Czym są wyrocznie blockchainowe i dlaczego inteligentne kontrakty ich potrzebują

Kontrakty inteligentne są potężne, ale są również ślepe. Nie widzą cen, nie odczytują danych pogodowych ani nie weryfikują, czy płatność dotarła na konto bankowe. Oracle to infrastruktura łącząca blockchainy ze światem zewnętrznym, a bezpieczeństwo ponad 200 miliardów dolarów w DeFi zależy od ich prawidłowego działania.

Większość wyjaśnień dotyczących oracle blockchainowych zaczyna się od definicji i na tym kończy. Mówią ci, że oracle to most między blockchainem a światem zewnętrznym, co jest prawdą, ale niewystarczające. To jak powiedzieć, że sieć energetyczna to most między generatorem a włącznikiem światła. Technicznie poprawne. Praktycznie bezużyteczne dla zrozumienia, dlaczego sieć zawodzi, kto płaci, gdy to się dzieje, i dlaczego projekt sieci ma większe znaczenie niż projekt włącznika.

Bardziej użytecznym punktem wyjścia jest ograniczenie, które oracle mają rozwiązać. Kontrakty inteligentne są deterministyczne. Każdy węzeł w sieci musi wykonać ten sam kod i dojść do tego samego wyniku. Gdyby kontrakt inteligentny mógł bezpośrednio zapytać API z cenami akcji, różne węzły otrzymywałyby różne odpowiedzi w różnym czasie, a konsensus zostałby zerwany. Blockchain rozdzieliłby się nie z powodu sporu o zarządzanie, ale z powodu błędu zaokrąglenia w kanale cenowym.

Oracle istnieją, ponieważ blockchainy wybrały determinizm zamiast łączności, a ten wybór nie podlega negocjacjom. Każde rozwiązanie oracle jest próbą wprowadzenia danych zewnętrznych do łańcucha bez łamania właściwości, która czyni blockchainy godnymi zaufania.

Jak właściwie działają oracle

Standardowa architektura oracle ma trzy warstwy: pozyskiwanie danych, agregację i dostarczanie do łańcucha.

Na warstwie pozyskiwania węzły oracle łączą się z zewnętrznymi dostawcami danych. Dla kanału cenowego może to oznaczać pobieranie ceny ETH/USD z Coinbase, Kraken, Binance i kilku innych giełd jednocześnie. Dla oracle pogodowego może to oznaczać połączenie z wieloma meteorologicznymi API. Zasada jest ta sama: żadne pojedyncze źródło nie jest zaufane.

Na warstwie agregacji sieć oracle łączy te punkty danych w jedną wartość. Najczęstszą metodą jest ważona mediana, która odrzuca wartości odstające i daje wynik, którym żaden pojedynczy dostawca danych nie może manipulować. Jeśli siedem węzłów zgłasza ceny między 2000 a 2005 dolarów, a jeden węzeł zgłasza 50 000 dolarów, mediana ignoruje wartość odstającą.

Na warstwie dostarczania zagregowana wartość jest zapisywana w kontrakcie inteligentnym w łańcuchu. To jest punkt, w którym dane zewnętrzne stają się danymi blockchainowymi, niezmiennymi i dostępnymi dla każdego kontraktu, który się do nich odwołuje. Kontrakt w łańcuchu przechowuje najnowszą wartość, a każdy protokół DeFi może ją odczytać.

Ten trójwarstwowy model brzmi czysto w teorii. W praktyce każda warstwa wprowadza powierzchnie ataku, opóźnienia i koszty. Zrozumienie, gdzie zawodzą oracle, wymaga zbadania każdej warstwy osobno.

Problem wyroczni wyjaśniony

Problem wyroczni nie jest błędem. Jest to fundamentalne napięcie w projektowaniu blockchaina, którego nie można w pełni rozwiązać, a jedynie zarządzać.

