51 % Angriff

Was ist ein 51% Angriff?

Ein 51%-Angriff oder Mehrheitsangriff ist ein Sicherheitsrisiko für Blockchain-Netzwerke. Diese Art von Angriff findet statt, wenn ein einzelnes Unternehmen oder eine kollaborative Gruppe von Minern mehr als 50 % der Mining-Leistung des Netzwerks, auch bekannt als Hash-Rate, kontrolliert. Indem sie die Mehrheit der Rechenleistung erlangen, können diese Angreifer die Blockchain zu ihrem Vorteil manipulieren.

Die Hauptgefahr eines 51%-Angriffs liegt in der Fähigkeit der Angreifer, den Transaktionsverlauf der Blockchain zu verändern. Sie können verhindern, dass neue Transaktionen bestätigt werden, so dass sie Zahlungen stoppen oder sogar Transaktionen rückgängig machen können, die bereits vom Netz bestätigt wurden. Dies kann es den Angreifern ermöglichen, Coins doppelt auszugeben, d. h. dieselben digitalen Währungen mehrfach in betrügerischer Absicht zu verwenden.

Die Kontrolle über mehr als die Hälfte der Hash-Rate des Netzwerks gibt Angreifern auch die Macht, Blöcke anderer Miner auszuschließen, was dazu führt, dass ihre Blöcke die einzigen sind, die validiert und der Blockchain hinzugefügt werden. Dies kann zu einem Monopol über das Schürfen neuer Blöcke und das Sammeln der damit verbundenen Belohnungen führen, wodurch die Macht weiter zentralisiert wird, die eigentlich über das gesamte Netzwerk verteilt sein sollte.

Wie funktioniert ein 51%-Angriff?

Anhäufung von Hash-Power: Der erste Schritt eines 51%-Angriffs besteht darin, dass der Angreifer oder eine Gruppe von geheimen Angreifern mehr als die Hälfte der gesamten Hash-Rate des Netzwerks anhäuft. Dies kann durch den Kauf einer beträchtlichen Menge an Mining-Ausrüstung, die Aneignung der Ressourcen anderer Miner oder die Anmietung von Hash-Power bei Cloud-Mining-Diensten erreicht werden.

Forking der Blockchain: Mit dem Großteil der Hash-Rate kann der Angreifer nun im Geheimen seine eigene Version der Blockchain schürfen. Diese Version weicht von der Version ab, die von ehrlichen Minern verfolgt wird, die weiterhin Transaktionen auf der Grundlage der zuvor vereinbarten Blockchain validieren.

Schaffung einer längeren Blockchain: Da der Angreifer mehr als die Hälfte der Mining-Leistung kontrolliert, kann er seiner Version der Blockchain schneller Blöcke hinzufügen, als der Rest des Netzwerks der offiziellen Version hinzufügen kann. Bei Blockchain-Protokollen gilt die längste Chain als die legitime, da sie den Großteil der vom Netzwerk geleisteten Arbeit darstellt.

Überschreiben der Hauptblockchain: Sobald die heimlich geminte Blockchain des Angreifers länger als die aktuelle Blockchain des Netzwerks ist, gibt er sie für das Netzwerk frei. Andere Knoten im Netz, die so programmiert sind, dass sie die längste Kette als korrekt betrachten, werden diese Chain automatisch akzeptieren. Die private Blockchain des Angreifers wird zum neuen offiziellen Protokoll.

Doppelausgaben und Transaktionsumkehrung: Während der Zeit, in der sie ihre geheime Chain minen, können Angreifer Transaktionen in der offiziellen Blockchain durchführen (z. B. Kryptowährung an eine andere Partei senden). Sobald ihre längere Blockchain akzeptiert wird, können diese Transaktionen gelöscht werden, so dass sie die Kryptowährung wieder ausgeben können. Dies wird als Doppelverausgabung bezeichnet. Außerdem kann der Angreifer Transaktionen in seine Chain aufnehmen, die die Transaktionen anderer Nutzer blockieren oder rückgängig machen.

Beibehaltung der Kontrolle: Solange der Angreifer die Kontrolle über den Großteil der Hash-Rate behalten kann, kann er weiterhin beeinflussen, welche Blöcke der Blockchain hinzugefügt werden, was zu wiederholten Störungen und Betrug führen kann.

