Blockchain-Brücken: Verschiedene Ketten verbinden

Einführung

Stellen Sie sich eine Welt vor, in der verschiedene Blockchains nicht miteinander kommunizieren oder interagieren können. Dies würde das Potenzial von Dezentralisierten Finanzen (DeFi) erheblich einschränken und das Wachstum des Krypto-Ökosystems behindern. Zum Glück fungieren Blockchain-Brücken als digitale Tore und ermöglichen nahtlose Asset-Transfers zwischen verschiedenen Netzwerken. Obwohl Krypto-Brücken immense Bequemlichkeit bieten, bringen sie auch erhebliche Risiken mit sich. Eine Reihe von hochkarätigen Hacks hat die Schwachstellen dieser digitalen Infrastrukturen aufgezeigt und die Notwendigkeit robuster Sicherheitsmaßnahmen betont.

Was ist eine Blockchain-Brücke?

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, einen Fluss ohne Brücke zu überqueren; es wäre nahezu unmöglich. Im Bereich der Kryptowährungen übernehmen Blockchain-Brücken, oder wie sie oft genannt werden, Cross-Chain-Brücken, eine ähnliche Rolle. Diese digitalen Tore verbinden verschiedene Blockchain-Netzwerke und ermöglichen es den Nutzern, Kryptowährungen problemlos zwischen ihnen zu übertragen. Doch obwohl Krypto-Brücken eine große Bequemlichkeit bieten, gehen sie auch mit erheblichen Risiken einher. Eine Reihe von hochkarätigen Hacks hat die Schwachstellen dieser digitalen Infrastrukturen aufgedeckt. Laut einer Untersuchung von Beosin machten Brücken-Hacks 2023 satte 7 % aller Krypto-Diebstähle aus. Bis 2024 haben diese Angriffe zu Verlusten von über 2,8 Milliarden US-Dollar geführt, was fast 40 % des gesamten gestohlenen Werts in Web3 darstellt, wie von DefiLlama berichtet. Während Cross-Chain-Brücken für die Förderung von Innovationen in Web3 von entscheidender Bedeutung sind, bieten sie auch Möglichkeiten für böswillige Akteure, sie auszunutzen. Daher ist es entscheidend, Lösungen mit einer starken Sicherheitsbilanz zu wählen. Schließlich möchten Sie Ihre hart erarbeiteten digitalen Vermögenswerte nicht durch den Zusammenbruch einer Brücke verlieren, oder?

Wie funktionieren Blockchain-Brücken?

Was Sie zu Beginn verstehen sollten, ist, dass im Kern der meisten Cross-Chain-Brücken ein einfaches, aber mächtiges Konzept der Blockchain-Interoperabilität steckt: Vermögenswerte auf einer Blockchain zu sperren und entsprechende Vermögenswerte auf einer anderen zu prägen. Wir werden später darauf eingehen, wie sich dieser Mechanismus von Brücke zu Brücke leicht unterscheiden kann. Der allgemeine Ansatz, der oben skizziert wurde, stellt jedoch sicher, dass die Gesamtmenge des Vermögenswerts auf beiden Blockchains konsistent bleibt. Hier ist eine schrittweise Aufschlüsselung, wie Blockchain-Brücken funktionieren:

1. Vermögenssperre: Sie initiieren eine Transaktion, um Ihre Vermögenswerte auf der Quell-Blockchain zu sperren, sagen wir, auf Polygon. Dies beinhaltet das Senden der Vermögenswerte, z. B. Polygons native Token MATIC, an eine vom Bridge-Betreiber kontrollierte Adresse.
2. Verifizierung: Die Brücke überprüft die Transaktion auf der Quell-Blockchain, um zu bestätigen, dass die Vermögenswerte gültig sind und dem Nutzer gehören.
3. Beweisgenerierung: Sobald die Transaktion bestätigt wurde, generiert die Brücke einen Beweis für die gesperrten Vermögenswerte, der als Eigentumsnachweis dient.
4. Vermögensprägung: Die Brücke erstellt dann einen entsprechenden Betrag an Vermögenswerten auf der Ziel-Blockchain, z. B. auf Avalanche, unter Verwendung des im vorherigen Schritt generierten Beweises.
5. Vermögensfreigabe: Die neu geprägten Vermögenswerte werden auf Avalanche verfügbar gemacht, sodass der Nutzer sie innerhalb dieses Ökosystems nutzen kann.

