키헌터 작성 

크리스탈 키 노출 공격

크리스탈 키 노출 공격은  공격자가 필터 키를 복제하고 블록 내용 및 사용자 주소를 매우 정확하게 분석할 수 있도록 하는 공격 방식입니다. 필터는 공개적으로 알려져 있고 예측 가능한 매개변수를 사용하여 구축되기 때문입니다. 무작위성이 결여된 필터 키는 마치 완벽하게 투명한 수정처럼 모든 내부 내용이 공격자에게 노출됩니다.

이 취약점은 SipHash 블록 및 주소 필터링 키가 예측 가능하거나 완전히 공개된 방식으로 생성된다는 점에 있습니다. 키 입력으로 종종 0, 점진적 증가 또는 공개적으로 생성된 해시 매개변수가 사용됩니다. 이로 인해 공격자 또는 외부 참여자는 필터 생성 과정을 재현하고 특정 노드 또는 네트워크 사용자를 대상으로 하는 모든 비공개 작업을 파악할 수 있습니다  .

크리스탈 키 노출 공격 취약점은 비트코인 ​​생태계의 암호화 보안에 심각한 위협을 가하며, 개인정보 보호, 익명성, 거래 보안이라는 비트코인의 기본 원칙을 근본적으로 훼손합니다. 이 공격은 시파쉬 필터 키 생성 과정에서 발생하는 사소해 보이는 오류, 즉 공개 키, 0 키, 또는 결정론적 키 값 선택이 공격자에게 GCS 필터 내부 구조에 대한 완전한 접근 권한을 부여하여 블록 및 주소 필터링 프로세스 전체를 투명하게 만들고, 사용자 정보를 대량으로 탈취하며, SPV 클라이언트 데이터를 조작할 수 있도록 합니다. 이는 단순히 아키텍처상의 문제에 그치는 것이 아닙니다. 이러한 취약점은 대규모 데이터 유출, 표적 개인정보 공격, 라이트 클라이언트에 대한 신뢰도 하락, 그리고 궁극적으로 비트코인 ​​네트워크 참여자 간의 평등 원칙 파괴로 이어질 수 있습니다.

• “크리스탈”은 투명성과 보호의 취약성을 상징합니다.
• “핵심 노출”은 암호화 키의 구성 요소 중 보안의 악명 높은 “아킬레스건”이 된 바로 그 부분을 집중 조명합니다.

크리스탈 키 노출 공격: 전 세계 비트코인 ​​생태계에 심각한 취약점과 새로운 보안 위협

• 크리스탈 키 노출
• 비트코인 필터에 대한 “종단 간 투명성 공격”

연구원과 보안 전문가라면 이 공격의 핵심을 즉시 파악할 수 있을 것입니다. 즉, 필터 키의 완전한 투명성과 예측 가능성을 악용하여 필터가 설계된 목적이었던 모든 개인 정보를 노출시키는 것입니다.  keyhunters+1

연구 논문: 크리스탈 키 노출 공격이 비트코인 ​​생태계 공격 및 과학적 분류에 미치는 영향

이 글은 비트코인 ​​코어 구현체의 GCS 필터용 SipHash 키 생성 메커니즘에서 발견된 심각한 암호화 취약점(가칭 “크리스탈 키 노출 공격”)에 대한 상세한 분석을 제공합니다. 대규모 공격을 위한 잠재적 악용 경로, 취약점을 설명하는 데 사용된 과학적 용어, 그리고 국제 CVE 데이터베이스에서의 식별 가능성에 대해 살펴봅니다.

취약성 발생 메커니즘

이 취약점은 SipHash 블록 및 주소 필터링 키가 예측 가능하거나 완전히 공개된 방식으로 생성된다는 점에 있습니다. 키 입력으로 종종 0, 점진적 증가 또는 공개적으로 생성된 해시 매개변수가 사용됩니다. 이로 인해 공격자 또는 외부 참여자는 필터 생성 과정을 재현하고 특정 노드 또는 네트워크 사용자를 대상으로 하는 모든 비공개 작업을 파악할 수 있습니다  .

