Vulnérabilité de l'attaque par distorsion temporelle dans le protocole Bitcoin

Le développeur de Bitcoin, Antoine Poinsot, a proposé une nouvelle proposition d'amélioration le 26 mars 2025, visant à corriger plusieurs vulnérabilités et faiblesses qui existent depuis longtemps dans le protocole Bitcoin. Cette proposition de soft fork, appelée "Nettoyage du Grand Consensus", résout non seulement le problème des transactions en double que nous avons discuté précédemment, mais propose également une solution à une vulnérabilité plus grave : "l'attaque par distorsion temporelle".

Mécanisme de protection des horodatages de blocs Bitcoin

Avant de discuter des attaques par distorsion temporelle, nous devons comprendre les règles de protection contre la manipulation du temps dans le protocole Bitcoin actuel :

1. Règle du temps médian passé (MPT) : l'horodatage du bloc doit être postérieur au temps médian des 11 blocs précédents.

2. Règles de temps de bloc à l'avenir : La timestamp du bloc ne peut pas dépasser 2 heures de la médiane de temps des pairs du nœud, et l'écart maximal autorisé entre le temps du nœud et l'horloge système locale est de 90 minutes.

Ces règles ont pour objectif d'empêcher les horodatages des blocs de s'écarter trop de l'heure réelle, mais en raison de la nécessité de prendre en compte la synchronisation initiale de la blockchain, il n'est pas possible d'interdire complètement les horodatages passés.

L'erreur de calcul de Satoshi Nakamoto

Le cycle d'ajustement de la difficulté du Bitcoin comprend 2016 blocs, ce qui correspond théoriquement à environ deux semaines. Cependant, lors du calcul de l'ajustement de la difficulté d'extraction, le protocole a utilisé une méthode peu précise. Il calcule la différence de timestamp entre le premier et le dernier bloc de la fenêtre de 2016 blocs, alors qu'il aurait en réalité dû calculer l'intervalle de 2015 blocs. Cela conduit à un temps cible supérieur de 0,05 % à ce qu'il devrait être, rendant l'intervalle cible réel du Bitcoin de 10 minutes et 0,3 seconde, au lieu des 10 minutes exactes.

Cette petite erreur n'est pas significative dans le fonctionnement réel, car depuis la création de Bitcoin, l'intervalle moyen entre les blocs a toujours été inférieur à 10 minutes, principalement en raison de la croissance continue de la puissance de calcul.

Principe de l'attaque par distorsion temporelle

L'attaque par distorsion temporelle exploite cette erreur de Satoshi Nakamoto dans le calcul de la difficulté. L'attaquant, en manipulant les horodatages des blocs, peut faire en sorte que le temps de la blockchain prenne du retard par rapport au temps réel, tout en respectant les règles du protocole. Plus précisément, l'attaquant va :

1. Pour la plupart des blocs, définissez le timestamp pour qu'il soit seulement 1 seconde plus tard que le bloc précédent.
2. Chaque six blocs, le horodatage est avancé de 1 seconde pour se conformer aux règles MPT.
3. Dans le dernier bloc de chaque période d'ajustement de difficulté, réglez le timestamp sur l'heure réelle du monde.
4. L'horodatage du premier bloc du nouveau cycle d'ajustement de la difficulté est de nouveau revenu dans le passé, soit 1 seconde plus tard que l'avant-dernier bloc du cycle précédent.

Cette opération entraînera une diminution de la difficulté après le deuxième cycle d'ajustement, permettant aux attaquants de créer des blocs à une vitesse très rapide et d'obtenir une grande quantité de Bitcoin.

Impact et faisabilité de l'attaque

En théorie, cette attaque pourrait avoir de graves conséquences, mais sa mise en œuvre fait face à de nombreux défis :

1. Il est nécessaire de contrôler la majorité de la puissance de calcul du réseau.
2. L'existence de mineurs honnêtes augmentera la difficulté des attaques.
3. Le processus d'attaque est visible publiquement et peut déclencher des réparations d'urgence.
4. Il faut quatre semaines pour réaliser une réduction de la difficulté, ce qui donne du temps pour réagir.

Solutions

Pour corriger cette vulnérabilité, la proposition de Poinsot suggère qu'au début de chaque nouveau cycle d'ajustement de la difficulté, l'horodatage du premier bloc ne doit pas être antérieur à 2 heures après l'horodatage du dernier bloc du cycle précédent. Cette règle simple peut efficacement limiter le degré de manipulation à la baisse de la difficulté, tout en maintenant une flexibilité suffisante pour s'adapter aux fluctuations normales du réseau.

Cette solution de réparation est plus simple et conservatrice par rapport à d'autres solutions possibles (comme la modification complète de l'algorithme d'ajustement de la difficulté ou l'annulation de la règle MTP), tout en minimisant le risque de blocs invalides imprévus, et en empêchant efficacement les attaques par distorsion temporelle.