Blockchain czerpie swoje bezpieczeństwo z decentralizacji. Żaden pojedynczy podmiot nie kontroluje księgi. Ale jeśli każdy inteligentny kontrakt na tym blockchainie odczytuje dane cenowe z pojedynczej wyroczni kontrolowanej przez jedną firmę, całe bezpieczeństwo systemu sprowadza się do bezpieczeństwa tej jednej firmy. Blockchain jest zdecentralizowany. Dane, od których zależy, nie są.

Dlatego problem wyroczni jest czasami opisywany jako problem ostatniej mili w bezpieczeństwie blockchaina. Możesz zbudować doskonale zaudytowany inteligentny kontrakt, wdrożyć go w doskonale zdecentralizowanej sieci, a mimo to stracić wszystko, jeśli wyrocznia dostarczająca mu dane zostanie naruszona.

Rozwiązania dzielą się na dwie kategorie. Scentralizowane wyrocznie poświęcają decentralizację na rzecz szybkości i prostoty. Pojedynczy podmiot prowadzi wyrocznię, a użytkownicy ufają temu podmiotowi, że dostarczy dokładne dane. To działa w przypadku aplikacji o niskiej stawce, ale nie nadaje się do protokołów DeFi trzymających miliardy dolarów.

Zdecentralizowane sieci wyroczni rozwiązują problem zaufania, rozdzielając zbieranie i agregację danych między wiele niezależnych węzłów. Chainlink zapoczątkował ten model, wymagając konfigurowalnego kworum węzłów, aby zgodziły się co do punktu danych, zanim zostanie on opublikowany w łańcuchu. Struktura zachęt ekonomicznych wymaga, aby operatorzy węzłów stakowali zabezpieczenie, które może zostać obcięte za dostarczanie niedokładnych danych, co zrównuje ich interes finansowy z uczciwym raportowaniem.

Żadne z tych podejść nie eliminuje całkowicie problemu wyroczni. Zdecentralizowane sieci wyroczni zmniejszają prawdopodobieństwo manipulacji, ale zwiększają koszt i opóźnienie. Ten kompromis jest decyzją projektową, a nie wadą projektu.

Dlaczego DeFi nie może istnieć bez wyroczni

Ta zależność jest arytmetyczna, a nie filozoficzna. Rozważmy protokół pożyczkowy, taki jak Aave. Użytkownik wpłaca jeden ETH jako zabezpieczenie i pożycza 1500 dolarów w stablecoinach. Protokół musi znać cenę ETH w sposób ciągły, aby określić, czy zabezpieczenie pokrywa pożyczkę.

Jeśli ETH spadnie z 2000 do 1400 dolarów, pożyczka jest niedostatecznie zabezpieczona i musi zostać zlikwidowana. Bez wyroczni dostarczającej bieżącą cenę protokół nie ma sposobu na wywołanie likwidacji. Pożyczkobiorcy stablecoinów zgromadziliby złe długi, a protokół stałby się niewypłacalny.

To nie jest hipotetyczny scenariusz. Każdy protokół pożyczkowy, każda giełda kontraktów wieczystych, każda platforma opcji i każdy syntetyczny aktyw na każdym blockchainie zależy od wyroczni dla cen, które decydują o wypłacalności. Całkowita wartość zablokowana w protokołach DeFi, które polegają na kanałach cenowych wyroczni, przekracza 200 miliardów dolarów we wszystkich łańcuchach.

Ta sama zależność wykracza poza kanały cenowe. Rynki predykcyjne potrzebują wyroczni do raportowania wyników zdarzeń. Protokoły ubezpieczeniowe potrzebują danych pogodowych. Platformy aktywów ze świata rzeczywistego potrzebują dowodu, że bazowe aktywa istnieją i są wyceniane poprawnie. W każdym przypadku wyrocznia jest pojedynczym komponentem, którego awaria uczyniłaby całą aplikację bez znaczenia.