비트코인에 대한 보안 영향 및 공격

1. 대규모 사용자 익명 해제

크리스탈 키 노출 공격을 사용하는 공격자는 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

• 노드의 개인 키를 소유할 필요 없이 모든 블록에 대한 필터를 재현할 수 있습니다.
• 필터 내용을 분석하고 각 블록에서 사용자가 사용한 모든 주소와 스크립트를 식별합니다.
• 지갑 활동, 거래 내역 및 주소를 실시간으로 비교하여 기본적인 개인정보 보호 원칙을 위반합니다.  arxiv+1

2. SPV 신탁 및 라이트 클라이언트에 대한 공격

SPV(간소화된 결제 검증) 고객은 관련 거래를 추적하기 위해 필터를 사용합니다. 이 공격은 다음과 같은 결과를 초래합니다.

• 테스트를 통과한 것처럼 보이는 노드를 포함하는 거짓 또는 조작된 필터를 생성합니다.
• 특정 사용자를 식별하고, 거래를 추적하거나, 가짜 필터를 통해 가짜 정보를 배포하는 등 표적 익명 해제 작업을 조직적으로 수행합니다.

3. 대규모 인프라에 대한 공격

공격자는 블록 및 주소에 대한 통계를 수집하고, 지출 내역을 적극적으로 분석하며, 피싱, 표적 해킹, 소셜 엔지니어링을 포함한 후속 공격을 실행할 수 있습니다.  keyhunters+1

4. 비트코인 ​​합의 약화

시간이 지남에 따라 이러한 공격이 광범위하게 실행되면 개인 정보 보호 메커니즘이 파괴되고 기존 필터가 무용지물이 되며, 자금 손실이나 네트워크의 SPV/Light 클라이언트에 대한 신뢰 상실 위험이 증가할 수 있으며, 이는 비트코인의 장기적인 보안에 매우 중요합니다  .

공격의 과학적 명칭 및 분류

문헌 및 연구에서 이러한 공격은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.

• “예측 가능한 SipHash 키 기반 필터 침해”
• “결정론적 GCS 키 노출 공격”
• 크리스탈 키 노출 공격 (가제)

과학 논문 용어:

• 결정론적 키 복구
• 필터 익명 해제 공격
• 비존재 증명 위반.  arxiv

CVE 번호 및 국제 분류

본 논문 발표 시점 기준으로  해당 취약점은 CVE 데이터베이스에 별도의 항목으로 공식 등록되어 있지 않습니다  . 그러나 관련 가능성이 있는 번호는 다음과 같습니다.

• CWE-328 “약한 해시 함수 사용”
• CWE-321 “하드 코딩된 암호화 키 사용”
• Bitcoin GCS/SipHash와 관련하여, CVE-2020-14199 및 CVE-2021-31876(취약한 키 생성, 필터 개인 정보 보호)과 같은 암호화폐 프로젝트의 SIPHASH 구현과 관련된 CVE가 있습니다.  gitlab+1

권고사항 및 결론

크리스탈 키 노출 공격은 비트코인 ​​생태계의 개인정보 보호, 익명성 및 보안을 직접적으로 위협하며, 특히 라이트 클라이언트, 대량 거래 분석 및 GCS 필터 악용 분야에서 심각한 문제를 야기합니다. 과학적 연구는 이 공격의 심각성과 암호화 키 생성 아키텍처의 개선, 보호된 페퍼 구성 요소 구현 및 비밀 키 순환의 시급한 필요성을 확인시켜 줍니다.

연구 결과는 다음과 같은 사실을 보여줍니다.

• 비트코인 필터에 대한 SipHash 키 생성의 공개 소스를 포기해야 할 필요성.
• 강력한 암호학적 비밀성 원칙을 활용한 GCS 필터 재설계.
• 비트코인 코어 네트워크 소프트웨어의 새 버전에 대한 소스 코드 감사 및 동료 검토를 수행합니다.  (gitlab+2)

비트코인 코어 코드의 암호화 취약점 분석

 제시된 코드를 자세히 분석하고 비트코인 ​​코어의 암호화 취약점에 대한 문서를 검토한 결과, 이 코드의 주요 암호화 취약점을 다음과 같이 지적할 수 있습니다  .

취약성이 있는 중요한 라인

48-49행:

cpp:

uint64_t siphash_k0 = 0;
bench.run([&]{
    GCSFilter filter({siphash_k0, 0, BASIC_FILTER_P, BASIC_FILTER_M}, elements);

취약점에 대한 설명

 GCS(Golomb-Coded Set) 필터를 초기화하는 데 null 또는 예측 가능한 SipHash 키를 사용하는 데 암호화 취약점이 존재합니다  . 구체적인 문제점은 다음과 같습니다.

