Son zamanlarda; blok zinciri tabanlı kripto para ödeme sistemleri (bitcoin, ethereum) oldukça popüler olmuştur. Merkezi olmayan eşler arası (P2P: Peer to Peer) ağ yapısına sahip olan bu sistemde tüm işlemler, sadece ekleme yapılabilen bir ana defterde (ledger) tutulmaktadır. Madenciler ise bu ağ yapısındaki düğümleri oluşturmaktadır, her madenci defterin yerel kopyasına sahiptir.

Blok zincirinde, Çalışma İspatı (PoW: Proof of Work) uzlaşma algoritması işlemi onaylamakta ve zincire yeni blok eklenmesine izin vermektedir. Ödülü almak için, madenciler eşler arası ağda işlemi tamamlamak için birbirleriyle yarışırlar. Ödül sistemi, blok zinciri kullanan bitcoin’i popülerleştirmiş, fakat aynı zamanda saldırganların blok zincirine ilgisini artırmıştır.

Saldırganlar tarafından blok zincirinin madenci havuzuna ve ağ yapısının güvenliğine farklı saldırılar yapılmıştır. Bu makalede, blok zinciri altyapısına karşı mevcut saldırılar sunulmuştur. İlk bölümlerde, P2P mimarisine, uzlaşma protokolüne ve işlemlere yönelik saldırı tipleri araştırılmıştır.

Son bölümde de blok zinciri altyapısında kullanılan kriptografinin geleceği üzerinde tartışılmış ve Post Kuantum Kriptografi’nin etkilerinden bahsedilmiştir.

1. GİRİŞ (INTRODUCTION)

İnternet üzerinden para transferi, günümüzde insanların işlerini büyük oranda rahatlatan teknolojik olanaklardan biridir. Özellikle e-ticaretin popülerleşmesiyle ürün ve hizmetlerin internet üzerinden farklı ödeme seçenekleriyle temin edilebilmesi yeni bir ekonomi doğurmuştur. E-ticarette en çok tercih edilen ödeme tekniği olan kredi kartı, hayatımızı büyük oranda rahatlatmıştır. Bankaya gidip sıra bekleme, mesai saatlerine göre hareket etme, ekstra masraflar ödeme derdinden müşterileri kurtardığı gibi, bankayı da aşırı iş yükünden, çalıştırılan fazla personel maaşından, kira vb. şube giderlerinden kurtarmıştır.

7/24 aktif olan internet bankacılığı, kısa sürede birçok işlemin kolaylıkla gerçekleştirilmesini sağlamıştır. Banka şubeleri, internet üzerinden henüz gerçekleştirilmeyen birçok işlem için gerekse de, internet bankacılığı şubelerin yükünü de hafifletmiştir. Hayatımızın dijital hale gelmesinin getirdiği kolaylık, pratiklik ve hızlılık geniş kitleler tarafından kabul görünce, farklı ödeme teknikleri geliştirilmiştir.

Özellikle uluslararası ticarette ödenen ekstra masraflar, işlemlerin yavaş ilerlemesi, pratik olmaması alternatif ödeme şekillerinin geliştirilmesine neden olmuştur[1]. Fakat bankalar gibi finansal birimler sistemin vazgeçilmez bir unsuru olmaya halen devam etmektedir. Alıcı ve satıcı birbirine güvenmemekte, bankaya güvenmektedir. Çünkü bankalar ticaret yapan taraflar arasındaki tüm işlemleri kayıt altına almaktadır, herhangi bir anlaşmazlıkta devreye girerek problemleri çözmektedir.

Örneğin, satıcı parayı alıp ürünü göndermeyebilir, alıcı ürünü aldığı halde “Almadım” diyebilir. Dürüst olmayan satıcıya ve alıcıya karşı farklı koruma mekanizmaları vardır. Sonuçta uluslararası ticarette izlenmesi gereken birçok zorunlu prosedür bulunmaktadır. Bankalar, iki taraf arasında yer almanın karşılığında bir bedel talep etmektedir. Özellikle uluslararası para transferi yavaş olduğundan, vergisiz, hızlı ve düşük masraflı kripto para gündeme gelmiştir.

Dijital para kavramı ilk defa 1982 yılında Chaum tarafından önerilmiştir[2]. Şu an piyasada 1565 farklı kripto para[3] bulunmaktadır ve her geçen gün artmaktadır, 606 milyar dolar pazar hacmine sahiptir. Kripto paralardan en popülerlerinden birisi olan bitcoin’in toplam sermaye büyüklüğü 115 milyar dolardır[4].

Kripto paraların altyapısında blok zinciri yapısı yer almaktadır. Blok zinciri, 2008 yılında Satoshi Nakamoto takma adlı bir kişi tarafından, merkezi sistemlerin sıkıntılarından dolayı önerilmiştir[5]. Eşler arası (P2P) ağı kullanan sistemde, bir merkez olmadan bir taraftan diğer tarafa elektronik ödeme yapılabilmekte ve işlem kayıtları her düğümde yer alan veri tabanlarında yerel kopya olarak tutulmaktadır.

Bankalar gibi güvenilir bir finansal otorite yoktur. Sistemin güvenliği kriptografi kullanarak sağlanıp, hızlı şekilde alışveriş hedeflenmektedir. Şekil 1’de bankaların kullandığı yıldız ağ yapısına benzeyen merkezi yapı ve blok zinciri sisteminin kullandığı merkezi olmayan eşler arası ağ yapısı görülmektedir.

a) Merkezi yapı b) Merkezi olmayan yapı c) Dağıtık Yapı
Şekil 1. Merkezi, merkezi olmayan ve dağıtık ağlar. (Centralized, decentralized and distributed networks)

Makalenin geri kalanı şöyle organize edilmiştir: Bölüm 2’de blok zinciri altyapısını anlamak için kriptografi terimlerine değinilmiş, Bölüm 3’de blok zincirini oluşturan elementler üzerinde durulmuş, Bölüm 4’de blok zincir uygulamalarına değinilmiş, Bölüm 5’te bitcoin ve blok zincirine yapılan saldırılar detaylı şekilde anlatılmış, Bölüm 6’da saldırılara karşı savunma önerileri sunulmuştur.

---

2. KRİPTOGRAFİ (CRYPTOGRAPHY)

Blok zinciri altyapısını anlamak için mesaj özütü algoritmaları, tek anahtar şifreleme, çift anahtar şifreleme ve sayısal imza kavramlarına kısaca değinilmiştir.

---

2.1. Mesaj Özütü Algoritmaları (Hash Algorithms)

Mesaj özütü algoritmaları, girdi metni ne kadar büyük olursa olsun, sabit uzunlukta bir çıktı üreten algoritmalardır. Mesaj özütü algoritmaları tek yönlü algoritmalardır. Yani, üretilen bir çıktıdan tekrar orijinal metne dönmek imkânsızdır. Orijinal metin içerisinde yapılan en küçük değişiklik bile algoritma çıktısını etkilemekte ve sonucu değiştirmektedir.

Mesaj özütü algoritmaları sayısal imza altyapısında kimlik doğrulama için ve iletilen mesajda bütünlük kontrolü için sıklıkla kullanılırlar. Birçok mesaj özütü algoritması geliştirilmiştir. Örneğin, MD5 algoritması 128 bit, SHA-1 algoritması 160 bit, RIPEMD algoritması 160 bit, SHA-256 (SHA-2) algoritması 256 bit büyüklüğünde bir çıktı üretmektedir.

Son olarak, 2015 yılında NIST tarafından yapılan yarışmada SHA-3 standardı olarak kabul edilen ve 3GPP ağlarda kullanılan KECCAK algoritması 512 bit uzunlukta çıktı üretmektedir. Özüt algoritmalarında en önemli ölçüt çakışma olmamasıdır. İki farklı metin mesaj özütü algoritmasından geçirildiğinde aynı sonuç elde ediliyorsa, çakışma oluşmuş demektir ve o algoritma artık kullanılmaz. SHA-1 ve MD5 gibi algoritmalarda çakışmalara rastlandığından artık kullanılmamaktadır.

Bitcoin kripto para sisteminde kullanılan özüt algoritması SHA-256’dır. Bitcoin adresi üretilirken ise SHA-256 ve RIPEMD 160 algoritmaları kullanılmaktadır. Diğer para birimleri ise Scrypt, Blake-256, CryptoNight, HEFTY1, Quark, SHA-3 ve scrypt-jane gibi algoritmaları kullanmaktadır. Mesaj m, h() özüt alma fonksiyonu, t ise özüt sonucu olsun. Matematiksel olarak özüt işlemi t = h(m) ile gösterilir.

---

2.2. Tek Anahtar Şifreleme (Single Key Encryption)

Tek anahtar şifrelemede, mesajları şifreleme ve şifre çözme işleminde aynı anahtar kullanılır. Eğer bu anahtar ele geçirilirse tüm mesajlar çözülebilir. Bu şifreleme tarzı “Gizli Anahtar Şifreleme (Secret Key)” ya da “Simetrik Anahtar (Symmetric Key)” şifreleme olarak da adlandırılır.

