсус всей блокчейн-сети целиком.

Проверка платёжеспособности и экономической безопасности

Помимо технической надёжности, кроссчейн-мосты должны быть экономически устойчивыми. Экономически жизнеспособный мост предполагает, что каждый токен, выпущенный в сети B, обеспечен реальным залогом в сети A. Для этого используются несколько ключевых практик.

Во-первых, проверка платёжеспособности обеспечения. Смарт-контракты должны позволять любому участнику убедиться, что общий объём заблокированных активов в сети A соответствует совокупному предложению wrapped-токенов в сети B. Merkle-доказательства балансов контрактов или on-chain-оракулы могут использоваться для публикации proof-of-reserves и предотвращения выпуска необеспеченных токенов.

Во-вторых, верификация модели mint-burn. Классическая схема lock/mint поддерживает соотношение 1:1 между токенами и их обёрнутыми версиями в разных сетях: выпуск в сети B происходит только после блокировки активов в сети A. Любое отклонение от этого баланса создаёт возможности для арбитража. ZK-доказательства, контролирующие события блокировки, жёстко связывают выпуск токенов с фактом реального депозита.

Отдельного внимания требует предотвращение появления необеспеченных синтетических активов. Экономические атаки — например, с использованием флеш-кредитов или за счёт опустошения комиссионных пулов — необходимо учитывать ещё на этапе проектирования. Устойчивые архитектуры предполагают более высокое начальное обеспечение или инфляционное стейкинг-обеспечение со стороны валидаторов, что снижает риски экстремальной рыночной волатильности. Идеальный мост исходит из принципа «никаких денег из воздуха». Такие проекты публикуют доказательства резервов и регулярно проходят аудит обеспечения. О том, как защитить цифровые активы и минимизировать риски потерь, мы писали тут.

Фреймворк оценки рисков

Для системной оценки профиля риска необходим формализованный подход. Простейший фреймворк включает несколько ключевых параметров. Архитектурный риск предполагает анализ того, есть ли в дизайне единые точки отказа и предусмотрены ли независимые уровни валидации. Мосты с монолитной архитектурой и одним набором валидаторов обычно относятся к категории повышенного риска.

Криптографический риск связан с используемыми примитивами. Важно понимать, опирается ли мост на хорошо изученные SNARK-схемы или на экспериментальные решения, а также требует ли система доверенной инициализации. Сложные схемы или недостаточно проверенные ZK-алгоритмы существенно увеличивают риски.

Операционный риск охватывает безопасность операторов моста, использование аппаратных модулей защиты ключей, а также процедуры обновлений и действий в чрезвычайных ситуациях. Ошибки в управлении ключами приводят к прямым потерям, а использование тестовых подписантов или работа неопытных команд повышает вероятность инцидентов.

Экономический риск оценивает достаточность обеспечения и вероятность того, что резкие рыночные шоки сделают мост недообеспеченным. Также важно учитывать, как система справляется с волатильностью токенов и предусмотрены ли у неё ликвидные пулы или страховые фонды.

Риск управления связан с механизмами апгрейдов и контроля. Здесь важно понимать, кто может приостанавливать работу моста или менять его логику и может ли небольшая группа участников вносить изменения незаметно для остальных. Каждую из этих категорий можно оценить как низкий, средний или высокий риск, после чего сформировать итоговую оценку. Надёжный кроссчейн-мост демонстрирует низкий уровень риска по всем направлениям.

Чек-лист due diligence для кроссчейн-мостов

Ниже приведён практический чек-лист, который команды должны пройти перед интеграцией кроссчейн-моста. Прежде всего необходимо оценить криптографические гарантии. Мост должен использовать on-chain-верификацию — например, light-client-доказательства или SNARK. Решения, полностью зависящие от федеративных подписантов, стоит рассматривать как потенциально уязвимые.

Отдельное внимание требуется аудиту кодовой базы и формальным методам проверки. Для смарт-контрактов обязательны сторонние аудиты. Важно изучать отчёты авторитетных компаний, в которых подробно описаны найденные проблемы и предложенные способы их устранения.

Не менее важны допущения, связанные с набором валидаторов. Следует разобраться, как именно выбираются и заменяются валидаторы, какие механизмы стейкинга и слэшинга предусмотрены за недобросовестное поведение, а также как мост формулирует и документирует требования к минимальному честному большинству.

Механизмы обновления также требуют тщательной проверки. Нужно понять, используются ли для апгрейдов мультиподписи или DAO, а также предусмотрена ли временная блокировка изменений кода для публичного обсуждения. Процесс обновлений должен быть прозрачным и включать нескольких независимых участников.

Контроль в чрезвычайных ситуациях и мониторинг — ещё один ключевой аспект. Важно проверить наличие встроенных защитных механизмов. Если что-то идёт не так, существует ли возможность on-chain-паузы работы моста или кроссчейн-«предохранитель», который останавливает новые транзакции при обнаружении аномалий? Дополнительным уровнем защиты могут служить независимые наблюдатели или оракулы, проверяющие логику переводов.