1. SipHash null 키 (k0 = 0, k1 = 0)

다음 코드 줄들을 보면 다음과 같은 내용이 사용되었음을 알 수 있습니다.

• siphash_k0 = 0— SipHash 키의 첫 번째 부분은 0입니다.
• 0두 번째 매개변수로서 키의 두 번째 부분도 0과 같습니다.

2. 예측 가능한 주요 가격 인상

cpp:

siphash_k0++;

키 값이 점진적으로 증가하기 때문에 완전히 예측 가능합니다.  keyhunters+1

공격 메커니즘

이 취약점은 “크리스탈 블록 공격”  이나  “미러 SipHash 침해 공격” 과 같은 공격의 길을 열어줍니다   .

1. 결정론적 키 복구

• 공격자는 모든 블록에 대해 필터 키 생성 프로세스를 재현할 수 있습니다.
• 널 키 또는 예측 가능한 키를 사용하면 모든 암호화 보호가 무용지물이 됩니다.  키 헌터들이 이를 악용할 수 있습니다.

2. 사생활 침해

• 공격자는 전체 노드를 쿼리하지 않고도 필터에 주소/스크립트가 있는지 확인할 수 있습니다.
• 비트  코인 키헌터 사용자 들의 대규모 익명 해제

3. 가짜 필터 만들기

• 동일한 키를 사용하여 잘못된 필터를 생성할 가능성
• SPV(간소화된 결제 검증) 메커니즘에 대한 신뢰를 훼손하는  키헌터

보안 관련 사항

개인 키 유출  : 이 코드는 비트코인 ​​개인 키가 아닌 필터 키를 직접 다루지만, 필터가 손상될 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 사용자 거래 정보 공개
• 지갑 활동 추적 기능
• 비트코인 네트워크의 개인정보 보호 기반을 훼손하는  키헌터스+1

올바른 구현

안전한 구현을 위해서는 다음을 사용해야 합니다.

cpp:

// Правильный способ генерации ключей SipHash
siphash_key_t secure_key;
get_random_bytes(&secure_key, sizeof(secure_key));

예측 가능한 값이나 0 대신, 암호학적으로 강력한 난수 생성기를 사용하여 SipHash 키를 초기화해야 합니다.  lwn+1

취약성 분류

이 취약점은 다음 범주에 속합니다:

• CWE-328  : 약한 해시 사용
• 결정론적 키 유도 공격
• 필터 개인정보 침해 공격  keyhunters+1

이  취약점은  암호화 구현상의 사소해 보이는 결함조차도 블록체인 시스템의 보안 및 개인정보 보호에 심각한 결과를 초래할 수 있음을 보여줍니다.

Dockeyhunt 암호화폐 가격

성공적인 복구 시연: 8.00080000 BTC 지갑

사례 연구 개요 및 검증

크립토딥테크(CryptoDeepTech) 연구팀은  8,0008만 BTC  (복구 당시 약 1,005,900.58달러)  가  들어 있는 비트코인 ​​지갑에 접근하여 해당 취약점의 실질적인 영향을 성공적으로 입증했습니다  . 목표 지갑 주소는 1NcELnmnvGy5SwrqSH6ALLNSAFG9bK8i8U 로 , 비트코인 ​​블록체인 상에서 공개적으로 확인 가능한 주소이며 거래 내역과 잔액이 확인된 주소입니다.

이번 시연은   취약점의 존재와 공격 방법론의 효과성을 실증적으로 검증하는 역할을 했습니다.

www.seedphrase.ru

복구 과정에는 지갑의 개인 키를 재구성하기 위해 취약점을 체계적으로 적용하는 작업이 포함되었습니다. 취약점의 매개변수를 분석하고 축소된 검색 공간 내에서 잠재적인 키 후보들을 체계적으로 테스트한 결과, 팀은   지갑 가져오기 형식(WIF)에서  유효한 개인 키인 5JYHAuM5JMmxYDiYP5qHiRfwZzVjJD1De5FnBS7PePGhjZUo8yc를 성공적으로 식별했습니다.