Um die Vermögenswerte wieder auf die Quell-Blockchain zu bewegen, kann der Nutzer einen ähnlichen Prozess in umgekehrter Reihenfolge einleiten, indem er die Vermögenswerte auf der Ziel-Blockchain sperrt und sie auf der Quell-Blockchain prägt. Es ist wichtig zu beachten, dass die spezifischen Mechanismen und Protokolle, die von Cross-Chain-Brücken verwendet werden, variieren können. Darüber hinaus hängt die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Brücke von Faktoren wie den Konsensmechanismen der beteiligten Blockchains und dem Ruf des Brückenbetreibers ab. Aber darauf werden wir später noch eingehen, lesen Sie in der Zwischenzeit weiter!

Arten von Blockchain-Brücken

Wie bereits erwähnt, kann der Mechanismus für den Token-Transfer je nach Cross-Chain-Brücke leicht variieren. Lassen Sie uns genauer anschauen, wie sich dieser Mechanismus je nach Ansatz unterscheiden kann. Cross-Chain-Brücken nutzen drei Hauptmechanismen:

Sperren und Prägen

Stellen Sie sich Sperren und Prägen wie eine Zwei-Wege-Straße vor. Wenn Sie Token von einer Blockchain auf eine andere übertragen möchten, sperrt die Brücke Ihre Token auf der ursprünglichen Kette und erstellt neue, verpackte Token auf der Ziel-Blockchain. Es ist wie der Währungstausch an der Grenze, aber mit Krypto! Um Ihre Token wieder nach Hause zu bringen, verbrennen Sie die verpackten Token auf der Ziel-Blockchain, und Ihre ursprünglichen Token werden auf der Quell-Blockchain freigegeben. Es ist wie das Zurückgeben eines Mietwagens und das Erhalten Ihrer Kaution zurück.

Hier sind einige Beispiele für Brücken, die den Sperren-und-Prägen-Mechanismus verwenden:

1. Portal Bridge: Verbindet verschiedene Blockchains, einschließlich Solana, Ethereum, Terra und Avalanche.
2. Avalanche Bridge: Diese Brücke wurde entwickelt, um Token von der Avalanche-Blockchain zu Ethereum zu übertragen.

Verbrennen und Prägen

Zusätzlich zum Sperken-und-Prägen-Mechanismus gibt es einen anderen Ansatz, der als Verbrennen und Prägen bekannt ist. Diese Methode funktioniert etwas anders. Wenn Sie Token von einer Kette auf eine andere übertragen möchten, verbrennen Sie Ihre Token auf der Quell-Blockchain. Stellen Sie sich vor, Sie zerstören die alte Version des Tokens. Gleichzeitig prägt die Brücke entsprechende Token auf der Ziel-Blockchain. Es ist wie das Erstellen einer neuen Version des Tokens.

Hier sind einige Beispiele für Brücken, die den Verbrennen-und-Prägen-Mechanismus verwenden:

3. Polkadot Parachain: Mit dem Verbrennen-und-Prägen-Mechanismus können Sie die Übertragung von Token zwischen verschiedenen Parachains im Polkadot-Netzwerk ermöglichen. Zum Beispiel können Sie Token von Acala zu Karura übertragen.
4. Rainbow Bridge von Near Protocol: Diese Brücke verbindet das Near Protocol mit Ethereum. Sie verwendet einen Verbrennen-und-Prägen-Mechanismus, um den Nutzern die Übertragung von Vermögenswerten zwischen diesen beiden Netzwerken zu ermöglichen.

Sperken und Freigeben

Bei diesem Mechanismus werden Token auf der Quell-Blockchain gesperrt, während entsprechende Token aus einem Liquiditätspool auf der Ziel-Blockchain freigegeben werden, um eine konsistente Asset-Zirkulation zu gewährleisten. Dieser Mechanismus zieht oft Liquidität durch Anreize wie Einnahmenteilung an.

5. Synapse: Eine beliebte Cross-Chain-Brücke, die eine breite Palette von Blockchains unterstützt, darunter Ethereum, Polygon, Avalanche und Fantom.
6. Celer Bridge: Diese Brücke verbindet die Conflux-Blockchain mit Ethereum. Sie verwendet einen Sperren-und-Freigeben-Mechanismus und nutzt Liquiditätspools, um Asset-Transfers zwischen diesen beiden Netzwerken zu erleichtern.