Manipulacja wyrocznią: jak dochodzi do exploitów

Exploity wyroczni podążają przewidywalnym wzorcem. Atakujący identyfikuje protokół DeFi, który czerpie swoją cenę z pojedynczego źródła w łańcuchu, zazwyczaj z puli płynności zdecentralizowanej giełdy, a nie ze zdecentralizowanej sieci wyroczni.

Atak przebiega w trzech krokach w ramach jednej transakcji. Po pierwsze, atakujący bierze pożyczkę błyskawiczną, pożyczając miliony dolarów bez zabezpieczenia na czas trwania jednej transakcji. Po drugie, atakujący używa pożyczonych środków do manipulacji ceną na DEX-ie, który docelowy protokół odczytuje jako swoje źródło cen, wykonując masową wymianę, która przesuwa raportowaną cenę o 50% lub więcej. Po trzecie, atakujący wchodzi w interakcję z docelowym protokołem po zmanipulowanej cenie, pożyczając pod sztucznie zawyżone zabezpieczenie lub likwidując pozycje po sztucznych cenach.

Cała sekwencja dzieje się atomowo. Jeśli którykolwiek krok się nie powiedzie, transakcja jest cofana, a atakujący traci tylko opłaty za gaz. Jeśli się powiedzie, atakujący spłaca pożyczkę błyskawiczną i zatrzymuje zysk.

To nie jest teoretyczny wektor ataku. Manipulacje oracle za pomocą szybkich pożyczek (flash loans) wyssały setki milionów dolarów z protokołów DeFi od 2020 roku. Wspólnym mianownikiem w każdym przypadku jest protokół, który polegał na manipulowalnym źródle cen w łańcuchu zamiast na zewnętrznej sieci oracle. Protokoły korzystające z Chainlink lub równoważnych zdecentralizowanych sieci oracle nie są podatne na ten konkretny atak, ponieważ źródło cen nie może być manipulowane w ramach pojedynczej transakcji.

Lekcja jest nieintuicyjna. Najbardziej zdecentralizowane źródło cen, czyli pula DEX w łańcuchu, jest często najmniej bezpieczne do celów oracle. Najbezpieczniejszym źródłem cen dla DeFi jest sieć oracle poza łańcuchem, która agreguje ceny z giełd scentralizowanych, właśnie dlatego, że te ceny są trudniejsze do manipulacji atomowej.

Skala tych ataków rosła wraz z samym DeFi. W październiku 2022 roku Mango Markets na Solanie straciło 114 milionów dolarów w wyniku exploitacji manipulacji oracle. Atakujący użył stosunkowo skromnego kapitału, aby przesunąć cenę tokena MNGO na płytkich pulach DEX, które Mango używało jako źródła cen, a następnie pożyczył pod zawyżoną wartość zabezpieczenia na wszystkich dostępnych aktywach na platformie. Cała operacja zajęła mniej niż 20 minut.

Euler Finance straciło 197 milionów dolarów w marcu 2023 roku w wyniku podobnego wektora. BonqDAO, Harvest Finance i dziesiątki mniejszych protokołów doświadczyły tego samego wzorca. W prawie każdym przypadku analiza powłamaniowa wskazała tę samą przyczynę źródłową: protokół używał źródła cen w łańcuchu, które mogło być przesunięte przez pojedynczą dużą transakcję, zamiast sieci oracle agregującej ceny z wielu niezależnych źródeł zewnętrznych.

Typy oracle poza źródłami cen

Skupienie branży na źródłach cen przesłania szerokość tego, co oracle robią w praktyce.

Weryfikowalna losowość. Gry w łańcuchu, mintowanie NFT i kontrakty loteryjne potrzebują możliwych do udowodnienia uczciwych liczb losowych. Blockchainy są z natury deterministyczne, co oznacza, że nie mogą generować losowości natywnie. Sieci oracle rozwiązują to, generując liczby losowe poza łańcuchem za pomocą weryfikowalnych funkcji losowych, a następnie publikując wynik wraz z dowodem kryptograficznym, że liczba nie została zmodyfikowana.