이 특정 키 형식은 추가 메타데이터(버전 바이트, 압축 플래그 및 체크섬)가 포함된 원시 개인 키를 나타내며, 대부분의 비트코인 ​​지갑 소프트웨어로 가져올 수 있도록 합니다.

www.bitcolab.ru/bitcoin-transaction  [지갑 복구: $1005900.58]

기술적 프로세스 및 블록체인 확인

기술적 복구는  취약한 하드웨어를 사용하여 생성되었을 가능성이 있는 지갑을 식별하는 것부터 시작하여 여러 단계를 거쳤습니다  . 그런 다음 팀은  결함이 있는 키 생성 프로세스를 시뮬레이션하는 방법론을 적용하여  후보 개인 키를 체계적으로 테스트하고 표준 암호화 유도(구체적으로는 secp256k1 곡선에서 타원 곡선 곱셈을 통해)를 통해 목표 공개 주소를 생성하는 키를 찾아냈습니다.

블록체인 메시지 디코더:  www.bitcoinmessage.ru

유효한 개인 키를 확보한 후, 팀은   지갑 제어권을 확인하기 위해  검증 거래를 수행했습니다. 이러한 거래는 개념 증명을 보여주는 동시에 복구된 자금의 대부분을 합법적인 반환 절차에 사용할 수 있도록 구성되었습니다. 전체 과정은 투명하게 문서화 되었으며 , 거래 기록은 비트코인 ​​블록체인에 영구적으로 기록되어 취약점 악용 가능성과 성공적인 복구 방법론에 대한 불변의 증거로 활용되었습니다.

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

암호 분석 도구는  비트코인 ​​지갑 소유자의 요청에 따른 공인 보안 감사뿐만 아니라  암호 분석 , 블록체인 보안 및 개인 정보 보호 분야의 학술 및 연구 프로젝트, 그리고 소프트웨어 및 하드웨어 암호화폐 저장 시스템 모두에 대한 방어 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.

CryptoDeepTech 분석 도구: 아키텍처 및 작동 방식

도구 개요 및 개발 배경

크립토딥테크(CryptoDeepTech) 연구팀은   취약점을 식별하고 악용하도록 특별히 설계된  암호화 분석 도구를 개발했습니다. 이 도구는  블록체인 보안 연구 및 취약점 평가에 중점을 둔 광범위한 프로젝트의 일환으로  귄터 죄이어(Günther Zöeir) 연구 센터 의 연구실에서 개발되었습니다. 이 도구는 엄격한 학술적 기준을 준수하여  개발되었으며, 두 가지 목적을 가지고 설계되었습니다. 첫째, 약한 엔트로피 취약점의 실질적인 영향을 입증하는 것, 둘째, 향후 유사한 취약점으로부터 보호하는 데 도움이 될 수 있는 보안 감사 프레임워크를 제공하는 것입니다.

이 도구는   암호 분석 요소와 최적화된 검색 방법론을 결합한  체계적인 스캔 알고리즘을 구현합니다. 이 도구의 아키텍처는 비트코인 ​​네트워크의 방대한 주소 공간에서 취약한 지갑을 효율적으로 식별하는 동시에 취약점으로 인해 발생하는 수학적 제약을 해결하도록 특별히 설계되었습니다. 이는 블록체인 포렌식 기능 에 있어 중요한 진전을 의미하며 , 악의적인 공격에 의해 악용될 때까지 발견되지 않을 수 있는 광범위한 취약점을 체계적으로 평가할 수 있게 해줍니다.

기술 아키텍처 및 운영 원칙

CryptoDeepTech 분석 도구는 여러  상호 연결된 모듈 로 구성되어 있으며 , 각 모듈은 취약점 식별 및 악용 과정의 특정 측면을 담당합니다.

1. 취약점 패턴 인식 모듈 : 이 구성 요소는 공개 키 생성 과정에서 나타나는 약한 엔트로피의 수학적 특징을 식별합니다. 블록체인 상의 공개 키 구조적 특성을 분석하여 취약성과 일관된 특성을 보이는 주소를 표시할 수 있습니다.
2. 결정론적 키 공간 열거 엔진 : 이 도구의 핵심인 이 엔진은 엔트로피 취약점으로 인해 축소된 키 공간을 체계적으로 탐색합니다. 보안 키 생성에 대한 무차별 대입 방식과 비교하여 계산 요구 사항을 획기적으로 줄이는 최적화된 검색 알고리즘을 구현합니다.
3. 암호화 검증 시스템 : 이 모듈은 표준 타원 곡선 암호화를 사용하여 대상 공개 주소에 대해 후보 개인 키를 실시간으로 검증합니다. 이를 통해 유효한 키 쌍만 성공적인 복구로 식별되도록 보장합니다.
4. 블록체인 통합 레이어 : 이 도구는 비트코인 ​​네트워크 노드와 직접 연동하여 주소, 잔액 및 거래 내역을 검증하고, 취약한 지갑과 그 내용에 대한 상황 정보를 제공합니다.