Tek anahtar şifrelemede, fiziksel iletişimi olmayan iki taraf arasında anahtar dağıtımı bir problemdir. Bu tarzda çalışan algoritmalara örnek olarak AES, DES, 3DES ve RC5 şifreleme algoritmaları verilebilir.

AES algoritması; sağlamlık, donanım ve yazılım üzerinde hızlı çalışma gibi birçok kriter baz alınarak, NIST tarafından yüzlerce algoritma içinden seçilen Rijndael algoritmasıdır. 128, 192 ve 256 bit anahtar uzunluklarında çalışabilir. Anahtar uzunluğu ne kadar fazla ise sistemin güvenliği o oranda artar, fakat işlemler büyük anahtar boyutlarında daha yavaş yapılır. Şifreleme ve şifre çözme işlemleri çift anahtarlı sisteme göre hızlıdır.

Bu algoritmalar, blok tabanlı ve akış (stream) tabanlı olmak üzere iki kısma ayrılır. Akış algoritmaları, bit tabanlı çalışır ve donanım üzerinde daha hızlı işlem yapmak için geliştirilmiştir. Örneğin, GSM/3G güvenliğinde A5/1 ve A5/2 kullanılmıştır. RC4 algoritması ise kablosuz şifreleme için modemlerde (WEP, WPA) standartlarında, Bittorrent şifreleme protokolünde ve Microsoft Office XP içinde kullanılmıştır, fakat artık güvenli değildir.

Blok tabanlı algoritmalar ise sabit uzunluktaki bit grubu üzerinde işlem yapar. Genelde yazılım üzerinde kullanılmakla birlikte, gelişen donanım teknolojileri ile KASUMI ve AES-128 gibi algoritmalar 3G ve 4G ağlarda kullanılmaktadır.

Şifrelenecek mesaj m, kullanılan anahtar k, şifreleme fonksiyonu e(), şifre çözme fonksiyonu d(), şifreli metin sonucu c ise;

• Şifreleme işlemi: c = e?(m)
• Şifre çözme işlemi: m = d?(c)

Bu ifadelerde aynı anahtar (k) kullanılmıştır.

---

2.3. Çift Anahtar Şifreleme (Double Key Encryption)

Mesajları şifreleme için bir anahtar, şifreyi çözmek için başka bir anahtar kullanılır. Bu tarz şifreleme “Asimetrik Anahtar” ya da “Genel Anahtar” şifreleme olarak da adlandırılır.

Bu şifreleme yönteminde, genel anahtar (public key) şifreleme ve sayısal imzayı doğrulamada, özel anahtar (private key) ise şifre çözme ve sayısal imzayı oluşturmada kullanılır. Farklı anahtarlar kullanıldığı için anahtar dağıtımı, simetrik şifrelemeye göre daha rahattır.

Genel anahtar herkese açıktır ve şifreleme veya sayısal bir imzayı doğrulamak için kullanılır. Özel anahtar ise gizlidir ve kimseye verilmez. Şifre çözme ve imzalama işlemleri için kullanılır.

Bu algoritmalara RSA, Elgamal, Eliptik Eğri ve McEliece örnek verilebilir. RSA, en çok bilinen çift anahtar şifreleme algoritmasıdır. Ancak RSA algoritması hantaldır. Günümüzde, eliptik eğri düşük anahtar boyutlarında güvenli şifreleme sağladığı için daha çok tercih edilmektedir.

Şifreleme işlemi şu şekilde ifade edilir:

• Şifreleme işlemi: c = e?genelk?(m)
• Şifre çözme işlemi: m = d?ozelk?(c)

---

2.4. Sayısal İmza (Digital Signature)

Sayısal imza işleminde, önce mesaj bir mesaj özüt algoritmasından geçirilir ve sabit uzunlukta bir mesaj özütü elde edilir (örneğin, 256 bit). Daha sonra bu mesaj özütü, özel anahtar ile imzalanarak sayısal imza oluşturulur. Ardından, karşı tarafa orijinal mesaj ile iletilir.

Mesaj m, özüt fonksiyonu h(), özüt sonucu t, imzalama fonksiyonu s(), genel anahtar genelk, özel anahtar ozelk, sayısal imza y olarak ifade edilirse:

• İmza oluşturma: t = h(m), y = s?ozelk?(t)
• Doğrulama: t' = h(m), t = s?genelk?(y)

Eğer t = t' ise imza doğrulanmıştır; aksi takdirde mesaj veya imza değişmiştir.

Şekil 2’de, gönderenin özel anahtarını kullanarak sayısal imza oluşturma işlemi gösterilmektedir.

 

 

Sayısal imzayı ve mesajı alan karşı taraf aşağıdaki adımları takip eder:

1. Mesaj Özütü Elde Etme:
   Alıcı, kendisine gelen mesajı mesaj özütü algoritmasından geçirir. Bu işlem sonucunda mesajın özütü (t') elde edilir.

2. Sayısal İmzayı Doğrulama:
   Alıcı, göndericiden gelen sayısal imzayı, göndericinin genel anahtarını (genelk) kullanarak çözer. Bu işlem sonucunda sayısal imzadan gelen özüt değeri (t) elde edilir.

3. Karşılaştırma:
   Alıcı, ilk adımda elde ettiği özüt değeri (t') ile sayısal imzadan elde edilen özüt değerini (t) karşılaştırır.

   • Eğer t = t' ise mesajın bütünlüğü ve göndericinin kimliği doğrulanmış olur.
   • Eğer değerler uyuşmuyorsa mesajın değiştirildiği veya göndericinin kimliğinin doğrulanamadığı anlaşılır.

Bu işlem, mesajın bütünlüğünü ve güvenilirliğini garanti altına alır.

 

(iii) Birinci ve ikinci adımlarda elde edilen mesaj özütlerini karşılaştırır. Eğer sonuçlar aynı ise sayısal imza işlemi doğrudur.

Kripto para işlemlerinde, alışveriş işlemi müşteri tarafından imzalanır. Karşı taraf, yani satıcı, bu imzayı müşterinin genel anahtarıyla doğrular.

---

3. BLOK ZİNCİRİ (BLOCKCHAIN)

Blok zinciri, uzlaşma (consensus) algoritmalarıyla birçok site, ülke ve/veya enstitü arasında kopyalanmış, paylaşılmış ve senkronize edilmiş bir veri yapısıdır. Ağda meydana gelen her olay, düğümler tarafından doğrulanır ve kaydedilir.

Blok zincirinde ilk başlangıç bloğuna “genesis blok” adı verilir. Her blok, kendinden önceki bloğun özüt (hash) algoritmasından geçirilmiş içeriğini içerir. Bu sayede sistemdeki herhangi bir işlemi değiştirmek isteyen bir kişi, geriye doğru tüm blokların özüt sonuçlarını tekrar hesaplamak zorundadır.

Bu işlem pratik olarak imkânsızdır, çünkü hesaplanan sonuçların tüm madencilerde aynı olması gerekir.

Blok içeriği aşağıdaki tabloda görüldüğü gibidir. Bir blok içerisinde birden fazla işlem olabilir[6].

Sihirli Sayı: Blok zincirini tanımlayan eşsiz sayı, sonraki tüm bloklar için sabit kalır.
Blok boyutu: Bloğun sonuna kadar takip eden bayt sayısı.
Sürüm Numarası: Blok format biçimi.
Önceki blok bağlantısı: Önceki bloğun özütü.
İşlem Özütü: Merkle ağacının kök düğümü, ağaçtaki tüm özüt çiftlerinin bir torunu. Kök düğüm, bloktaki tüm işlemlere bağlı 256 bit özüttür.
Zaman Damgası: Bloğun oluşturulduğu zaman.
Kazma Güçlüğü: Yeni blok bulmanın bağıl zorluk ölçüsü. Zorluk, ağdaki madencilerin ne kadar özüt gücü harcadığının bir fonksiyonu olarak periyodik şekilde güncellenir.
bks(Nonce): Bir defa kullanılan sayı (bks), PoW hesaplamasında kullanılır.
İşlem Sayısı: Bu bloktaki işlem sayısı.
İşlemler: İşlemler listesi (boş olmaz).

Blok zinciri sisteminde her kullanıcı kendi bilgisayar kaynaklarını kullanır. Ağdaki her bir düğüm tüm defter kaydının tam kopyasına sahiptir.

---

3.1 Akıllı Sözleşmeler (Smart Contracts)

Blok zincirinde depolanan ve önceden belirlenmiş şartlar gerçekleştiğinde otomatik olarak çalıştırılan kod satırlarıdır. En basit ifadeyle, geliştirenler tarafından çalışmak üzere ayarlanmış programlardır. Akıllı sözleşmelerin faydası en çok iş anlaşmalarında görülmektedir, tarafların üzerinde mutabık kaldığı sözleşmelere herhangi bir noter vs. gibi üçüncü taraf olmadan uyma zorunluluğu getirmektedir. Akıllı sözleşmeler sayesinde, günlük hayatta ev, araba alırken karşılaştığımız zor ve uzun işlem süreci kolaylaşacak ve hızlanacaktır. Ayrıca aracı kurum ve kişilerin sayısı da azalacaktır, çünkü doğrulama işlemlerini yapacak kişilerin yerini kodlar alacaktır.

