Vulnerabilidade de ataque de distorção temporal no protocolo Bitcoin e suas soluções de correção

Em 26 de março de 2025, os desenvolvedores do Bitcoin propuseram uma proposta de soft fork chamada "Grande Limpeza de Consenso", destinada a corrigir várias vulnerabilidades e fraquezas que existem há muito tempo no protocolo Bitcoin. Uma das vulnerabilidades importantes é chamada de "Ataque de Distorção Temporal", e este artigo se concentrará nesse problema.

Mecanismo de proteção de timestamp do bloco do Bitcoin

Antes de discutir os ataques de distorção do tempo, precisamos entender as regras de proteção contra manipulação do tempo no protocolo Bitcoin atual:

1. Tempo médio passado (MPT) regra: o carimbo de tempo do bloco deve ser posterior ao tempo médio dos 11 blocos anteriores.

2. Regras futuras de tempo de bloco: o carimbo de data/hora do bloco não pode estar adiantado mais de 2 horas em relação ao tempo mediano dos pares do nó. Além disso, é permitida uma diferença máxima de 90 minutos entre o tempo fornecido pelo nó e o relógio do sistema local.

Estas regras têm como objetivo prevenir que os timestamps dos blocos se desviem demasiado do tempo real, mas não conseguem impedir completamente a ocorrência de ataques de distorção temporal.

Vulnerabilidades no algoritmo de ajuste de dificuldade

O período de ajuste da dificuldade do Bitcoin inclui 2016 blocos, o que equivale teoricamente a cerca de duas semanas. Ao calcular o ajuste da dificuldade de mineração, o protocolo calcula a diferença de timestamp entre o bloco inicial e o bloco final em duas janelas consecutivas de 2016 blocos. No entanto, devido a um pequeno erro de cálculo, o tempo alvo usado na prática é 600 segundos superior ao ideal. Isso resulta em um tempo alvo real de criação de blocos do Bitcoin de 10 minutos e 0,3 segundos, em vez dos esperados 10 minutos.

Embora esse erro de 0,3 segundos pareça insignificante, ele está associado a outro problema mais sério. O cálculo da dificuldade é baseado no primeiro e no último bloco dentro de cada janela de 2016 blocos, e não na diferença entre o último bloco de duas janelas adjacentes. Essa forma de cálculo cria a possibilidade de um ataque de distorção temporal.

Princípio do ataque de distorção temporal

O ataque de distorção do tempo explora essa vulnerabilidade no cálculo de dificuldade. O atacante manipula o carimbo de data/hora do bloco, fazendo com que a velocidade com que a blockchain avança no tempo seja muito inferior à velocidade real do tempo que passa. Especificamente:

1. A maioria dos carimbos de tempo dos blocos aumenta apenas 1 segundo em relação ao bloco anterior.
2. A cada seis blocos, o carimbo de data/hora é aumentado em 1 segundo, para cumprir as regras do MPT.
3. No último bloco de cada ciclo de ajuste de dificuldade, usar o tempo do mundo real como carimbo temporal.
4. O timestamp do primeiro bloco do novo ciclo de ajuste de dificuldade é definido como 1 segundo antes do penúltimo bloco do ciclo anterior.

Esta operação faz com que o tempo da blockchain fique gradualmente atrasado em relação ao tempo real, levando à redução contínua da dificuldade, permitindo que os atacantes criem blocos a uma velocidade extremamente rápida e obtenham uma grande quantidade de Bitcoin.

Viabilidade e Limitações do Ataque

Embora os ataques de distorção temporal possam ter consequências graves em teoria, a sua implementação enfrenta vários desafios:

1. É necessário controlar a maior parte da potência de cálculo.
2. A presença de mineradores honestos aumentará a dificuldade de ataque.
3. As regras MTP e o carimbo de data/hora dos mineradores honestos limitarão o grau de retrocesso dos carimbos de data/hora maliciosos.
4. O processo de ataque pode ser observado publicamente, podendo desencadear uma correção de emergência.

Solução

Para corrigir a vulnerabilidade de ataque de distorção temporal, foram propostas as seguintes soluções:

1. Modificar o algoritmo de ajuste de dificuldade, utilizando a diferença de tempo entre o último bloco da janela de dois blocos adjacentes de 2016 para o cálculo.
2. Cancelar a regra MTP, exigindo que o timestamp de cada bloco seja maior que o bloco anterior.
3. Definir o limite de timestamp mínimo do primeiro bloco do novo ciclo de dificuldade.

A terceira solução é considerada a mais simples e eficaz. A proposta atual sugere que este limite de tempo seja definido em 2 horas, ou seja, o timestamp do primeiro bloco do novo ciclo de dificuldade não pode ser anterior ao bloco final do ciclo anterior por mais de 2 horas. Esta limitação pode efetivamente prevenir ataques de distorção de tempo, ao mesmo tempo que tem um impacto relativamente pequeno na mineração normal.

Ao implementar essas medidas de correção, a rede Bitcoin será capaz de resistir melhor a ataques de distorção temporal, aumentando a segurança e a estabilidade geral.