Geschichte eines 51%-Angriffs

Das Konzept des 51%-Angriffs ist seit der Gründung von Bitcoin im Jahr 2009 bekannt, da es in dem von Satoshi Nakamoto verfassten Bitcoin-Whitepaper diskutiert wurde. Ursprünglich wurde dies als theoretisches Risiko betrachtet, da Bitcoin dezentralisiert ist und die ersten Nutzer auf Zusammenarbeit setzten. Im Laufe der Zeit, als mehr Kryptowährungen aufkamen und die Blockchain-Technologie sich diversifizierte, wurde das Risiko eines 51%igen Angriffs deutlicher, insbesondere in kleineren, weniger sicheren Netzwerken. Die ersten realen Fälle solcher Angriffe tauchten bei verschiedenen Altcoins auf, kleineren Gegenstücken zu Bitcoin, und zeigten Schwachstellen auf, bei denen die erforderliche Rechenleistung zur Kontrolle des Netzwerks viel geringer war.

Bei Coins wie Ethereum Classic und Bitcoin Gold gab es beispielsweise erfolgreiche 51 %-Angriffe, bei denen Angreifer große Mengen an Kryptowährung doppelt ausgeben konnten. Diese Vorfälle haben nicht nur die praktische Möglichkeit solcher Angriffe aufgezeigt, sondern auch zu einer stärkeren Sensibilisierung und der Einführung neuer Sicherheitsmaßnahmen in Blockchain-Netzwerken geführt, um dieses Risiko zu mindern.

Beispiele für einen 51%-Angriff

Ethereum Classic (ETC)

● Januar 2019: Ethereum Classic, eine der ersten großen Kryptowährungen, die von einem 51%igen Angriff betroffen war, erlebte diese Sicherheitslücke, als ein Angreifer die Kontrolle über mehr als 50% der Hash-Power des Netzwerks erlangte. Sie reorganisierten die Blockchain und gaben ETC im Wert von etwa 1,1 Millionen Dollar doppelt aus. Der Angriff beinhaltete eine tiefgreifende Umstrukturierung der Chain, wodurch der Transaktionsverlauf verändert wurde.

● August 2020: Ein ähnlicher Angriff ereignete sich erneut auf Ethereum Classic, was zur Reorganisation von über 7.000 Blöcken und zu Doppelspenden im Wert von 5,6 Millionen Dollar führte. Die wiederholten Angriffe lösten ernsthafte Bedenken hinsichtlich der Sicherheit kleinerer PoW-Blockchains aus und veranlassten die Ethereum-Classic-Community, über mehr Sicherheitsmaßnahmen nachzudenken.

Bitcoin Gold (BTG)

● Mai 2018: Bitcoin Gold, eine Abspaltung von Bitcoin, wurde von einem 51%-Angriff getroffen, bei dem es Angreifern gelang, die Mehrheitskontrolle über die Hash-Power des Netzwerks zu erlangen. Sie nutzten diese Kontrolle, um eine tiefgreifende Blockchain-Umstrukturierung durchzuführen, die Transaktionen rückgängig machte. Die Angreifer haben Bitcoin Gold im Wert von etwa 18 Millionen Dollar doppelt ausgegeben und dabei die Schwachstelle ausgenutzt, die durch die im Vergleich zu Bitcoin niedrigere Gesamt-Hash-Rate des Netzwerks entsteht.

● Januar 2020: Bitcoin Gold wurde zu 51 % erneut angegriffen, wobei dieselben Schwachstellen ausgenutzt wurden wie bei dem Angriff von 2018. Dieses Mal hat der Angreifer BTG im Wert von 70.000 Dollar doppelt ausgegeben, was die Glaubwürdigkeit des Netzwerks weiter beeinträchtigt und die anhaltenden Risiken für Blockchains verdeutlicht, die sich auf eine begrenzte Hash-Leistung verlassen.

Vertcoin (VTC)

● Dezember 2018: Bei Vertcoin gab es eine Reihe von Angriffen, bei denen die Transaktionshistorie der Blockchain verändert wurde. Der Angreifer hatte es auf Vertcoin abgesehen, weil dessen Algorithmus ASIC-resistent ist, was ihn ironischerweise anfälliger für Miet-Hash-Power-Angriffe macht. Der Angreifer hat VTC im Wert von etwa 100.000 Dollar doppelt ausgegeben, was zu einer erheblichen Überarbeitung der Mining-Algorithmen des Netzwerks führte.