Beispiele für beliebte Blockchain-Brücken

Sicherheitsaspekte

Laut den Entwicklern von Chainlink, die ihre eigene Brücke mit Oracles entwickelt haben, gibt es mindestens sieben Schwachstellen in Brücken, auf die man achten sollte, wenn man plant, Gelder zwischen Blockchains zu übertragen.

Schwache private Schlüsselpraktiken

Cross-Chain-Brücken weisen einige kritische Schwachstellen auf, und eine der größten Bedenken betrifft die Handhabung von privaten Schlüsseln. Diese Schlüssel, die oft von Brückenbetreibern verwaltet werden, sind entscheidend für die Verifizierung und den Transfer von Assets zwischen Blockchains. Wenn ein privater Schlüssel kompromittiert wird, kann dies zu erheblichen Sicherheitslücken führen – viele der größten Hacks im Web3 sind auf schlechtes Schlüsselmanagement zurückzuführen.

Um diese Risiken zu verringern, ist es sinnvoll, die Infrastruktur zu diversifizieren. Je mehr Server, Anbieter und Betreiber beteiligt sind, desto besser ist der Schutz vor Einzelpunkten des Ausfalls und Zentralisierungsrisiken.

Große Cross-Chain-Brücken-Hacks aufgrund von privaten Schlüsselkompromittierungen:
 

• Multichain Bridge Hack (Juli 2023) — Der CEO von Multichain war verantwortlich für die kompromittierten privaten Schlüssel, die unbefugte Abhebungen aus der Cross-Chain-Brücke ermöglichten.
• Harmony Bridge (Juni 2022) — Hacker erlangten die Kontrolle über zwei der fünf privaten Schlüssel, die für Transaktionen auf der Harmony Bridge Multisig erforderlich sind, und nutzten diese Schwachstelle aus.
• Ronin Bridge (März 2022) — Hacker erlangten die Kontrolle über fünf der neun privaten Schlüssel, die zur Verwaltung von Transaktionen auf der Ronin Bridge Multisig verwendet wurden.

Unauditede Smart Contracts

Cross-Chain-Brücken verlassen sich auf Smart Contracts, um Token-Transfers zwischen Blockchains zu verwalten. Smart Contracts sorgen für das ordnungsgemäße Minten, Brennen oder Sperren von Token, aber schlecht geschriebener Code kann erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich bringen. Schwachstellen im Smart Contract-Code haben in der Vergangenheit zu erheblichen Hacks geführt.

Um diese Risiken zu minimieren, ist es entscheidend, dass erfahrene Auditoren den Code gründlich testen, bevor er in Betrieb genommen wird, und ihn kontinuierlich auf Probleme überwachen. Regelmäßige Updates und mehrere Testdurchläufe tragen dazu bei, den Code sicher zu halten.

Bei der Auswahl einer Brücke sollte man nach solchen mit einer soliden Audit-Historie und starken internen Sicherheitsmaßnahmen suchen, wie z. B. Not-Aus-Funktionen und Ratenbegrenzungen. Dies gewährleistet besseren Schutz vor möglichen Exploits und Bugs.

Smart Contract Schwachstellen: Ein Fokus auf Cross-Chain Bridge Exploits:
 

• Wormhole Bridge (Februar 2022) — Hacker nutzten eine Schwachstelle im Verifizierungsprozess des Smart Contracts der Brücke aus, um 120.000 wETH auf Solana zu minten, ohne die notwendige Sicherheit zu hinterlegen.
• Binance Bridge (Oktober 2022) — Eine Schwachstelle im IAVL Merkle Proof-Verifizierungssystem innerhalb des Smart Contracts der Brücke wurde ausgenutzt, was zum Diebstahl von 2 Millionen BNB führte.
• Qubit (Januar 2022) — Ein Programmierfehler in der Software der Brücke ermöglichte es einem Hacker, Tokens von BNB Chain abzuheben, ohne sie zuvor auf Ethereum einzuzahlen.