Komunikacja międzyłańcuchowa. Gdy użytkownik przenosi aktywa z Ethereum do Arbitrum, sieć oracle weryfikuje, że transakcja depozytu w łańcuchu źródłowym została sfinalizowana przed uwolnieniem aktywów w łańcuchu docelowym. Protokół interoperacyjności Chainlink (CCIP) stał się domyślną infrastrukturą dla protokołów takich jak Aave obsługujących operacje międzyłańcuchowe, przetwarzając miliardy w transferach.

Dowód rezerw. Stablecoiny i tokeny opakowane muszą udowodnić, że ich rezerwy odpowiadają podaży w obiegu. Oracle monitorujące portfele powierników i publikujące salda rezerw w łańcuchu zapewniają to potwierdzenie. Bez oracle dowodu rezerw użytkownicy muszą ufać samodzielnie raportowanym audytom emitenta.

Oracle obliczeniowe. Niektóre operacje są zbyt kosztowne do wykonania w łańcuchu. Sieci oracle mogą wykonywać złożone obliczenia poza łańcuchem i dostarczać tylko wynik do łańcucha, wraz z dowodem, że obliczenia zostały wykonane poprawnie. Ten wzorzec staje się coraz ważniejszy dla aplikacji, które muszą przetwarzać duże zbiory danych lub uruchamiać modele uczenia maszynowego, jednocześnie rozliczając wyniki na blockchainie.

Rozprzestrzenianie się typów oracle odzwierciedla szerszą zmianę w sposobie, w jaki blockchainy oddziałują ze światem rzeczywistym. Wczesne aplikacje blockchain były samowystarczalne. Bitcoin przenosi wartość między adresami we własnej księdze. Ethereum wykonuje logikę przy użyciu danych przechowywanych we własnym stanie. Żadne z nich nie wymagało informacji zewnętrznych. Zapotrzebowanie na oracle pojawiło się dopiero, gdy twórcy zaczęli tworzyć aplikacje odnoszące się do warunków świata rzeczywistego: cen aktywów, wyników zdarzeń, roszczeń tożsamości, pomiarów fizycznych. Każda nowa kategoria odniesienia do świata rzeczywistego tworzy nową kategorię wymagań oracle, a każde nowe wymaganie oracle tworzy nową powierzchnię dla manifestacji problemu oracle.

Kwestia dominacji Chainlink

Pozycja Chainlink na rynku oracle rodzi pytanie, którego branża woli nie analizować zbyt dokładnie. Jeśli cały sens zdecentralizowanych finansów polega na wyeliminowaniu pojedynczych punktów zależności, co oznacza, że około 75% całkowitej wartości zabezpieczonej w DeFi polega na jednym dostawcy oracle?

Obrona polega na tym, że sam Chainlink jest zdecentralizowany. Jego źródła cen są generowane przez dziesiątki niezależnych operatorów węzłów i żaden pojedynczy operator nie może manipulować źródłem. Sieć przetworzyła biliony dolarów wartości transakcji bez poważnego wykorzystania jej podstawowej infrastruktury źródeł cen.

Obawa polega na tym, że decentralizacja w Chainlink nie rozwiązuje problemu koncentracji warstwy oracle w jednym protokole. Gdyby odkryto podatność w kontraktach Chainlink EntryPoint lub gdyby działania regulacyjne były skierowane na Chainlink Labs, wpływ rozprzestrzeniłby się jednocześnie na praktycznie wszystkie główne protokoły DeFi.

Istnieją konkurenci. Pyth Network, wspierany przez Jump Crypto, koncentruje się na wysokiej częstotliwości kanałów cenowych od instytucjonalnych animatorów rynku. API3 stosuje podejście oracle pierwszej strony, umożliwiając dostawcom danych prowadzenie własnych węzłów oracle zamiast polegania na zewnętrznych pośrednikach. Chronicle, pierwotnie zbudowany dla MakerDAO, zapewnia infrastrukturę oracle dla największego zdecentralizowanego stablecoina.