Ist ein 51%-Angriff auf Bitcoin möglich?

Ein 51%iger Angriff auf Bitcoin ist zwar theoretisch möglich, aber aufgrund des Umfangs und der dezentralen Natur des Netzwerks extrem unwahrscheinlich. Ein 51%-Angriff liegt vor, wenn eine einzelne Einheit oder Gruppe die Kontrolle über die Mehrheit der Mining-Leistung in einem Blockchain-Netzwerk erlangt. Diese Kontrolle würde es ihnen ermöglichen, Transaktionen zu manipulieren, Transaktionen rückgängig zu machen, um Münzen doppelt auszugeben, und möglicherweise die Verarbeitung neuer Transaktionen zu stoppen. Um dieses Maß an Kontrolle über Bitcoin zu erreichen, wäre jedoch ein immenser Aufwand an Rechenleistung und Koordination erforderlich, was den Erwerb und den Betrieb einer großen Anzahl von Spezialcomputern für das Bitcoin-Mining voraussetzt. Die damit verbundenen Kosten und logistischen Herausforderungen machen es nahezu unpraktisch.

Darüber hinaus ist das Bitcoin-Netzwerk eines der größten und am stärksten verteilten Netzwerke auf der ganzen Welt, an dem Tausende von Minern und Mining-Pools aus verschiedenen Ländern beteiligt sind. Diese weit verbreitete Verteilung von Minern und die enorme Menge an Hashing-Power, die gemeinsam im Netzwerk arbeiten, dienen als Verteidigung gegen einen 51%-Angriff. Darüber hinaus ist die Bitcoin-Community sehr aktiv und wachsam und wird wahrscheinlich schnell jede ungewöhnliche Anhäufung von Macht oder eine potenzielle Bedrohung bemerken und somit präventive Maßnahmen ergreifen, um einen solchen Angriff zu verhindern. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Angriffs auf Bitcoin mit 51 % sehr gering, was Bitcoin zu einem der sichersten Kryptowährungsnetzwerke macht, die es derzeit gibt.

Wie verhindert man einen 51%-Angriff?

Um einen 51%igen Angriff auf eine Blockchain zu verhindern, bedarf es einer Mischung aus technischen Strategien und der Beteiligung der Gemeinschaft, um sicherzustellen, dass keine einzelne Person oder Gruppe zu viel Kontrolle erlangen kann. Erstens ist es wichtig, die Mining-Leistung auf viele Teilnehmer zu verteilen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Miner ermutigt werden, sich kleineren Pools anzuschließen, anstatt sich in großen Pools zu bündeln, wodurch verhindert wird, dass ein einzelner Pool das Netzwerk dominiert. Darüber hinaus kann die Verteilung der Bergbaubetriebe auf verschiedene geografische Standorte das Risiko regionaler Störungen verringern, die einen zu großen Teil des Netzes beeinträchtigen.

Eine weitere wirksame Strategie besteht darin, die der Blockchain zugrunde liegende Technologie zu aktualisieren. So kann beispielsweise die Umstellung von einem Proof-of-Work-System (PoW), bei dem die Mining-Leistung die Kontrolle bestimmt, auf ein Proof-of-Stake-System (PoS) das Risiko eines 51%igen Angriffs erheblich verringern. Bei PoS hängt die Fähigkeit einer Person, Transaktionen zu validieren und neue Blöcke zu erstellen, davon ab, wie viele Münzen sie besitzt und bereit ist, als eine Form der Sicherheit „zu staken“. Diese Methode reduziert die Abhängigkeit von der Rechenleistung als Hauptressource für die Beeinflussung der Blockchain.

Zusätzlich zu diesen technischen Maßnahmen ist es für die Blockchain-Community wichtig, wachsam zu bleiben. Die Implementierung von Systemen, die das Netzwerk auf ungewöhnliche Aktivitäten überwachen, kann dazu beitragen, potenzielle Bedrohungen frühzeitig zu erkennen. Schnellreaktionsprotokolle, bei denen Regeln oder Einstellungen als Reaktion auf verdächtige Veränderungen der Mining-Leistung schnell angepasst werden können, spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle. Zusammen bilden diese Strategien einen Schutz, der die Ausführung eines 51%igen Angriffs sehr schwierig macht und dazu beiträgt, das Netzwerk sicher und vertrauenswürdig zu halten.