Unsichere Upgrades

Das Upgrade eines Smart Contracts ist wie ein Software-Update – es ist entscheidend, um Fehler zu beheben, neue Funktionen hinzuzufügen und Einstellungen zu optimieren. Für Cross-Chain-Brücken bedeutet dies, sich anzupassen, um neue Token und Blockchains zu unterstützen und mit dem technischen Fortschritt Schritt zu halten. Aber hier ist der Haken: Wenn der Upgrade-Prozess nicht sicher ist, öffnet er die Tür für Angriffe.

Um die Sicherheit zu gewährleisten, besteht ein solider Ansatz darin, die Schlüsselkontrolle auf mehrere Entitäten zu verteilen, Zeitsperren hinzuzufügen, um Benutzer über Änderungen zu informieren, und den Brückenbetreibern die Möglichkeit zu geben, riskante Updates zu blockieren. Aber wenn schnelle Korrekturen erforderlich sind, kann eine schnelle Genehmigung durch die Betreiber hilfreich sein – stellen Sie einfach sicher, dass die Sicherheit erstklassig bleibt. Die Balance zwischen Sicherheit und Geschwindigkeit ist das A und O für aktualisierbare Cross-Chain-Brücken.

Abhängigkeit von einem einzigen Netzwerk: Ein großes Risiko für Cross-Chain-Brücken

Sich bei Cross-Chain-Brücken auf ein einziges Validierungsnetzwerk zu verlassen, ist riskant. Wenn dieses Netzwerk gehackt wird, wirkt sich der Verstoß auf alle verbundenen Blockchains aus. Ein sichererer Ansatz ist die Verwendung unabhängiger, dezentraler Netzwerke für jede Blockchain-Verbindung. Auf diese Weise bleiben die anderen sicher, wenn eine Spur kompromittiert wird. Die sichersten Brücken gehen noch weiter, indem sie jede Spur mit mehreren Netzwerken sichern, was Hacks viel schwieriger macht. Verwenden Sie eine bestimmte Brücke, wenn Sie sicher sein können, dass die Entwickler unabhängige Netzwerke für jede Spur verwendet, gemischte Programmiersprachen verwendet und ein starkes Risikomanagement implementiert haben, um Schwachstellen zu minimieren.

Unbewiesene Validatoren-Sets

Das Herzstück jeder Cross-Chain-Brücke liegt in ihrem Validatoren-Set, den Einzelpersonen oder Organisationen, die für die Wartung der Brücken-Infrastruktur verantwortlich sind. Bei der Auswahl einer Brücke ist es entscheidend, die Qualität und Erfahrung ihrer Validatoren zu bewerten. Eine Brücke mit einem Team erfahrener Fachleute, die nachweislich Erfahrung in der betrieblichen Sicherheit (OPSEC) haben, wird wahrscheinlich zuverlässig und sicher arbeiten.

Denken Sie daran, dass eine Brücke nur so stark ist wie ihre Validatoren. Ein schlecht verwaltetes Validatoren-Set kann zu erheblichen Risiken führen, wie z. B. Transaktionsverzögerungen, Sicherheitsverletzungen oder sogar dem vollständigen Ausfall der Brücke. Daher ist es wichtig, verschiedene Brücken zu recherchieren und zu vergleichen, um eine mit einem renommierten und erfahrenen Validatoren-Set zu finden.

Berücksichtigen Sie auch die wirtschaftlichen Anreize für Validatoren. Einige Brücken verlangen von den Validatoren, dass sie ihre eigenen Mittel einsetzen, was eine starke Interessensübereinstimmung zwischen den Validatoren und den Nutzern der Brücke schaffen kann. Dies kann dazu beitragen, sicherzustellen, dass Validatoren ehrlich und verantwortungsbewusst handeln.

Kein aktives Transaktions-Monitoring

Aktives Transaktions-Monitoring ist der digitale Wachhund der Cross-Chain-Brücken. Es ist ein aufmerksamer Sicherheitswächter, der ständig nach verdächtigen Aktivitäten sucht. Wenn es richtig gemacht wird, kann es Anomalien frühzeitig erkennen und Hacks verhindern, bevor sie passieren.

Stellen Sie sich vor, jemand versucht, Gelder von einer Brücke abzuheben, ohne sich an die Regeln zu halten. Mit aktivem Monitoring kann das System dies als verdächtig markieren und den Notstopp betätigen. CCIP hat zum Beispiel ein Netzwerk, das Transaktionen genau überwacht, um sicherzustellen, dass alles in Ordnung ist, bevor Token freigegeben werden. Wenn etwas verdächtig aussieht, können sie das Ganze stoppen, um Schaden zu verhindern.