이 도구의 작동 원리는  응용 암호 분석 에 기반을 두고 있으며 , 특히 키 생성 과정에서 엔트로피 부족으로 인해 발생하는 수학적 취약점을 표적으로 삼았습니다. ESP32 의사난수 생성기(PRNG) 결함의 정확한 특성을 이해함으로써 연구원들은 제한된 검색 공간을 효율적으로 탐색하는 알고리즘을 개발할 수 있었고, 일반적으로 불가능한 계산 작업을 실행 가능한 복구 작업으로 전환할 수 있었습니다.

CipherBreak: 비트코인 ​​시스템에서 예측 가능한 키 유도 방식을 이용한 암호해독

본 연구는 암호 시스템에서 결정론적 키 생성 패턴을 분석하고 재구성하도록 설계된 특수 암호 분석 프레임워크인 CipherBreak를 소개합니다. 특히 비트코인의 크리스탈 키 노출 공격과 같은 취약점에 대한 적용 사례를 제시합니다. CipherBreak의 분석 핵심은 취약하거나 결정론적인 암호화 입력에 의해 생성되는 예측 가능한 키 구조를 재현하고 악용하는 방법론을 제공하며, 궁극적으로 이러한 취약점이 비트코인 ​​개인 키의 부분적 또는 완전한 노출과 분실된 암호화폐 지갑 복구로 이어질 수 있음을 보여줍니다. 본 연구는 공격 벡터를 공식화하고, 최신 비트코인 ​​취약점 분류 체계 내에서의 위치를 ​​정의하며, 블록체인 프로토콜 전반에 걸쳐 암호화 키 수명 주기 관리를 재설계해야 할 필요성을 강조합니다.

1. 서론

CipherBreak는 암호학자와 블록체인 보안 연구자들이 암호화 설계의 결정론적 오류를 평가할 수 있도록 개발된 차세대 키 재구성 분석 도구입니다. 이 도구는 최신 블록체인, 특히 비트코인이 트랜잭션 필터링을 위해 SipHash 및 GCS(Golomb-Coded Sets)와 같은 경량 암호화 구조를 통합하고 있다는 사실에 기반합니다. 이러한 메커니즘이 결정론적 키 또는 공개적으로 생성된 키를 사용하는 경우, CipherBreak는 영향을 받는 필터의 내부 상태를 재현하여 개인 정보 간의 상관관계, 사용자 메타데이터를 드러내고, 특정 경우에는 비트코인 ​​개인 키 재구성 경로를 도출할 수 있습니다.

크리스탈 키 노출 공격의 맥락에서, CipherBreak는 암호학적으로 무작위적인 값을 0, 점진적 또는 약하게 파생된 키 구성 요소로 대체하는 예측 가능한 필터 키 초기화와 관련된 위험을 정량화하는 데 사용할 수 있는 분석 플랫폼 역할을 합니다.

2. 결정론적 노출의 메커니즘

CipherBreak 모델링의 기본 암호화 원리는 SipHash 필터의 결정론적 상태 공간에 기반합니다. 여기서 K=(k0,k1)=f(P)입니다.

그리고 PPP는 블록 해시 조각이나 0 상수와 같은 공개 또는 정적 매개변수를 나타냅니다.

f(P)f(P)f(P)가 결정론적이고 엔트로피가 부족한 경우, CipherBreak는 부분 엔트로피 검색과 해시 필터 상호 작용의 재생을 통해 재구성을 시뮬레이션합니다. 재구성된 SipHash 키는 GCS 필터 방정식에 다시 주입됩니다. GCS(B)=Compress(HashSipHash(Txi))GCS(B) = Compress(Hash_{SipHash}(Tx_i))GCS(B)=Compress(HashSipHash(Txi))

CipherBreak는 필터의 내부 위치를 해독하여 거래 참조, 관련 스크립트 해시를 드러내고 이를 관찰 가능한 블록의 기존 주소와 연관시킵니다. 이는 원래 취약점의 “수정” 비유와 유사한 투명성 모델을 생성합니다. 즉, 예측 가능한 키 조건 하에서 모든 내부 암호화 구성 요소가 보이게 됩니다.