---

3.2 Madencilik (Mining)

Blok zincirine bir blok içinde yeni bir işlem kaydı eklenmesi aktivitesine madencilik adı verilir. Bloktaki ilk işlem, para tabanı (coinbase) işlemi olarak adlandırılır. En son blok zincirine yeni eklenen blok, tüm düğümlere gönderilir, böylece sistemin kaydı tüm düğümlerce tutulmuş olur. Her blok üretiminde yeni bitcoin’ler yayınlanır ve bloku ekleyene ödül olarak verilir. Kullanıcı, kendi bilgisayar kaynaklarını kullanarak işlemleri doğrular ve ödemeleri kaydeder. Oluşturulan ödeme işleminin karşılığında ödül olarak bitcoin kazanır. Her 210.000 blokta bir ödül yarıya düşmektedir. İlk başta 50 BTC iken şimdi 6.25 BTC civarıdır. Madenciler, hesaplama gücü için CPU, GPU, FPGA ve ASIC gibi donanımları kullanabilirler, ya da bulut hesaplama aracılığı ile madencilik yapabilirler. CPU ve FPGA yavaş olduğundan, paralel işlem yapan GPU, ya da özüt için özel geliştirilmiş, daha hızlı ASIC donanımları kullanılmaktadır.

---

3.3 Uzlaşma Protokolü (Consensus Protocols)

Merkezi bir birimde kararlar tek bir lider tarafından verilir. Merkezi olmayan eşler arası kullanan P2P gibi bir yapıda, lider olmadığından kritik kararların verilmesi için uzlaşma (consensus) protokolü kullanılmaktadır. Aslında uzlaşma, en basit ifadeyle bir gruptaki kullanıcıların çoğunluk oyları ile grubun faydasına olacak şekilde karar verilmesidir. Uzlaşma protokolleri de güvenlik ihtiyacından doğmuştur. Çok sık karşılaşılan, ağ üzerinden giden mesajların değiştirilmesi söz konusu olabilir, örneğin 4 BTC göndermek isteyen bir kullanıcının mesajı ağda 40 BTC olarak değiştirilebilir. Bu durumu önlemek için Satoshi Nakamoto, PoW ismini verdiği protokolü önermiştir.

---

3.3.1 PoW Uzlaşma Protokolü (PoW Consensus Protocol)

Çalışma İspatı (PoW-Proof of Work) protokolü, Bitcoin’de blok zincirinin en önemli elementlerinden biridir. Bu protokolün çalışmasını adım adım şöyle açıklayabiliriz:

i. Onaltılık sistemde rastgele bir sayı seçilir, buna bir defa kullanılan sayı (bks) adı verilir. Aşağıdaki şekilde mavi blok içinde görülen 0 değeri, bks değerini ifade etmektedir. Blok başlangıcına bks eklenerek “hizmet reddi (DOS- Denial of Service)” saldırılarına karşı sistem korunmuş olur.

ii. Daha sonra metin ile bks birleştirilir ve sonuca bakılır. Örneğin özüt sonucu, başta 6 tane sıfır ile başlayacak denebilir. Bitcoin, PoW algoritmasını HashCash ismiyle kullanır.

iii. Ardından eğer 6 tane sıfırla başlayacak mesaj özütü elde edilmişse gönderilir, değilse sürekli bks sayısı değiştirilerek istenilen özüt elde edilene kadar uğraşılır, bu işlem büyük hesaplama gücü ve zaman gerektirir, PoW’da buna bulmaca (puzzle) çözme işlemi denir.

iv. Mesaj karşı tarafa iletilince kaç tane sıfırla başlayıp başlamadığına bakılır eğer ağda değiştirilmişse, özüt değişeceğinden içeriğin değiştiği anlaşılmış olur.

Bu algoritma yüksek grafik işlemci gücü gerektirdiğinden, fazla kaynak harcamaktadır. Ayrıca ödül problemi çözen tek kişiye verildiği için madenciler birbirleriyle yarışırlar ve çok fazla enerji tüketilmiş olur. PoW’ün en çok eleştirilen noktası da fazla tüketilen enerjidir. Diğer bir eleştirilen yanı da PoW’un yavaş olmasıdır; yeni eklenen bir blokun doğrulaması 10 dakika sürmektedir. Klasik kredi kartları hemen çekim yaparken, PoW için beklenen bu süre eleştirilmektedir. Bu duruma göre yılda en fazla 365 x 24 x 6 = 52.560 blok dâhil edilebilmektedir.

Doğrulama işlemini hızlandırmak için Sompolinsky ve arkadaşları tarafından GHOST protokolü önerilmiştir. En iyi zinciri bulmak için düğümlerin yollarını değiştirerek, saniyedeki işlem sayısını (TPS) artırmak amaçlanmaktadır. GHOST protokolünü bir türevi de Ethereum projesine uygulanmıştır. Fakat, bu protokolün hızlı işlem yapması, ileride değinilecek olan çift harcama gibi saldırıların yapılmasını kolaylaştırmakta, güvenlik açıkları doğurmaktadır. Bu sorunu çözmek için daha sonra önerdikleri DAG (Yönlü Düz Ağaç) yaklaşımı ile GHOST protokolünde hızlı işlem yapmadan dolayı yaşanan sorunlar çözülse de, “tersine işlem yapabilme” saldırganların düşük maliyette saldırı gerçekleştirmelerine neden olmuştur.

---

3.3.2. PoS Uzlaşma Protokolü (PoS Consensus Protocol)

PoW’u Bitcoin kullanırken, Hisse İspatı (PoS-Proof of Stake) protokolünü Ethereum kripto para sistemi kullanır. PoW protokolü çok fazla enerji tüketip, sistem kaynaklarını boşa harcarken, PoS’un çok fazla enerji tüketmesine gerek yoktur. PoS blok zinciri ağında, katılımcıların ellerinde tuttukları oran kadar madencilik hakkı verir. Madenciler blokları kazmak için, belirlenen eşik değerinin üzerinde bir miktar kadar parayı ellerinde tuttuklarını göstermek zorundadır. PoS protokolünde, büyük miktarda parayı elinde tutan kişinin saldırmak için parasını riske atması gerektiğinden, bu işlem de pahalıya geldiğinden, kötü niyetli saldırılara karşı koruma sağlanmış olur. Ayrıca, elinde büyük miktarda hisse bulunan kişi, çift harcama gibi saldırılarla sisteme zarar vermeyecektir. Böyle saldırılar, zamanla kripto para değerini ve hisse değerini düşürecektir.

---

3.4. Madenci Havuzu (Mining Pool)

Hesaplama gücünü artırarak, blokların doğrulama zamanını etkilemek ve daha fazla ödül kapmak amacıyla madencilerin birleşerek oluşturdukları yapılardır. Madenci havuzları, çözülmemiş işlem birimlerini havuz üyelerine (madenciler) ileten, havuz yöneticisi tarafından kontrol edilir. Madenci yeni bir blok keşfettiği zaman, FPoW protokolü aracılığıyla havuz yöneticisine gönderir. Havuz yöneticisi, ödülü almak amacıyla bitcoin ağında yayınlar. Havuz Yöneticisi, ödülü katılan madenciler arasında paylaşım oranına göre dağıtır. Böylece, havuzdaki üyeler PPoW protokolüne göre ödüllendirilmiş olur, PPoW’un Bitcoin sistemde gerçek bir değeri yoktur.

---

3.5. GPU ve ASIC Donanımları (GPU and ASIC Hardware)

Bilgisayar kaynaklarının güçlülüğü ile kazanılan ödül arasında paralellik vardır, yani blok zincirine hesaplama gücü daha yüksek olan avantaja sahiptir. Madencilik işleminde bilgisayar merkezi işlem birimi (CPU) yerine ekran kartı grafik işlem birimi (GPU) kullanılır. GPU’lar yani grafik işlemci birimleri, matematiksel problemleri çözmede, işlemcilere (CPU) göre daha verimlidir. Tek bir GPU çekirdeği, CPU çekirdeğinden daha yavaş çalışır. Fakat GPU’da çok fazla işlemci paralel olarak işlem yaptığından hız artar. 2013 yılından itibaren ise, mesaj özütü alma işlemini daha hızlı yapabilmek için ASIC adı verilen özel donanımlar tasarlanmıştır. ASIC, “uygulamaya yönelik tümleşik devre” anlamına gelmektedir.

ASIC, en iyi CPU’dan 100.000 kat daha hızlıdır. Mesaj özütü alma işlemine odaklı olduklarından aşırı ısınırlar ve soğutulmaları için fan gerektirir, bu da aşırı gürültü demektir. Ayrıca, bu donanımlar fazla güç çektiğinden elektriğin fazla tüketilmesine ve elektrik faturasının yüklü gelmesine neden olurlar.