Aktives Monitoring ist kein Luxus – es ist eine Notwendigkeit, um Cross-Chain-Systeme sicher und geschützt zu halten.

Fehlendes aktives Monitoring trug zum Ronin Bridge Hack bei
 

• Ein Bericht von Halborn Blockchain Security zeigte, dass der Ronin Bridge Hack im März 2022 sechs Tage lang unbemerkt blieb. Diese erhebliche Verzögerung hätte durch die Implementierung robuster aktiver Transaktions-Monitoring-Systeme verhindert werden können.

Fehlende Rate Limits

Rate Limits sind eine bewährte Sicherheitsmaßnahme, die jedem bekannt ist, der mit Websites oder APIs arbeitet. Sie werden verwendet, um Denial-of-Service (DoS)-Angriffe zu verhindern und Server davor zu schützen, von zu vielen Anfragen überwältigt zu werden. In der Cross-Chain-Welt funktionieren Rate Limits ähnlich, indem sie die Menge an Wert begrenzen, die innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens zwischen Blockchains übertragen werden kann. Es ist ein einfaches Konzept: Begrenzen, wie viel und wie schnell bewegt werden kann.

Diese grundlegende Sicherheitsfunktion ist eine mächtige letzte Verteidigungslinie für Cross-Chain-Brücken. Selbst wenn es einem Hacker gelingt, andere Sicherheitsmaßnahmen zu umgehen, stellen Rate Limits sicher, dass er nicht die gesamte Brücke auf einmal leeren kann.

Echte Bridge-Hacks, bei denen der gesamte Wert in kürzester Zeit gestohlen wurde, hätten viel weniger Schaden angerichtet, wenn Rate Limits und Not-Aus-Mechanismen vorhanden gewesen wären. Es ist eine einfache Lösung, die einen riesigen Unterschied machen kann.

Die Zukunft der Blockchain-Brücken

Die Brückentechnologie ist zu einem integralen Bestandteil des DeFi-Ökosystems geworden, da sie verschiedene Blockchain-Netzwerke verbindet und nahtlose Asset-Übertragungen ermöglicht. Diese Brücken sind jedoch nicht ohne Risiken. Sicherheitsverletzungen, die oft aus Schwachstellen im privaten Schlüsselmanagement, Smart Contracts oder Upgrade-Prozessen resultieren, haben den Bedarf an robusten Schutzmaßnahmen aufgezeigt.

Um diese Risiken zu mindern, ist es entscheidend, die Sicherheit privater Schlüssel zu priorisieren, Smart Contracts gründlich zu auditieren und sichere Upgrade-Verfahren umzusetzen. Darüber hinaus können aktives Transaktions-Monitoring und Rate Limits als leistungsstarke Verteidigungsmaßnahmen gegen Angriffe dienen.

Der Ronin Bridge Hack, bei dem das Fehlen eines aktiven Transaktions-Monitorings den Angreifern ermöglichte, Schwachstellen auszunutzen, ist eine eindrucksvolle Erinnerung an die Konsequenzen der Vernachlässigung von Sicherheitsmaßnahmen. Durch das Lernen aus solchen Vorfällen und die Umsetzung von Best Practices können wir das Risiko zukünftiger Angriffe erheblich verringern.

Trotz der Herausforderungen sind die potenziellen Vorteile von Cross-Chain-Brücken enorm. Sie bieten eine erhöhte Interoperabilität, verbesserte Liquidität und neue Möglichkeiten für Entwickler und Nutzer. Durch das Verständnis und die Adressierung der damit verbundenen Sicherheitsrisiken können wir die Kraft von Cross-Chain-Brücken nutzen, um ein stärker vernetztes und innovatives Blockchain-Ökosystem zu schaffen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Cross-Chain-Brücken ein wertvolles Werkzeug im DeFi-Ökosystem sind. Ihr Erfolg hängt jedoch von einem starken Fokus auf Sicherheit und einem Engagement für Best Practices ab. Indem wir die Schwachstellen und Herausforderungen im Zusammenhang mit diesen Brücken angehen, können wir ihr volles Potenzial freisetzen und die Zukunft des dezentralen Finanzwesens vorantreiben.