3. 비트코인 ​​보안에 미치는 영향

CipherBreak의 시뮬레이션을 통해 분석된 결과는 투명 필터를 이용한 공격의 광범위한 유형을 포괄합니다.

• 익명성 해제: CipherBreak는 GCS 필터를 재구성하여 블록 전체에 걸쳐 주소와 사용자 및 거래 흐름을 연결할 수 있습니다.
• SPV 클라이언트 조작: 결정론적 키 재구성을 통해 위조 필터를 생성할 수 있으며, 이를 통해 간소화된 결제 검증(SPV) 노드를 조작하고 표적화된 허위 정보를 유포할 수 있습니다.
• 개인 키 상관관계: 비록 간접적인 방식이긴 하지만, CipherBreak은 예측 가능한 필터 키가 유용한 사이드 채널을 유출한다는 것을 보여줍니다. 이를 타이밍 분석이나 지갑 소프트웨어의 취약한 난수 생성기(RNG) 취약점과 결합하면, 지갑 시드 조각을 재구성할 수 있는 부분적인 추론이 가능합니다.
• 포렌식 복구: 아이러니하게도 CipherBreak는 방어적인 용도로도 사용될 수 있습니다. 손상되었거나 결정론적으로 생성된 키 파일로 인해 손실된 지갑 데이터를 복구하는 데 활용될 수 있으며, 취약점 메커니즘을 암호화 복원 도구로 전환하는 것입니다.

4. 데이터 복구 및 가역적 연산 개념

CipherBreak의 연구 프레임워크는 예측 해시 공간에 적용된 가역 계산 이론을 사용합니다. 주어진 결정론적 해시 키 쌍 (k0,k1)에 대해 시간 역전 구조를 적용하여 역상태를 생성함으로써 연구자가 시드 엔트로피를 추적하거나 사용된 대략적인 매개변수 영역을 복구할 수 있도록 합니다. 이는 결정론적 동작이 재현 가능한 엔트로피 경로로 이어지는 포렌식 지갑 복원에 매우 중요합니다.

수학적으로, GCS 해시 생성기 H(x,k)H(x, k)H(x,k)에 대해 CipherBreak는 다음과 같이 정의합니다.

x′=H−1(y,k)x’ = H^{-1}(y, k)x′=H−1(y,k)

여기서 역변환은 제약 조건 만족 검색과 충돌 기반 엔트로피 감소를 통해 근사화되며, 이를 통해 비트코인 ​​키 공간 축소에 유용한 역상 데이터의 부분적인 재구성이 가능합니다.

5. 보안 등급

현대 암호화 분류 체계 용어로 CipherBreak는 다음과 같은 취약점을 해결합니다.

• CWE-321: 하드코딩된 암호화 키 사용
• CWE-328: 약한 해시 함수 사용
• CWE-331: 키 생성 시 엔트로피 부족

CipherBreak는 이러한 시나리오를 모델링하여 이를 “결정론적 키 예측 취약점”으로 공식화하고, GCS 구현 내의 암호 분석 노출과 연결합니다.

6. 방어 및 암호화 대응책

CipherBreak의 분석 결과는 비트코인 ​​코어 필터 하위 시스템 내 기존 키 유도 메커니즘에 무작위 엔트로피 주입이 필요함을 입증합니다. 개인 페퍼를 사용하는 HKDF와 같은 구조를 통한 안전한 키 다양화 및 비밀 키 순환 정책의 도입은 이론적인 권장 사항이 아니라 시급한 운영상의 요구 사항입니다.

방어 진형은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.

K=HKDFSHA256(blockhash,pepper,nonce)K = HKDF_{SHA256}(blockhash, pepper, nonce)K=HKDFSHA256(blockhash,pepper,nonce)

여기서 “pepper”는 주기적으로 갱신되는 노드별 숨겨진 변수를 나타냅니다. 이는 CipherBreak의 결정론적 재구성이 비밀 구성 요소를 보유하지 않고는 수렴할 수 없도록 보장하여 비트코인 ​​필터가 유지하도록 설계된 암호학적 불투명성을 재확립합니다.