---

3.6. Bitcoin

Kripto para birimleri içinde en popüler olanıdır, geliştirildiği 2009 yılından beri şirketlerin, devletlerin ilgisini çekmiştir. Üçüncü bir güvenilir otorite olmadan rahatlıkla çalışır. Sahibi bitcoin üzerinde tam yetkiye sahiptir, banka gibi herhangi bir birime sormadan istediği zaman istediği yere harcayabilir. Açık kaynak bir sistemdir ve kimsenin kontrolünde değildir. Bitcoin, diğer para birimleriyle değiştirilebilir, ürün ve hizmet satın alınması yapılabilir. Kullanıcılar gerçek isimlerini yayınlamayabilirler, tamamen anonim bir yapı hâkimdir, tüm hesap işlemleri isteyen herkes tarafından görülebilir. Bitcoin kullanıcıları, işlemler oluşturarak bitcoin’i kullanıcılar arasında transfer ederler. Hedef adres ya da Bitcoin adresi olarak adlandırılan adres, kullanıcının genel anahtarı ile tersine dönülemez özüt fonksiyonları (SHA 256 ve RIPEMD 160) vasıtasıyla gerçekleştirilir. Şekil 6’da bitcoin adresi oluşturma adımları görülmektedir.

---

3.7. Cüzdanlar(Wallets)
Bitcoin’de en küçük para birimi Satoshi’dir. Bir bitcoin’in
yüz milyonda biridir. 1 satoshi=0.00000001 BTC’dir.
Başka bir deyişle 1 BTC = 100.000.000 Satoshi’dir.
Bitcoin’de bir kullanıcının birden fazla genel anahtar ile
üretilmiş birden fazla adresi olabilir, bu adresler bir veya
daha fazla cüzdanda saklanabilir. Bitcoin’i harcayabilmek
için kullanıcı kendi özel anahtarı ile işlemi imzalamalıdır.
Eliptik Eğri Sayısal İmzalama Algoritması (ECDSA) ile
imzalama işlemi gerçekleştirilmektedir. Eliptik Eğri
(ECC) algoritmasının kullanılma nedeni, RSA
algoritmasına göre küçük anahtar boyutunda daha fazla
güvenlik sağlamasıdır.

4. BLOK ZİNCİRİ UYGULAMA ALANLARI
(APPLICATIONS OF BLOCKCHAIN)
Devletler, üniversiteler, şirketler, hastaneler arasındaki
tüm işlemler blok zincirinde tutulabilir. Blok zincirinin
evrimsel gelişim sürecini kaynaklar üç kısma
ayırmaktadır.
? Blok Zinciri 1.0 – Para transferi, havale ve
dijital ödeme
? Blok Zinciri 2.0 – Akıllı Sözleşmelerin
gelişmesiyle birlikte, hisse senetleri,
tahviller, vadeli işlemler, krediler, ipotek
gibi piyasalarda ve finansal işlemlerde
? Blok Zinciri 3.0 – Para ve maliye
piyasalarının haricindeki hükümet, sağlık,
bilim, kültür sanat alanlarda
kullanılmaktadır[17].
Blok zincirinin getirdiği avantajlardan dolayı birçok
uygulama alanı bulmuştur. Kriptografi teknikleriyle
belgeleri, sözleşmeleri vb. değerleri koruması nedeniyle
blok zinciri sağlık, emlak, otomotiv gibi alanlarda sıklıkla
kullanılmaya başlamıştır. Herkese açık, şeffaf yapısından
dolayı, tarafların birbirilerinin işlemlerinden haberdar
olması ve bu sayede dolandırıcılık faaliyetlerinin
azaltılması hedeflenmektedir. Blok zincirine
yapılabilecek eklemeler ile sürekli genişleyebilir, kalıcı
bir yapı oluşturabilme sağlanmıştır. Şirketler ve devletler
için ucuz hizmet sağlama, verimliliği ve kullanışlılığı
artırma, yeniliklere açık esnek bir sistem oluşturma gibi
pozitif faktörlerden dolayı farklı sektörlerde sorunlara
çözüm önerisi olarak sunulmaktadır[18].
Akıllı şebekeler, nesnelerin İnterneti(IoT), akıllı şehirler,
taşıtlar arası ağlar, sağlıkta veri yönetimi uygulamaları
gibi gelecek nesil teknolojiler, blok zinciri ve uzlaşma
protokolü ile gelişecektir.
5. BLOK ZİNİCİRİ VE BITCOIN GÜVENLİĞİ
(BLOCKCHAIN AND BITCOIN SECURITY)
Bazı özel durumlar ve saldırılar hariç, çoğu durumda blok
zincir altyapısı, iç mekanizmalarıyla kendi güvenliğini
sağlar. Bütün sistemi tek bir merkezde toplayıp o
merkezin güvenliğini sağlamak daha zordur. Örneğin
hizmet reddi (DDOS) saldırısı tek bir merkeze çok kolay
yapılabilir, fakat merkezi olmayan, her düğümde tüm
kayıtların bulunduğu bir sisteme DDOS saldırısı
yapmanın anlamı olmayacaktır.
Saldırıların dışında bir ülke blok zincirini kendi denetimi
altına almak isteyebilir, örneğin bir devlet, X kişisi
tarafından yapılan işlemleri engellemek istesin. Ağın
%100 sahibi olmadıkça, bu mümkün değildir, blok
zincirinde elbet bir madenci, X kişisinin işlemini blok
zincirine dâhil edecektir. Sadece belli bir süre gecikme ve
rahatsızlık yaşanacaktır, fakat sonuç değişmeyecektir.
Diğer taraftan, bitcoin gibi kripto para sistemleri aşağıda
değineceğimiz bazı saldırılara ve potansiyel risklere karşı
açıktır.

5.1. Goldfinger veya %51 Saldırısı (Godfinger and 51% Attack)
Bir organizasyonun veya kişinin bitcoin ağ
madenciliğinin büyük çoğunluğunu kontrol etmesidir.
Bitcoin’in güvenliği, madencilik işiyle uğraşanlar
tarafından çoğunluk olarak doğrulanmış bir kayıt olan
blok zinciri tarafından sağlanır. Bitcoin düğümleri geçerli
blok zinciri üzerinde birbirlerini doğrularlar. Eğer
madencilerin çoğu tek bir varlık(kişi veya kurum)
tarafından kontrol edilirse, hangi işlemin onaylanıp
onaylanmayacağına bu varlık karar verebilir[19].
Örneğin Ocak 2014’de Ghash isimli bitcoin madenci
havuzu %42-%47 arası bir orana ulaşmıştır.
Bir kişi veya gurup, zincirin %51’ini ele geçirdiğinde
hileli işlemler yapabilir, örneğin diğer işlemleri
onaylamayıp, sadece kendi bitcoin’lerini birçok defa
onaylayarak çift harcama yapabilir, başkalarının
varlıklarını çalabilir. %51 saldırısı, teorik olarak mümkün
olan, fakat çok düşük olasılıkla gerçekleşebilecek bir
saldırı türüdür[17,18].
Normalde bir kişinin kazanabileceği bir değere saldırması
mantıklı değildir. İyi tarafta olup, blok doğrulamak daha
faydalı bir iştir. Türev ve vadeli işlemler piyasası ile blok
zincirine saldırarak kazanma pozisyon alınabilir. James
Bond’un Goldfinger filmindeki olaylara benzetilerek, bu
saldırı şekli Goldfinger Saldırısı olarak da anılmaya
başlanmıştır, Ayrıca, ağın %50’den fazlasına rüşvet
vererek vb. yollarla sahip olunabilir, rüşvet saldırısı ayrı
başlık altında incelenmiştir.
Bu saldırıya karşı savunma mekanizması olarak;
(i) her bir işlem tam olarak tamamlanmadan
yapılacak doğrulama sayısı artırılabilir.
Örneğin, %51 saldırısına karşı, Feathercoin
doğrulamayı 6’dan 100’e çıkarmış,
Reddcoin satıcıları ise doğrulamayı 6’dan
60’a çıkarmıştır.
(ii) Saldırı yapan varlık boykot edilebilir, özüt
oranı %51 altına düşürülebilir.
(iii) Blok içerisinde tutulan işlemler arasında da
blok zinciri benzeri bağlantı kuran 2P-
PoW[22] kullanılabilir. Bu protokolde ile
her işlem bir önceki işlemin özütünü tutar ve
saldırı meydana geldiğinde sorun anlaşılır.
(iv) Teorik bir çözüm olarak, büyük havuzların
DDOS ile saldırı yapan varlığı
yavaşlatılarak, özüt oranı düşürmesi
sayılabilir[23].
5.2. Çift Harcama Saldırısı (Double Spending Attack)
Bitcoin ağında iki farklı parasal işlemde aynı bitcoin
harcaması eş zamanlı olarak gerçekleşirse, çift
harcama(double spending) meydana gelebilir. Örneğin,
art arda gönderilen iki farklı işlem çakışabilir.
X kötü niyetli bir müşteri olsun, U üreticisinden ürün
almak istesin, bu kişinin oluşturduğu alış işlemi için ????????
????
gibi bir işlem oluşturarak, z zamanında Bc bitcoin