Rynek nie zbiegł się w kierunku standardu wielu oracle w taki sposób, w jaki zbiegł się w kierunku wdrożeń na wielu łańcuchach. Większość protokołów używa jednego dostawcy oracle. To, czy ta koncentracja stanowi ryzyko systemowe, czy po prostu naturalny wynik efektów sieciowych i historii bezpieczeństwa, jest otwartą debatą o istotnych implikacjach dla odporności DeFi.

Czego ten artykuł nie obejmuje

Ten artykuł nie obejmuje szczegółowo ekonomiki tokenów sieci oracle. Tokeny LINK, PYTH i API3 mają różne mechanizmy stakingu, nagród i zarządzania, które wpływają na bezpieczeństwo oracle i wyrównanie zachęt. Te mechanizmy zasługują na osobną analizę.

Ten artykuł nie odnosi się do powstającej kategorii oracle AI, systemów wykorzystujących modele uczenia maszynowego do generowania prognoz zamiast przekazywania zaobserwowanych danych. Oracle AI wprowadzają fundamentalnie inny model zaufania i są na zbyt wczesnym etapie, aby można było je jednoznacznie ocenić.

Ten artykuł nie analizuje szczegółowej architektury inteligentnych kontraktów żadnej sieci oracle w komponentach on-chain. Bezpieczeństwo oracle zależy częściowo od infrastruktury off-chain, a częściowo od poprawności kontraktów on-chain, a audyt tych kontraktów wymaga poziomu technicznej głębi wykraczającego poza zakres tego artykułu.

Praktyczne kontrole przed zaufaniem oracle

Zweryfikuj liczbę źródeł danych. Kanał cenowy agregujący dane z 21 niezależnych źródeł jest bardziej odporny niż ten agregujący z trzech. Większość pulpitów nawigacyjnych oracle publikuje te informacje. Jeśli protokół, którego używasz, nie ujawnia liczby źródeł danych oracle, to jest sygnał.

Sprawdź częstotliwość aktualizacji. Niektóre kanały oracle aktualizują się przy każdym bloku. Inne aktualizują się tylko wtedy, gdy cena odchyli się o próg, zazwyczaj 0,5% do 1%. Protokół pożyczkowy korzystający z kanału aktualizowanego co godzinę jest narażony na szybkie ruchy cen, które występują między aktualizacjami. Próg odchylenia i interwał pulsu mają znaczenie dla każdego protokołu, w którym czas likwidacji jest krytyczny.

Potwierdź, że oracle jest zewnętrzny, a nie on-chain. Jeśli protokół DeFi czerpie swoje ceny z własnej puli płynności lub z pojedynczego DEX, jest podatny na manipulację flash loanami, niezależnie od tego, jak zdecentralizowany jest bazowy blockchain. Zewnętrzne sieci oracle agregujące dane off-chain są bardziej odporne na ten wektor ataku.

Szukaj mechanizmu awaryjnego. Dobrze zaprojektowane protokoły implementują mechanizmy awaryjne oracle. Jeśli główny kanał oracle przestanie się aktualizować, protokół powinien mieć zapasowy kanał lub wyłącznik awaryjny, który wstrzymuje operacje zamiast działać na nieaktualnych danych. Protokoły bez mechanizmów awaryjnych są oddalone o jedną awarię oracle od kaskadowych likwidacji opartych na błędnych cenach.

Przeczytaj historię incydentów oracle. Każda większa sieć oracle doświadczyła przestojów, opóźnionych aktualizacji lub awarii w przypadkach brzegowych. Sieć, która nigdy nie doświadczyła incydentu, jest albo zbyt nowa, aby została przetestowana, albo zbyt mała, aby była celem ataków. Liczy się to, jak incydenty zostały obsłużone i jakie zmiany architektoniczne nastąpiły po nich.