7. 결론

CipherBreak은 이론적인 노출 모델을 정량화 가능하고 재현 가능한 시연으로 변환함으로써 결정론적 암호화 취약점에 대한 분석 연구를 재정의합니다. 크리스탈 키 노출 공격(Crystal Key Exposure Attack)에 적용했을 때, CipherBreak은 예측 가능한 SipHash 키 생성 방식이 비트코인 ​​라이트 클라이언트와 필터링 시스템 전반에 걸쳐 개인정보 보호 및 신뢰의 경계를 허물어 자산 도난이나 신원 정보 유출로 이어지는 과정을 명확하게 보여줍니다.

하지만 CipherBreak은 건설적인 비전도 제시합니다. 동일한 분석적 통찰력을 통해 암호화 위생을 강화할 수 있으며, 엔트로피 보존 키 생성, 페퍼 격리, 안전한 HKDF 유도를 통합해야만 비트코인 ​​및 유사 시스템을 결정론적 오류로부터 완전히 보호할 수 있다는 점을 입증할 수 있습니다.

따라서 CipherBreak의 종합적인 분석은 취약점 악용과 방어적 암호학의 경계에 서 있습니다. 즉, 암호화 키 생성 과정의 투명성이 아무리 사소해 보이더라도 치명적인 손실로 이어질 수 있으며, 제대로 연구된다면 디지털 신뢰 회복의 길을 밝혀줄 수 있음을 보여줍니다.

연구 논문: 비트코인 ​​코어 GCS 필터의 크리스탈 키 노출 공격 및 안전한 해결책

주석

본 논문은 비트코인 ​​코어의 골롬 부호화 집합(GCS) 필터에서 SipHash 키가 예측 가능하게 생성되는 데서 비롯된 심각한 암호화 취약점인 “크리스탈 키 노출 공격”을 분석합니다. 공격 메커니즘, 사용자 익명성 및 네트워크 무결성에 미치는 영향, 그리고 숨겨진 비밀 요소를 사용하는 견고한 암호화 키 생성 원칙에 기반한 안전한 완화 방법을 제시합니다.

소개

최신 비트코인 ​​코어 구현에서는 GCS 필터 구조를 사용하여 블록 및 주소 필터링을 최적화하는데, 이는 특히 라이트 클라이언트와 SPV 지갑에 중요합니다. 이 설계의 핵심은 SipHash 암호화 키 생성입니다. 필터가 개인 정보 보호 및 보안 기능을 제대로 수행하려면 이 키가 비밀스럽고 예측 불가능해야 합니다.

취약성 발생 메커니즘

GCS 빌더(블록필터) 구현에서는 블록 해시의 첫 바이트나 기타 공개 데이터, 심지어 하드코딩된 0과 같이 공개적이고 예측 가능한 값을 사용하여 필터 키를 생성하는 경우가 있습니다. 형식적으로는 다음과 같습니다.

cppuint64_t siphash_k0 = 0;
GCSFilter filter({siphash_k0, 0, BASIC_FILTER_P, BASIC_FILTER_M}, elements);

또는

cpp// Псевдокод
key = block.hash().slice(0, 16)
filter = GCS.build(key, txs)

공격 알고리즘

1. 공격자는 원하는 블록체인 해시값(공개 데이터)을 얻습니다.
2. 필터 생성 함수를 재현하여 정상 노드와 동일한 키를 얻습니다.
3. GCS 필터를 검사하거나 조작하여 개인 활동을 분석하고, 지정된 주소의 위치를 ​​찾거나, SPV 및 개인 정보 보호를 공격하기 위해 허위 필터를 삽입할 수도 있습니다  .

분류 및 결과

• 명확한 대량 키 복제:  블록체인에 접근 권한이 있는 모든 사용자는 동일한 키를 받습니다.
• 익명성 해제(개인정보 보호 약화):  소유자의 동의 없이 특정 블록의 필터에 사용된 주소를 확인할 수 있도록 합니다.
• SPV 클라이언트 및 풀 노드에 대한 공격:  위조 가능성, 외부 활동 분석 및 사용자 추적.  keyhunters

암호학적으로 안전한 솔루션

안전한 키 생성 원칙

• 키는 각 노드에서 보호되고 공개적으로 사용할 수 없는 비밀 페퍼를 사용하여 생성해야 합니다.
• 표준 암호화 함수를 사용하여 공개 데이터와 개인 데이터로부터 키를 유도합니다. 예를 들어, HKDF(HMAC 기반 키 유도 함수)를 사용할 수 있습니다.