kümesini kullanmak isteyebilir. X, bitcoin ağında ????????
???? ‘i
yayımlar, z’ zamanda (z’ yaklaşık z), X aynı
bitcoinleri(Bc) kullanarak diğer bir işlem ????????
???? işlemi
başlatabilir. Bu senaryoda X tarafından çift harcama
gerçekleşecektir.
Dağıtık zaman damgalı ve PoW tabanlı protokol, blok
zincirinde eskiden yapılan işlemleri depolanmasında
kullanılır. Böylece bir madenci gelen ????????
???? ve ????????
????
işlemlerine bakar, bir tanesini işletir, diğerini reddeder.
Madenci veya madencilerin bir bloğu kazma oranı, ilgili
PoW uzlaşma protokolünün çözülmesine bağlı
olduğundan, bu kişilerin bilgisayar gücü ne kadar
fazlaysa, o kadar hızlı PoW’u çözerler ve tehlike
yaratabilirler. Bilgisayar kaynağı dışında, çift harcama
saldırısının gerçekleşmesi; ağ yayılma gecikmesi, bitcoin
değiş-tokuş servislerinin bağlantısı, bitcoin ağındaki
pozisyonları ve dürüst madencilerin sayısı gibi başka
faktörlere de bağlıdır.
Savunma olarak, yalnızca harcanmayan bitcoinlerin,
önceki işlem çıkışını takip eden işlemde kullanıldığından
emin olarak, tüm işlemleri madenci ağı doğrular ve işletir.
Bu kural, çift harcamalara karşı çalışma zamanında
dinamik olarak işlettirilir[24].
5.3. Finney Saldırısı (Finney Attack)
Bir çift harcama saldırı biçimidir. Düşman ????????
???? işlemini
içeren bir bloku önceden kazar ve sonra ????????
???? satın alma
işlemini için aynı bitcoin’i U üreticisi için oluşturur.
Madencilikle elde edilen blok ile ilgili ağ bilgilendirilmez
ve X düşmanı ????????
???? işlemi, U üreticisi tarafından kabul
edilene kadar bekler. Diğer taraftan U üreticisi, sadece
madencilerden ????????
???? ‘nin doğru olduğuna dair doğrulama
alınca ve blok zincirine eklendiği bildirilince sadece ????????
????
işlemini kabul eder.
Bir defa X düşmanı U üreticisinden ürün alınca, saldırgan
önceden kazdığı bloğu ağda serbest bırakır, böylece var
olan çatallanma (Bçatallanma) ile aynı uzunlukta blok zinciri
çatallanmasını (B’çatallanma) oluşturur. Bundan sonra
gelecek kazılan blok, Bçatallanma yerine B’çatallanma olacaktır.
Sonra bitcoin ağındaki kurallara göre tüm madenciler
B’çatallanma üzerine zinciri inşa edeceklerdir. B’çatallanma
ağdaki en uzun zincir olunca, tüm madenciler Bçatallanma ‘u
yok sayacaktır ve bu nedenle Bçatallanma’taki ????????
???? içeren üst
blok geçersiz olacaktır. Sonuçta, ????????
???? geçersiz olunca,
müşteri ????????
???? işlemi ile parasını geri alacak fakat U
üreticisi ürünü kaybedecektir.
Çözüm olarak, Finney saldırısından kaçınmak için, ürünü
müşteriye göndermeden önce üretici, çoklu doğrulamayı
beklemelidir[25]. Çoklu doğrulamayı beklemek sadece
saldırgan için çift harcama saldırısını zorlaştıracaktır,
fakat çift harcama saldırısının gerçekleşme olasılığı yine
mümkündür.
5.4. Vector76 Saldırısı (Vector76 Attack)
Çift harcama saldırısının farklı bir biçimidir. Dijital pazar
yeri ismi verilen bitcoin satın alma, satma veya diğer

değerlerle bitcoin’i takas etme işlemine “Bitcoin değiş-
tokuşu(exchange)” denmektedir.
Bu tip saldırıda saldırgan (X), mevduat(depozito)
uygulanan işlemi içeren kazılan bloğu alıkoyarak bekletir.
Ardından gelecek blok duyurusunu bekler ve zaman
geldiğinde değiş-tokuş için son kazılan blokla birlikte
önceden kazılmış bloğu direkt olarak veya yakınındaki eş
düğüm aracılığıyla Bitcoin piyasasına gönderir. Bu
durumda, bazı yakın eşler de önceden kazılmış bloğu
(B’çatallanma) içeren zinciri, ana zincir gibi düşünürler.
Saldırgan, önceki işlemde depozit olarak verilen aynı
paraların değiş-tokuşunun iptal edilmesini içeren diğer bir
işlemi hızlıca gönderir. Eğer aynı zamanda, saldırgan
tarafından kullanılan işlemi içermeyen bir çatallanma
(Bçatallanma) paraların kaybolmaması için depolanırsa,
depozito geçersiz olacaktır fakat saldırgan tarafından iptal
işlemi zaten gerçekleştirilmiş olacaktır. Böylece değiş
tokuş işleminde kripto paralar kaybedilecektir[26]. Bu
saldırıya karşı çözüm olarak yine çoklu doğrulama
kullanılabilir.
5.5. Kaba Kuvvet Saldırısı (Brute Force Attack)
Finney saldırısının geliştirilmiş halidir. Daha yetenekli
olan saldırgan bu saldırıda, ağdaki n düğümü kontrol
altına alır. Bu düğümler beraberce, çift harcama saldırısını
gerçekleştirmek amacıyla özel bir madencilik şeması
üzerine çalışırlar. Önceki durumda olduğu gibi saldırgan,
özel blok zincirini (B’çatallanma) genişletmek üzere çalışır.
Üreticinin işlem kabul etmeden önce x tane onay
beklediğini farz edelim, sonra da x onaydan sonra ürünü
göndersin. Daha sonra x tane bloğu kazarak ağa bıraksın.
Bçatallanma’dan daha uzun olduğu için B’çatallanma ağdaki
diğer madenciler tarafından kabul edilecek ve
genişletilecektir[27]. Bu durum sonucunda Finney
saldırısı ile aynı etkiyi yapacak ve çift harcama saldırısı
gerçekleşmiş olacaktır. Dolayısıyla bu saldırı, çift
harcama saldırısının meydana gelmesini
kolaylaştırmaktadır.
5.6. Denge Saldırısı (Balance Attack)
Blok zincirinde, PoW tabanlı uzlaşma mekanizmasına
yapılan saldırı şeklidir. Bu saldırı, dengelenmiş
madencilik gücüne sahip birçok madenci alt grubu
arasındaki ağ iletişimini geciktirmekten ibarettir.
Natoli ve arkadaşları[28] tarafından, dünya çapındaki 70
finansal kurum tarafından oluşturulan R3 konsorsiyumuna
ait özel blok zinciri üzerinde teorik analiz yapılmıştır. Bu
çalışmada, ağ haberleşmesindeki gecikme ile Ethereum’a
çift harcama saldırısı yapmak için ihtiyaç duyulan
madencilik gücü arasında denge olduğu belirtilmiştir.
Dolayısıyla, bu saldırı şekli Ethereum ve özel blok
zincirlerde de geçerlidir. Ethereum’un kullandığı
GHOST[13,14] uzlaşma protokolü üzerinde de etkilidir.
5.7. Sybil Saldırısı (Sybil Attack)
Kablosuz algılayıcı ağlar gibi birçok ağ sistemine yapılan
eski saldırı tiplerinden birisidir. Sybil saldırısı ile

