Vulnerabilidade de ataque de distorção temporal no protocolo Bitcoin

No dia 26 de março de 2025, um desenvolvedor de Bitcoin propôs uma nova proposta de melhoria, com o objetivo de corrigir várias vulnerabilidades e fraquezas de longa data no protocolo Bitcoin através de um soft fork. Uma das vulnerabilidades dignas de nota é conhecida como "ataque de distorção temporal", que é o tema que este artigo irá explorar em profundidade.

Mecanismo de proteção de timestamp do Bitcoin

Antes de discutir o ataque de distorção temporal, precisamos entender as regras atuais de proteção contra manipulação do tempo do Bitcoin:

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

2. Regras de tempo de bloco no futuro: o carimbo de data/hora do bloco não pode estar mais de 2 horas à frente do tempo médio dos pares de nós. Além disso, a diferença máxima permitida entre o tempo do nó e o relógio do sistema local é de 90 minutos.

Estas regras visam prevenir a manipulação excessiva dos timestamps dos blocos. No entanto, devido à necessidade de sincronização inicial da blockchain, não é possível implementar regras semelhantes às dos blocos futuros para impedir completamente o uso de timestamps passados. Os ataques de distorção temporal exploram precisamente isso, atacando através da falsificação de timestamps que remontam muito ao passado.

Erro de cálculo no protocolo

O período de ajuste de 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 primeiro e o último bloco na janela dos 2016 blocos relevantes. No entanto, existe um pequeno, mas importante, erro nesse processo de cálculo.

O cálculo correto deve ser: 60 segundos * 10 minutos * 2015 intervalos = 1,209,000 segundos. Mas o que realmente foi utilizado foi: 60 segundos * 10 minutos * 2016 = 1,209,600 segundos. Este erro de diferença leva a que o tempo alvo seja 0.05% mais longo do que deveria, resultando em um intervalo de tempo alvo real para Bitcoin de 10 minutos e 0.3 segundos.

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 da janela anterior e o último bloco da janela atual. Essa forma de cálculo cria a possibilidade de ataques de distorção temporal.

Princípio do ataque de distorção temporal

O ataque de distorção do tempo foi descoberto pela primeira vez por volta de 2011. Neste tipo de ataque, assume-se que a mineração está completamente centralizada, e o atacante pode manipular o timestamp dos blocos da seguinte maneira:

1. Para a maioria dos blocos, defina o carimbo de data/hora para avançar apenas um segundo em relação ao bloco anterior.
2. A cada seis blocos, mantém-se o mesmo carimbo de tempo, e depois acrescenta-se um segundo ao próximo bloco.
3. No último bloco de cada período de ajuste de dificuldade, defina a marca temporal para o tempo do mundo real.
4. O timestamp do primeiro bloco do novo ciclo de ajuste de dificuldade foi definido para o passado, um segundo antes do penúltimo bloco do ciclo anterior.

Esta operação faz com que o tempo da blockchain fique cada vez mais atrasado em relação ao tempo real, levando a uma diminuição constante da dificuldade, permitindo que os atacantes criem blocos a uma velocidade extremamente rápida, potencialmente gerando uma grande quantidade de Bitcoin.

Impacto e viabilidade do ataque

Teoricamente, esse ataque pode levar a consequências catastróficas. Em casos extremos, a dificuldade pode ser continuamente reduzida até que mais de 6 blocos sejam gerados por segundo. No entanto, a implementação desse ataque enfrenta vários desafios:

1. É necessário controlar a maior parte da capacidade de cálculo da rede.
2. A existência de mineradores honestos aumentará a dificuldade de ataque.
3. O processo de ataque é completamente visível, podendo desencadear uma correção de emergência.
4. As regras MTP e o carimbo de tempo dos mineradores honestos limitarão os efeitos do ataque.

Potenciais soluções

A forma de corrigir esta vulnerabilidade é relativamente simples, mas pode exigir alterações no protocolo de soft fork. Uma solução proposta atualmente é:

Exige-se que o tempo do primeiro bloco do novo ciclo de dificuldade não seja anterior a um tempo específico antes do último bloco do ciclo anterior (sugere-se 2 horas). Esta regra simples pode prevenir efetivamente ataques de distorção de tempo, ao mesmo tempo que minimiza o risco de blocos inválidos inesperados.

Esta limitação de 2 horas representa cerca de 0,6% do tempo alvo do ciclo de ajuste de dificuldade, limitando bastante a capacidade de manipular a dificuldade para baixo. Embora isso ainda permita que os atacantes manipulem a dificuldade para baixo em cerca de 0,6% a cada ciclo, isso é apenas uma alteração única, que não pode ser acumulada.

De modo geral, embora o ataque de distorção temporal represente uma ameaça séria em teoria, a sua execução prática é bastante difícil. Através de atualizações apropriadas do protocolo, essa vulnerabilidade potencial pode ser efetivamente mitigada, aumentando ainda mais a segurança e a estabilidade da rede Bitcoin.