This paper addresses attacks against existing blockchain protocols at various network layers. Firstly, it examines the persistence of partitioning attacks at the application layer targeting Bitcoin's peer-to-peer (P2P) network. The study confirms empirically that existing partitioning attacks struggle to last more than 10 minutes which is insufficient for damaging the Bitcoin's P2P network. Additionally, it presents an optimized partitioning attack that maximally exploits Bitcoin's peer connection mechanism, showing that even this attack has difficulty causing significant harm to Bitcoin's peer-to-peer network. This demonstrates the security strengths of the current Bitcoin protocol and identifies the characteristics contributing to its robustness. Secondly, the paper introduces network layer attacks targeting the data availability layer of Roll-ups, the most popular scalability solution in Ethereum 2.0, and assessing their risk. It confirms that network-layer adversary can effectively detect Roll-up transactions and block their propagation for about 26 seconds in stealthy manner, leading to sabotage attacks on the targeted Roll-up network by inducing unwanted challenges among honest validators in the Roll-up network. The paper analyzes the vulnerabilities in existing protocols that gave rise to the proposed attacks and suggests ways to enhance their security.
이 논문에서는 현존하는 블록체인 프로토콜을 대상으로 한 다양한 네트워크 계층에서의 공격을 다루었다. 첫 째로, 비트코인의 피어-투-피어 네트워크를 대상으로 한 어플리케이션 계층단의 파티셔닝 공격의 지속성에 대해 검증하였다. 비트코인의 네트워크 환경을 해치지 않으면서 기존 파티셔닝 공격이 10분이상 지속되기 어렵다는 것을 실험으로 확인하였다. 더 나아가, 비트코인의 피어 연결 기작을 최대한으로 착취한 최적화된 파티셔닝 공격을 제시하고, 그 역시 비트코인의 피어-투-피어 네트워크에 큰 피해를 입히기는 어렵다는 것을 보여 현 비트코인 프로토콜의 보안상 강점이 어떤 특성에서 기인하는지 확인한다. 둘 째로, 가장 널리 쓰이고 있는 이더리움 2.0의 확장성 솔루션인 롤업의 데이터 가용성 계층을 대상으로한 네트워크 계층단의 공격을 제시하고 그 위험성을 확인한다. 네트워크 계층의 공격자는 롤업 트랜잭션을 효과적으로 감지할 수 있으며, 약 26초의 시간동안 해당 트랜잭션의 전파를 감지되지 않은 상태에서 저지할 수 있고, 롤업 네트워크에 참여하고 있는 정직한 검증인들 간의 원치 않는 챌린지를 유도하여 공격 대상 롤업 네트워크에게 사보타주 공격을 일으킬 수 있다는 것을 확인하였다. 제안한 공격이 기존 프로토콜의 어떤 취약점으로부터 기인하였는지 분석하고, 그 보안을 개선할 수 있는 방법을 제시하였다.