madenci, birçok sahte sanal düğüm oluşturur. Bu
düğümler yanlış bilgi göndererek, hem ağı gereksiz olarak
meşgul edip yavaşlatır hem de yanlış bilgi araya
karıştırarak sistemi çökertmeye çalışırlar[29]. Örneğin,
oylama sonucu negatif iken pozitif gösterebilirler. PoW
uzlaşma protokolü ile madenciler, matematiksel
hesaplama işlemleri yaparak doğrulama gerçekleştirirler
ve sanal düğümlerin gerçek düğüm olmadıkları anlaşılır.
Önceki bölümde de anlatılan PoW protokolünün
işleyişine bakıldığında, bir defa kullanılan sayı(bks)
değerinden başlanarak sürekli özüt algoritmasından
geçirilip istenen sonuç el edilene kadar hesaplamalar
yapılır. İstenilen sonuca ulaşınca bulmaca(puzzle)
çözülmüş olur ve bulmacayı çözen bloku zincire ekler. Bu
işlemi sanal düğümler yapamaz çünkü doğrulama işlemi
için ağdaki düğümlerin yoğun hesaplama yapılması
gerekir, sadece kimlik belirterek ağda aktif olarak yer
almak mümkün değildir.
Sonuç olarak sanal düğümlerin yoğun hesaplama
yapamayacağı ön görüsünden yola çıkılarak, Sybil
saldırısının yapılamayacağı düşünülmektedir.
5.8. Netsplit ve Eclipse Saldırısı (Netsplit and Eclipse Attack)
Eclipse ve Netsplit saldırısında, blok zinciri ağ yapısına
yapılan saldırıdır, bu saldırıda düşman eşler arası
ağın(P2P) kontrolünü elinde tutmaya çalışır. Eşler arası
ağda kurban, düşman tarafından kuşatılıp ağın geri
kalanından izole edilir. Bu saldırı şekli %51, Çift harcama
ve bencil madencilik saldırısının gerçekleşmesi için zemin
oluşturmaktadır.
Marcus ve arkadaşları tarafından yayınlanan bir
çalışmada[30], komşu düğüm keşfi amacıyla eşler arası
ağa yapılan Eclipse Saldırısı ile ağ kaynakları
sömürülmüştür. Sadece tek IP adresine sahip iki düğüm
ile saldırı başlatılmış, daha sonra kurbanın gelen ve giden
tüm bağlantılarını kontrol altına alarak ağın geri
kalanından ayrıştırılmıştır. İlgili çalışmada, Ethereum
ağının zayıflığı üzerinde durulmuştur.
Bu saldırıya karşı önlem olarak iki çözüm önerilmiştir.
(i)Gelen bağlantıları pasif yapmak, (ii) belirli giden
mesajları seçerek, bilinen(beyaz liste vb. listede yer alan)
veya iyi bağlantı yapılmış eş düğümlere gönderme[31]
sayılabilir.
5.9. Madenci Havuzuna Saldırılar (Mining Pool Attacks)
Madenci havuzuna yapılan saldırılar iç saldırılar ve dış
saldırılar olmak üzere iki kısma ayrılır. İç Saldırılarda,
madenciler ödülün dağılımından daha fazla bir miktarı
havuzdan kötü niyetli bir şekilde toplar veya havuzun
işleyişini bozarlar. Dış Saldırılarda ise madenciler yüksek
özüt gücünü kullanarak çift harcama gibi saldırıları
gerçekleştirirler. Eğer düşman, havuzun %30 özüt
oranına(HR=hash rate) sahip ise, her kazılan blok için
ödül paylaşımından 0.3 bitcoin ödül alacaktır. Ödüllerden
elde ettiği bu miktar ile daha fazla madencilik için yatırım
yapacak ve hissesini daha da artıracaktır. Mevcut HR’nin
%1’i kadar zenginleşecektir. Standart madencilik

stratejisinde %1 eklenen HR için ancak 0.0069 bitcoin ek
gelir kazanacaktır.
Havuzdan parça alma stratejisini gerçekleştirerek,
saldırgan kendi havuzundan ödül alırken, diğer
havuzlardan da %1 HR’sini paylaşarak ek ödüller
alabilecektir. Bu kötü niyetli davranış, çok büyük
miktarda işlemler yapılmadığı sürecek dikkat çekmeyecek
ve tespit edilemeyecektir.
5.9.1. Blok Tutma Saldırısı (Block Witholding Attack)
Blok tutma saldırısında (BWH), bencil madenciliğe
benzer şekilde düşmanlar blokları ellerinde tutarlar fakat
asla paylaşmazlar. Böylece havuz gelirini engellemiş
olurlar[32].
Havuz gelirini engellemek için, PPoW’den oluşan
kazılmış blokları gönderirken FPoW’leri göndermezler.
Aslında kaynaklarda[33], sabotaj ve pusuya yatma olmak
üzere iki tip blok tutma saldırısından bahsedilir. Sabotaj
saldırısında, düşman bir bitcoin kazanmaz, fakat diğer
havuz üyeleri bitcoin kaybeder. Pusuya Yatma
saldırısında ise düşman, bencil madencilik saldırısına
benzer şekilde k tane blok gizleme gerçekleştirir.
Bag ve arkadaşları[32], herhangi bir madenci havuzunda
gerçekleşebilecek blok tutma saldırısına karşı iki öneride
bulunmuşlardır. İlk olarak, yeni bir dâhil olma şeması
geliştirmiş, ikinci olarak blok yapısı içeriğine yeni
ekledikleri özüt işlemleri ile düzenbaz madencilere ve
havuz yöneticilerine karşı bir önlem olarak sunmuşlardır.
5.9.2. Bencil Madencilik veya Blok Atma Saldırısı (Self
Mining or Block Discarding Attack)
Bencil Madencilik ya da diğer popüler adıyla bilinen Blok
Atma saldırısında, saldırganlar kazdıkları bloğu tutarak
bilgi gizlemenin yanı sıra, bazı yollarla da sisteme zarar
verirler. Örneğin, harcadıkları hesaplama gücünden daha
büyük bir ödülü, adil dağıtım kurallarına ters bir şekilde
elde edebilirler. Ayrıca diğer madencileri aldatarak,
kaynaklarını yanlış yönde harcamaları için
yönlendirebilirler[34, 35].
Bu saldırıda, genel zincirde dürüst madenciler yeni blok
eklemeleri yaparak devam ederlerken (Bçatallanma), düşman
özel zincire ekleme yapıp farklı bir çatal
oluşturulmaktadır(B’çatallanma). Eğer bencil madenci
B’çatallanma çatallanmasında uzun süre liderlik yaparsa,
daha fazla ödül elde etme şansı artarken, dürüst
madencilerin de para kaybetme oranı o miktarda
artmaktadır.
Bencil madenciler kaybetme olasılığından kaçınmak için,
Bçatallanma ile B’çatallanma çatallanmaları aynı uzunluğa
erişince daha önce kazdıkları blokları öne sürerler.
Bundan sonra blok zincirindeki en uzun kuralı esas
alındığından tüm madenciler, Bçatallanma haline gelen
B’çatallanma çatallanmasını kabul etmek durumunda kalırlar.
Dürüst madenciler, daha önce blok zincirine blok olarak
eklenen ödüllerini de bu durumda kaybederler[36].