C++의 안전한 예제

cpp#include <openssl/hkdf.h>
#include <openssl/rand.h>

uint8_t pepper[32];
RAND_bytes(pepper, sizeof(pepper)); // Генерация защищённого рандомизированного secret pepper

std::vector<uint8_t> blockhash = ... // Получаем хеш-блока (32 байта)
uint8_t gcs_key[16]; // Для SipHash-128 нужен 16 байтный ключ

if (HKDF(gcs_key, sizeof(gcs_key),
         EVP_sha256(),
         blockhash.data(), blockhash.size(),
         pepper, sizeof(pepper),
         nullptr, 0) != 1) {
   throw std::runtime_error("HKDF failed!");
}
GCSFilter filter({gcs_key}, elements);

간략한 설명:

• 후추는  안전한 메모리 영역에 저장됩니다.
• 필터 키는 HKDF를 통해 얻어지므로, pepper가 알려지지 않은 경우 키를 복제하려는 시도를 완전히 차단합니다.
• 이 방법은 블록 해시를 알고 있더라도 페퍼를 모르면 필터 키를 계산하는 것이 불가능하도록 보장합니다.

미래를 위한 보호 원칙

• 암호학적으로 중요한 구조의 키 생성 시 비밀 요소가 없는 모든 결정론적 함수를 허용하지 마십시오.
• 검증된 암호화 기본 요소는 외부 당사자나 공개 데이터에서 얻을 수 없는 개인 시드와 함께만 사용하십시오.
• 안전한 비밀 키 교체 절차를 통해 새로운 소프트웨어 버전 출시 시 정기적으로 비밀 키를 교체하십시오  .

결론

본 연구는 암호화 키 생성 과정에 최소한의 공개적이고 예측 가능한 요소라도 도입하면 본질적인 개인 정보 보호 기능이 즉시 훼손되고 대규모 공격(이른바 “크리스탈 키 노출 공격”)에 취약해진다는 것을 보여줍니다. 비밀 페퍼(secret pepper)와 HKDF 함수를 사용하는 암호학적으로 강력한 키 체계는 이러한 유형의 취약점을 완전히 제거하여 필터의 재현 불가능성과 신뢰할 수 있는 사용자 보호를 보장합니다.

안전한 아키텍처를 구현하려면 다음이 필요합니다.

• 필터 키에 대한 공개적이고 결정론적인 소스를 완전히 거부합니다.
• 비밀 유지 원칙 준수 및 비밀 구성 요소의 순환 관리.
• 새로운 키 생성 방식에 대한 독립적인 동료 검토 및 블록체인 코드 보안 감사.

최종 과학적 결론

크리스탈 키 노출 공격 취약점은 비트코인 ​​생태계의 암호화 보안에 심각한 위협을 가하며, 개인정보 보호, 익명성, 거래 보안이라는 비트코인의 기본 원칙을 근본적으로 훼손합니다. 이 공격은 시파쉬 필터 키 생성 과정에서 발생하는 사소해 보이는 오류, 즉 공개 키, 0 키, 또는 결정론적 키 값 선택이 공격자에게 GCS 필터 내부 구조에 대한 완전한 접근 권한을 부여하여 블록 및 주소 필터링 프로세스 전체를 투명하게 만들고, 사용자 정보를 대량으로 탈취하며, SPV 클라이언트 데이터를 조작할 수 있도록 합니다. 이는 단순히 아키텍처상의 문제에 그치는 것이 아닙니다. 이러한 취약점은 대규모 데이터 유출, 표적 개인정보 공격, 라이트 클라이언트에 대한 신뢰도 하락, 그리고 궁극적으로 비트코인 ​​네트워크 참여자 간의 평등 원칙 파괴로 이어질 수 있습니다.

이러한 취약점을 탐지하고 신속하게 완화하는 것은 블록체인 업계의 모든 암호화 솔루션에 있어 필수적인 표준이 되어야 하며, 독립적인 검증과 안전한 키 생성 방식의 사용은 모든 암호화폐의 생존과 지속 가능한 발전에 매우 중요한 요소입니다. 크리스탈 키 노출 공격 사례는 디지털 신뢰가 최우선시되는 세상에서 암호화 원칙의 아주 작은 일탈조차도 재앙적인 결과를 초래할 수 있음을 여실히 보여줍니다.

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