GG18/GG20 协议安全漏洞分析

2023-08-11 15:31:58生态安全

对安全保持敬畏之心，开放与协作推进行业安全

封面：Photo by Nicolas Arnold on Unsplash

背景

近期，Fireblocks 团队披露了 GG18、GG20 、Lindel 17 MPC 协议中的 0-day 漏洞，该漏洞允许攻击者提取一组 MPC 私钥分片背后的真实密钥。

在披露该问题前，Fireblocks 团队与 Safeheron 取得联系并展开积极沟通。Safeheron 开源的 GG18/GG20 MPC 协议严格按照论文内容实现，如果使用此版本的开源算法则可能受到类似攻击。在漏洞披露前，Safeheron 已经修复了开源项目中存在的漏洞，Fireblocks 团队也协助确认了补丁的生效。

Fireblocks 团队采用 Safeheron 的基于 C++ 实现的开源 GG18/GG20 协议构造了 POC，以演示并帮助社区理解该漏洞。

Safeheron 商业版服务中的 GG18/GG20 MPC 协议额外引入了 CMP20/CGGMP21 中的相关零知识证明，因此不受该漏洞影响。

漏洞影响范围

本文重点关注漏洞针对 GG18 和 GG20 的影响。针对 GG18/GG20 协议，攻击方通过构造特殊的 Paillier 密钥，从而在 MPC 签名阶段完成攻击，通过有限次的签名，攻击方可以解析出其它各参与方的私钥分片。

此次漏洞的影响范围比较广泛，由于影响到了 MPC 协议的安全假设，因此几乎所有主流的开源 GG18/GG20 协议实现都受到该漏洞的影响。

漏洞原理

如何攻击 MPC 协议呢？常见的 MPC 协议在安全假设前提下是可证明安全的，因此针对 MPC 协议的攻击常常聚焦于协议依赖的安全假设。安全假设就好比是 MPC 协议大厦的地基，如果安全假设不成立了，那么整个 MPC 的协议都将会受到影响。

以 GG18/GG20 为例，该 MPC 协议依赖于 Paillier 同态加密算法的安全性。Paillier 同态加密算法基于复合剩余类的困难问题设计，是一种广泛使用的且满足加法运算的同态加密算法。

整个攻击的核心逻辑如下：

攻击方法

本节我们详细介绍攻击的细节。在通用的 MPC 门限多签场景中存在多个参与方，这些参与方两两之间可以发起攻击，而且攻击方式完全相同。

准备阶段：构造不安全的同态密钥

首次攻击发生在 KeyGen 子协议的执行过程中，我们可以称其为攻击准备阶段。在攻击准备阶段，攻击方 Party A 成功构造了不安全的 Paillier 同态密钥。

正常构造同态密钥的过程如下：

攻击阶段：Sign 子协议

接下来介绍其具体操作方式。

GG18/GG20 协议中的零知识证协议描述如下：

收尾阶段：计算被攻击方的私钥分片

在运行 16 次成功的 MPC Sign 子协议以后，得到

攻击效果

GG18 论文有两个实现版本，修正版和老版，针对不同版本的攻击效果有所区别。

在 GG18 修正版论文中作者提供了很多安全修改建议，因此在实现该 MPC 协议时应基于修正版实现。

真实应用场景攻击方式

上述章节描述了该漏洞的原理和算法层面的攻击方式，那么针对真实的基于 MPC 的自托管钱包应用场景，如果使用的 MPC 协议存在该漏洞，应该如何完成攻击呢？

该漏洞影响 t/n 门限，为方便理解，我们假设 MPC Wallet 的参与方为 2 方 Party A 和 Party B，签名的门限为 2/2，其中 Party A 对应的私钥分片由用户持有，通过钱包提供方提供的手机 App 管理和使用；Party B 对应的私钥分片由钱包提供方持有，并且在云端存储和使用。

如果要完成攻击，攻击者必须具备以下能力：

（1）掌握钱包提供方创建钱包和发起交易的实现逻辑和机制

（2）能够模拟钱包提供方 App 使用 MPC 协议完成创建钱包以及签名交易

那么攻击者便可以发起攻击：