Analizler göstermiştir ki, bilgisayar kaynaklarının ve
ödüllerin(dürüst madencilere ait) bencil madenci
havuzunda boşa gitmesinin yanında, bencil madencilerin
oluşturduğu havuz %50’yi aşarsa, blok zinciri sistemi için
felaket olacaktır. Bencil madencilik her zaman kazançlı
değildir, saldırgan kolayca tespit edilebilir ve pratik
olmayan bir saldırı şeklidir[37, 38, 39].
Bu saldırıya karşı önlem olarak önerilen ZeroBlock
tekniği[40] önerilmiştir. Bu savunma tekniği zaman
damgası kullanmamaktadır. Eğer bencil bir düğüm, dürüst
düğüm tarafından belirlenen zamandan daha fazla bir süre
tutmak isterse, bloğun vadesi dolacak ve dürüst düğüm
tarafından reddedilecektir. Bu çözümle, dürüst düğümler,
blok tutma ile doldurulan zincirleri asla kabul
etmeyeceklerdir. Artı olarak, dinamik bir ağda eğer dürüst
bir düğüm ağa katılırsa, blok tutma ile bozulmuş zincirleri
doğru şekilde teşhis edebilecektir.
Heilman[41] tarafından önerilen savunma
mekanizmasında, işlenemez zaman damgaları
kullanılmıştır. Bu çalışmada, bencil madencilik
yapılabilmesi için saldırganın işi zorlaştırılmış, sahip
olması gereken madenci gücü %25’den %32’ye çıkmıştır.
Diğer bir savunma önerisi de DECOR+[15,42,43]
protokolüdür. İki veya daha fazla madenci eşit uzunlukta
blokları çözerse, bencil madencilik için çıkar çatışması
olacaktır. Rakip madencilerin her biri, kendi bloğunun
ağdaki diğer madenciler tarafından en iyi zincir olarak
seçilmesini istemektedir. Ağdaki tüm dürüst madenciler
de herkesin ortak olarak bir zincirde karar kılmasını ister,
böylece “geri dönme olasılığı” azalacaktır. İdeal çözüm,
çakışan madencileri aynı dala(ağaç yapısında üst
katmana) yönlendirmektir.
DECOR+ protokolü, madenciler arasında fazla etkileşim
gerektirmeden, en doğru seçim için ekonomik teşvik
ücretini belirler. DECOR+ ödül paylaşım stratejisidir,
çatışmayı ekonomik olarak şöyle çözer; (i) Tüm tarafları
aynı blok zinciri durum bilgisine eriştiği zaman, çatışma deterministik olarak çözülür. (ii) Seçilen çözüm tüm
madencilerin(çalışan iki madenci ve geri kalanın) gelirini
maksimize eder. (iii)Çatışmanın çözülmesi ihmal
edilebilecek, önemsiz bir zamanda gerçekleşir.
5.9.3. Blok Tutma Sonrası Çatallanma Saldırısı (Fork After
Withholding Attack)
Blok tutma sonrası çatallanma(FAW) saldırısında,
saldırgan BWH saldırısına eşit veya daha fazla ödül
alabilir ve madenci havuzlarında BWH saldırısından dört
kat daha sık rastlanan saldırı türüdür. BWH saldırısı gibi,
saldırganın hesaplama gücü ve internet bağlantı durumuna
bakılmaksızın kazanç elde edilebilir.
Tek havuz FAW saldırısında, BWH saldırısında olduğu
gibi saldırgan hedef havuza dâhil olur ve FAW saldırısını
havuza karşı başlatır. Düğüm FPoW’leri bir blok
oluşturarak havuz yöneticisine gönderir, eğer havuz
yöneticisi gönderilen FPoW’u kabul ederse, yayınlar ve
çatallanma üretilmiş olur. Bundan sonra, tüm bitcoin ağı
katılımcıları bir dal seçmelidir. Eğer saldırganın bloğu
seçilirse, hedef havuz ödülü alır ve saldırgan havuzdan da
ödül almış olur. Tek havuza saldırıldığında, FAW
saldırganı, her durumda ekstra ödül kazanabilir. Yapılan
hesaplamalara göre, tüm bitcoin ağının %20’sini temsil
eden büyük bir havuzda FAW saldırganı, BWH
saldırganına göre bir ile dört katı daha fazla ekstra ödül
kazanır.
Çoklu havuz FAW saldırısında, saldırgan ödül miktarını
artırmak için n tane havuza eş zamanlı FAW saldırısı
düzenler. Örneğin saldırgan 4 havuza karşı saldırı
gerçekleştirirse, BWH saldırısından %56 daha fazla ekstra
ödül kazanacaktır.
FAW Saldırısını oyun teorisine göre, iki havuzun
birbirine yaptığı bir saldırı üzerinde inceleyelim, oyunda
Nash Dengesi vardır. Ancak BWH saldırısından farklı
olarak daha büyük havuzun her zaman kazanacağı koşulu
vardır. Bu durumda madencinin ikilemi olmayabilir. Bu
nedenle, iki havuzun saldırıya karar verip vermediği FAW
saldırı oyununun dengesi bir Pareto optimal(seksene yirmi
kuralı) olabilir[44].
5.9.4. Havuz Sıçrama Saldırısı (Pool Hoping Attack)
Bu saldırıda, bencil madenciliği gerçekleştirmek amacıyla
havuzdaki hisse sayısı hakkındaki bilgiyi kullanır.
Düşman yeni bir blok keşfetmek için, madenci
arkadaşlarının hangi sayıda hisse gönderdiğini sürekli
analiz etmektedir.
Bu saldırıdaki ana fikir, eğer büyük miktarda hisse zaten
gönderilmişse ve o zamana kadar yeni blok
bulunamamışsa, düşman ödülden küçük bir hisse
alabilecektir. Çünkü gönderilen hisseye bağlı olarak ödül
dağıtılmaktadır. Böylece, düşman için diğer havuza
geçmek veya bağımsız olarak madencilik yapmak daha
kazançlı olabilecektir[45,46].

Bu saldırıya savunma tekniği olarak; havuz içinde hisse
paylaşım yöntemlerinden PPLNS[33,47] yani “N hisse
başına ödeme” yöntemi seçilirse önlenmiş olur.
Havuzdaki i. bloğu bulma ile (i+1). bloğun bulunmasına
kadar geçen zamana “tur” denir, tur ne kadar uzun
sürerse, her bir paylaşımın kazancı düşer. Bundan dolayı,
havuza hissesini kısa turda paylaşan biri, uzun turda
paylaşan birinden daha avantajlı olur. Böylece daha kısa
sürede turu tamamlamak ve ödül almak için havuzda
kalacaktır.
5.9.5. Rüşvet Saldırısı (Bribery Attack)
Saldırgan, rüşvet ile bilgisayar kaynaklarının büyük
bölümüne kısa bir süre için sahip olur. Üç yolla ağda
gerçekleşebilir. Bant dışı ödeme, Negatif ücretli madenci
havuzu ve çatallanma ile bant içi ödeme.
Bant dışı ödemede, düşman direkt olarak bilgisayar
kaynaklarının sahibine ödeme yapar, o da karşılığında
düşman tarafından kendisine atanan blokları kazar.
Negatif Ücret Madenci Havuzunda ise saldırgan daha
yüksek ödeme yaparak havuzun istenilen şekilde
biçimlendirilmesini yapar.
Çatallanma aracılığıyla bant içi ödemede ise saldırgan
herhangi bir madenci tarafından serbest şekilde
alınabilecek rüşvet ücretinin olduğu bir çatallanma
oluşturarak, rüşvet vermeye kalkışır. Saldırganın yüksek
özüt gücüne sahip olmasıyla birlikte, DDOS ve çift
harcama gibi saldırıları gerçekleştirebilir[46]. Rüşveti
alan madenciler kısa bir süre için fayda elde etseler de,
daha sonra DDOS, Golfinger saldırılarıyla veya değiş-
tokuş oranı ile uzun bir süre sonra kendileri için zarara
dönüşecektir.
5.9.6. Cezalandırıcı Çatallanma ile Kara Listeye Alma
(Blacklisting via Punitive Forking)
%50’den fazla özüt oranına sahip bir düşman,
cezalandırıcı çatallanma ile kara listeye aldırabilir.
Cezalandırıcı çatallanmanın amacı, belli kişilerin Bitcoin
adreslerini engellemektir. Kara listeye alma üç şekilde
gerçekleşebilir.
(i) Düşman, bizim bitcoin adresinden yapılan harcama
işlemlerini içeren blok zincirinin genişlemeyeceğini
duyurur. Eğer diğer madenciler blokta bizden gelen
işlemleri kendilerine dâhil ederlerse, düşman hemen daha
uzun başka bir blok zinciri çatallanması oluşturacaktır.
Sonuçta, tarafımızdan oluşturulan işlemi içeren blok
geçersiz kalmış ve asla yayınlanmamış olur, bizim işlemin
arkasına blok ekleyen madenciler de ödüllerini
kaybederler.
Aşağıdaki gibi Cezalandırıcı Çatallanma yapılabilmesi
için, saldırganın özüt oranının %50’den büyük olması
gerekmektedir. Şekilde görüldüğü gibi saldırgan, gri
renkte gösterilen bizim işlemin zincirini devre dışı
bırakarak başka bir çatal oluşturmuştur. Bu işlemde bizim
blok engellenirken, arkamızdaki blok ya da bloklar da
işlem dışı bırakılmış olur. Sonuç olarak, arkamızdaki bloklar ödüllerini kaybetmiş olurlar ve asla
yayınlanmazlar.

BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ DERGİSİ, CİLT: 11, SAYI: 4, EKİM 2018 379
bloklar ödüllerini kaybetmiş olurlar ve asla
yayınlanmazlar.
Şekil 8. Cezalandırıcı çatallanma ile ara listeye alma.
(Blacklisting via Punitive Forking)
5.9.7 Köpük Saldırısı (Feather Attack)
Köpük saldırısı, şartlar göz önüne alındığında
Cezalandırıcı Çatallanma Saldırısı’na göre
gerçekleştirilmesi daha kolay bir saldırıdır[48] çünkü
cezalandırıcı çatallanma, en az %51 özüt
gücüne(hashpower) sahip olunmasını gerektirir. Köpük
saldırısında, saldırgan kötü niyetli madencilik yaparak,
blok zincirinde bizim işlemi içeren bloğu görürse
çatallanma girişiminde bulunacağını duyurur, fakat belli
bir süre sonra vazgeçer.
Bloklarda doğrulama için genelde varsayılan olarak 1
verilir, bu değer güvenlik için yeterlidir, çoğu kişi de
doğrulama için 3 değerini seçer, böylece işlemin geri
dönmemesi garantilenmiş olur. Örneğin bizim
bloğumuzda saldırgan, tx işleminde r tane doğrulama
yaptıktan sonra bırakabilir.
Sahip olduğumuz madencilik gücü oransal olarak q
değerinde olsun (0<q<1). Sadece 1 onaydan sonra
vazgeçeceğimizi düşünelim r=1 olsun. Bizim bloğun
yetim kalma(zincirden ayrı kalma) oranı q2 olacaktır. Eğer
q=0.2 olursa, yetim kalma olasılığı %4 olacaktır, bu da iyi
bir oran değildir. Bu örnekte, q yani ağ özüt oranı %20
olarak kabul edilmiş, bu bilgiden türetilen “saldırganın
işlemleri engelleme olasılığı” %4 olmuştur. Bu bilgiden
yola çıkarak diğer madenciler bizim işlemi dâhil
ederlerse, düşük bir ihtimal kendi blokları yetim
kalacaktır[49]. Oyun teorisine göre madencilerin ikilemi;
“işlemi dâhil etmeli mi yoksa etmemeli mi?”, şeklinde
olacaktır. Aşağıdaki formülle ikilemin ağırlığı daha iyi
anlaşılabilir. Beklenen değer(BD), Blok Ödülü (B), İşlem
ücreti (U) olmak üzere;
BD(Bizim blok dâhil edilirse) = (1-q2) *B + U
BD(Bizim blok dâhil edilmezse) = B
Bu sonuca göre, diğer madencilerin bizim işlemi kabul
etmesi v e teşvik edici olarak kalması için blok ödülünün
(1-q2) katı kadar daha fazla ödemeliyiz. Bu saldırıya karşı
savunma olarak doğrulama sayısını çok yüksek değerlere
çıkarmak, saldırganın daha fazla vakit harcamasına neden
olacaktır. Fakat yine tam bir çözüm olamaz