История инцидентов тоже имеет значение. Необходимо подробно изучить все прошлые инциденты безопасности и понять их причины — будь то архитектурные просчёты или ошибки в реализации. Мосты, которые открыто говорят о своих проблемах и извлекают из них уроки, вызывают больше доверия, чем проекты, полностью избегающие раскрытия информации.

План реагирования на инциденты для кроссчейн-мостов

Даже самые надёжные мосты должны быть готовы к внештатным ситуациям. Эффективный план реагирования включает несколько обязательных элементов. Подготовка до атаки предполагает наличие on-chain-механизмов экстренной остановки «на всякий случай». Например, это может быть флаг паузы в смарт-контрактах, который могут активировать управляющие участники. Контроль над таким механизмом должен быть распределён между несколькими сторонами или DAO. Также полезно регулярно проводить учения и иметь чёткий регламент действий на случай подозрения компрометации ключей.

On-chain-предохранители должны позволять быстро замораживать операции. Команда может выбрать простую остановку функции выпуска токенов или более сложный механизм «буфера переводов», при котором крупные выводы временно помещаются в очередь для ручной проверки. При этом важно минимизировать доверие, требуя согласия нескольких внешних подписантов или мультисиг-контроля.

Отдельный вопрос — заморозка кроссчейн-выводов. Если атака уже происходит, необходимо заранее понимать, какие шаги будут предприняты. Некоторые протоколы рассматривают скоординированные откаты: команда может остановить мост, отменить подозрительные транзакции в целевой сети, если это возможно, и затем вернуть активы в исходной сети. Такой процесс сложен, но при должном планировании реализуем.

Коммуникационные протоколы также играют ключевую роль. Нужно заранее определить каналы оповещения пользователей, валидаторов и партнёров, подготовить шаблоны сообщений для оперативного и прозрачного информирования и минимизировать панику в сообществе.

Стоит заранее выстроить взаимодействие с аналитическими и правоохранительными структурами, специализирующимися на блокчейне. Контакты с компаниями вроде Chainalysis и доступ к их экстренным линиям помогают отслеживать украденные средства. Кроссчейн-мосты управляют значительными объёмами активов, и сотрудничество с регуляторами и аналитиками может сыграть ключевую роль в маркировке и заморозке незаконно полученных средств.

Blueprint кроссчейн-моста, который невозможно взломать

Надёжный и ориентированный на будущее кроссчейн-мост должен включать в себя несколько ключевых компонентов. В основе такой архитектуры лежит недоверительная валидация состояния. Мост проверяет сообщения напрямую относительно консенсуса исходной сети, исключая зависимость от валидаторов, мультисиг-схем или оракулов.

На целевой сети используется ZK light-клиент. On-chain-контракт-верификатор проверяет ZK-SNARK-доказательства состояния исходной цепочки. Вместо полноценных light-клиентов применяются компактные криптографические доказательства, что делает мост эффективным и защищённым от подмены данных.

Для масштабируемости применяются рекурсивные доказательства. ZKP-мост способен сжимать множество переходов состояния в одно доказательство, увеличивая пропускную способность без роста затрат на газ. Дополнительную эффективность обеспечивает агрегация доказательств. В модели mint-burn на основе ZKP несколько переводов объединяются в один proof, что снижает накладные расходы, ускоряет обработку операций и уменьшает on-chain-нагрузку.

Важную роль играет permissionless-сеть ретрансляторов. Любой участник может отправить корректное доказательство — необходимости в доверенных сетях релееров нет. В таких системах безопасность обеспечивается экономическими стимулами, например комиссиями, а также строгой криптографической проверкой, а не доверием к комитетам.

Обнаружение мошенничества становится детерминированным. Некорректные сообщения автоматически отклоняются on-chain-логикой и распределённым построением доказательств. Для дополнительной защиты такие мосты могут интегрировать предохранители или системы оповещения о подозрительной активности.

On-chain-верификаторы работают в рамках предсказуемых затрат. Проверка доказательств в ZKP-мостах укладывается в заранее известные лимиты газа. Такие решения совместимы как с L1-, так и с L2-сетями, что упрощает масштабное внедрение и повышает интероперабельность.

Безопасные кроссчейн-мосты — следующий шаг к мультичейн-будущему

Ежемесячно через кроссчейн-мосты проходит около 6 млрд долларов. Чтобы реализовать по-настоящему интероперабельное и мультичейн-будущее, мосты должны превратиться в «невзламываемую» инфраструктуру, занимающую центральное место в криптоэкосистеме. В этом материале рассматриваются ключевые векторы атак и стандарты, которые необходимо внедрять: устойчивые экономические механизмы, строгий аудит средств, децентрализованные релееры и управление, а также архитектура с нулевым доверием.

История криптоиндустрии полна взломов и эксплойтов, но этот сценарий можно изменить. Если кроссчейн-мосты сумеют сбалансировать криптографическую строгость и децентрализацию, уровень безопасности экосистемы вырастет на порядок. Мосты будущего должны строиться на математике, а не на слепом доверии.