6. SALDIRILARA KARŞI SAVUNMA

Tüm saldırı tipleri incelendiğinde, blok zinciri sisteminde güç dengesinin önemli olduğu görülmektedir. Eğer bir madenci (veya madenci havuzu) ağın geri kalanından daha hızlı madencilik yapabiliyorsa, belli bir süre sonra %51 özüt oranının üzerine çıkacaktır. Daha hızlı işlem yapmak için geliştirilen özel donanımlar ve madenci havuzlarının yüzde olarak büyümesi saldırı risklerini artırmaktadır. Düşman, %51 oranına da rüşvet gibi yollarla rahatlıkla ulaşabilir; devletler veya büyük şirketler %51’i geçen madenci havuzları kurup, sistemi kontrol altına almak isteyebilir.

Kripto para sistemlerine ilginin artması ve farklı yelpazede kullanıcıların olması, yani sistemin tek bir varlığın kontrolünde olmaması, sistemin ayakta kalması için gereklidir. Eğer %51 aşılırsa, Çift Harcama, Eclipse, Goldfinger ve Cezalandırıcı Çatallanma gibi birçok saldırının gerçekleşmesi kolaylaşacaktır.

PoW protokolünün yavaşlığına çözüm bulmak için geliştirilen GHOST gibi protokoller, hızlı olmasına ve TPS’i artırmasına rağmen yeterince doğrulama yapılmadığından başka saldırıların önünü açmıştır. Sisteme gerçekleştirilen saldırıların büyük çoğunluğu doğrulama sayısı artırılarak saldırganın işi zorlaştırılabilir ya da atlatılabilir. %51, Finney, Vector76 ve Köpük gibi saldırılar için önleyici bir unsurdur. Doğrulama sayısını artırmak, işlemlerin beklenenden daha uzun sürmesine neden olur. “Yüksek güvenlik mi, yoksa işlem hızlılığı mı?” sorusu süregelen bir tartışma konusudur ve bu seçim kullanıcıya bırakılmıştır. Yeni geliştirilen para birimleri de varsayılan doğrulama sayısını yüksek değerlerde tutmaktadır.

7. BLOK ZİNCİRİ ALTYAPISINDA KULLANILAN KRİPTOGRAFİ’NİN GELECEĞİ

Bu bölümde, blok zinciri yapısında güvenlik için kullanılan kriptografi tekniklerinin geleceği incelenecektir. Özüt algoritmalarında çakışmalar meydana gelebilir. Matematiksel olarak ifade edersek; m ve m’ farklı mesajlar, h() özüt fonksiyonu olsun, h(m) = h(m’) ise çakışma meydana gelmiştir. Bu durumda özüt fonksiyonu artık kullanılamaz. Çünkü ne olursa olsun, özüt fonksiyonu iki farklı giriş verisinden aynı çıkışı üretmemelidir. Ayrıca, “ön görüntü (pre-image)” saldırısı özüt algoritmaları için gerçekleşebilir; bu saldırı, belirli bir özüt değerinin bilinen bir mesaj için bulunmasıdır.

Şifreleme algoritmalarının güvenliği, aşağıdaki üç zor matematiksel yönteme bağlıdır: a) Tam sayı faktörizasyon problemi
b) Ayrık Logaritma Problemi
c) Eliptik Eğri Ayrık Logaritma Problemi

Post Kuantum Kriptografi, kuantum bilgisayarlarının saldırılarına karşı güvenli kriptografik algoritmalarını (genellikle asimetrik anahtar algoritmalarını) ifade eder. Ancak 2018 itibariyle çoğu asimetrik algoritma, güçlü kuramsal kuantum bilgisayarları ile kırılabilir. Belirtilen matematiksel yöntemlerin hepsi güçlü bir kuantum bilgisayarı ile Shor’un algoritması kullanılarak belli bir süre sonra çözülebilecektir.

Simetrik algoritmalar ve özüt fonksiyonları halen kuantum bilgisayarlara karşı dayanıklıdır. Grover’in algoritması simetrik şifrelemeye karşı saldırıları hızlandırmasına rağmen, anahtar uzunluğu iki kat artırılarak güvenli hale getirilebilmektedir.

 

8. SONUÇ VE GELECEK ÇALIŞMALAR

Bu çalışmada, Bitcoin ve Bitcoin’in kullandığı blok zinciri altyapısına karşı farklı saldırılar incelenmiştir. Saldırı tekniklerinin büyük çoğunluğu son birkaç yılda ortaya çıkmıştır. İlk bölümde %51, Çift Harcama, Finney Saldırısı, Vektör 76, Kaba Kuvvet, Sybil, Netsplit, Eclipse ve Denge gibi saldırı tiplerine değinilmiştir. Daha sonra madenci havuzlarına karşı saldırılar incelenmiştir. Bencil madencilik veya Blok Atma, Blok Tutma (BWH), Blok Tutma sonrası çatallanma (FAW), Havuz Sıçrama Saldırısı, Cezalandırıcı Çatallanma ile Kara Listeye Alma, Köpük Saldırısı ve Rüşvet Saldırısı incelenmiştir. Son bölümde ise Blok Zinciri altyapısında kullanılan Kriptografi’nin geleceği üzerinde durulmuş, Post-Kuantum Kriptografi’ye değinilmiştir. Gelecekte birçok uygulama alanı bulacak olan bu teknolojinin güvenliğinin sağlanması büyük önem taşımaktadır. Mevcut saldırı teknikleri bu çalışmada detaylı bir şekilde incelenmiştir, ancak bazı saldırılara tam çözüm bulunamamıştır. Gelecek çalışmalarında bu saldırıları önlemek ve farklı çözüm önerileri geliştirmek amaçlanmaktadır. Ayrıca, yeniden tasarlanan kriptografi algoritmaları incelenerek, blok zinciri sisteminin güvenli kalması için kuantum bilgisayarlara dayanıklı kriptografi algoritmalarının ortaya konması gerekmektedir.

KISALTMALAR (ABBREVIATIONS)
AES Advanced Encryption Standard (Gelişmiş Şifreleme
Standardı)
ASIC Application Specific Integrated Circuit (Uygulamaya
Yönelik Tümleşik Devre)
BWH Block Withholding Attack (Blok tutma saldırısı)
CPU Central Processing Unit (Merkezi İşlem Birimi)
DAG Direct Acyclic Graph (Yönlü Çevrim Yapmayan Çizge
ya da Yönlü Düz Ağaç)
DECOR DEterministic COnflict Resolution (Deterministik
Çatışma Çözümü)
DES Data Encryption Standard (Veri Şifreleme Standardı)
DOS Denial of Service Attack (Hizmet Reddi saldırısı)
DDOS Distributed Denial of Service Attack (Dağıtık Hizmet
Reddi Saldırısı)
ECC Elliptic Curve Cryptography (Eliptik Eğri Şifreleme)
ECDSA Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (Eliptik Eğri
Dijital İmzalama Algoritması)
FAW Fork After Withholding (Blok tutma sonrası çatallanma)
FPGA Field Programmable Gate Array (Alanı programlanabilir
geçit dizileri)
FPoW Full Proof of Work(Havuz yöneticisinin genel bitcoin
ağında kullandığı protokol)
GPU Graphics Processing Unit (Grafik İşlem Birimi)
HR Hash Rate (Özüt Oranı)
IoT Internet of Things(Nesnelerin İnterneti)
P2P Peer to Peer Network (Eşler arası ağ)
PoS Proof of Stake (Hisse İspatı)
PoW Proof of Work (Çalışma İspatı)
PPLNS Pay Per Last N Share (Son N hisse başına ödeme)
PPoW Partial Proof of Work (Madenci havuzunda kullanılan,
genel bitcoin sistemi için anlamı olmayan protokol)
RSA Rivest, Shamir ve Addleman’ın geliştirdiği Asimetrik
şifreleme algoritması
TPS Transaction per second (Saniyedeki işlem sayısı)

Kaynak

• https://scholar.google.com.tr/citations?view_op=view_citation&hl=tr&user=xwOjxkMAAAAJ&citation_for_view=xwOjxkMAAAAJ:P5F9QuxV20EC