Exploiting Liquidity Exhaustion Attacks in Intent-Based Cross-Chain Bridges

1. 문제 정의 (Problem)

• 배경: 기존 크로스체인 브릿지는 '잠금 (Lock) - 중계 (Relay) - 해제 (Unlock)' 방식을 사용했으나, 최근 의도 기반 프로토콜 (Mayan Swift, Across, deBridge 등) 이 등장했습니다. 이 방식은 사용자가 최종 상태를 '의도 (Intent)'로만 지정하면, 오프체인 에이전트인 **솔버 (Solver)**가 자신의 유동성을 먼저 앞세워 (Fronting) 사용자의 요청을 즉시 처리합니다. 이후 정산 (Settlement) 단계에서 솔버에게 보상이 지급됩니다.
• 핵심 취약점: 솔버는 정산이 완료되기 전까지 자신의 자본을 묶어두어야 합니다. 이 비동기적 정산 지연과 유동성 부족을 악용하여, 공격자가 고액의 의도를 집중적으로 제출하여 솔버의 유동성을 일시적으로 고갈시키는 공격이 가능합니다.
• 공격 목표:
  1. 합리적 공격자 (Rational): 솔버의 유동성을 고갈시켜 자신이 채권을 획득하고 수익을 극대화.
  2. 비잔틴 공격자 (Byzantine): 솔버가 정상적인 사용자의 요청을 처리하지 못하게 하여 서비스 가용성을 마비 (DoS).

2. 연구 방법론 (Methodology)

• 데이터 수집: 2025 년 6 월부터 11 월까지의 3 개 주요 프로토콜 (Mayan Swift, Across, deBridge) 과 9 개 블록체인에서 발생한 350 만 건 이상의 크로스체인 의도 및 92 억 4 천만 달러 규모의 거래 데이터를 수집했습니다.
• 시뮬레이션 프레임워크: 실제 온체인 데이터를 기반으로 한 재현 기반 (Replay-based) 시뮬레이션을 구축했습니다.
  • 솔버의 유동성, 정산 지연 시간, 수수료, 거래량 등을 실제 값으로 설정하거나 스트레스 테스트를 위해 변형하여 적용했습니다.
  • 공격 모델:
    • 기준 전략 (Baseline): 솔버 유동성의 역사적 중앙값과 표준 편차를 기반으로 유동성이 급격히 떨어질 때 공격을 시작하는 전략.
    • 표적 전략 (Targeted): 특정 솔버의 참여 패턴 (거래 금액 임계값, 토큰 종류, 활동 시간대) 을 분석하여 경쟁 솔버의 유동성만 타격하도록 공격 비용을 최적화하는 전략.
• 평가 지표: 공격 비용, 순이익 (Net Profit), 성공 확률, 실패한 의도 수, 프로토콜 및 솔버의 손실 규모 등을 측정했습니다.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

1. 새로운 공격 벡터 제안: 의도 기반 브릿지의 설계상 결함 (솔버의 선지불 유동성 + 지연 정산) 을 이용한 '유동성 소진 공격'을 최초로 정의하고 분석했습니다.
2. 실증적 데이터 분석: 350 만 건의 실제 거래 데이터를 기반으로 솔버의 유동성 분포, 정산 지연 시간, 수익성 등을 정량화했습니다.
3. 공격 시뮬레이션 및 최적화: 합리적 공격자와 비잔틴 공격자 모두를 가정하여 다양한 시나리오에서 공격의 실행 가능성과 수익성을 검증했습니다. 특히, 솔버 참여 패턴을 분석하여 공격 비용을 최대 90.5% 까지 절감하는 최적화된 공격 전략을 제시했습니다.
4. 방어 전략 제안: 프로토콜 운영자와 솔버를 위한 구체적인 완화 방안 (동적 수수료 조정, 자동 유동성 재균형, 속도 제한 등) 을 제안했습니다.

4. 주요 결과 (Key Results)

A. 프로토콜별 취약성 분석

• deBridge: 가장 취약한 프로토콜로 판명되었습니다. 솔버 수익률 (약 1.129%) 이 높고 유동성이 집중되어 있어, 현재 파라미터 하에서 합리적 공격자가 평균 순이익 $286.14을 얻으며 **80.5%**의 공격이 수익을 냅니다.
• Across: 가장 견고합니다. 매우 낮은 솔버 마진 (0.018%) 과 막대한 유동성 ($890 만 이상) 으로 인해 모든 테스트 환경에서 공격이 수익을 내지 못했습니다.
• Mayan Swift: 일반적으로 안전하지만, 특정 스트레스 테스트 조건 (높은 거래량, 높은 솔버 수익률) 하에서는 취약해질 수 있습니다.

B. 공격 비용 최적화 (Targeted Attack)

• 모든 솔버의 유동성을 다 소진할 필요 없이, 특정 의도 클래스 (예: 특정 금액 이하/이상, 특정 토큰) 에 참여하는 경쟁 솔버의 유동성만 타격하는 전략을 사용했습니다.
• 이 전략을 통해 Mayan Swift 에 대한 공격 비용을 **97.18%**까지, deBridge 에 대해서는 **90.5%**까지 절감할 수 있었습니다. 이는 공격의 진입 장벽을 크게 낮춥니다.

C. 비잔틴 공격 (Byzantine Attack) 의 영향

• 공격자가 수익을 내지 않더라도, 솔버의 참여를 억제하여 서비스 가용성을 저하시킬 수 있습니다.
• 모든 프로토콜에서 공격 창 (Attack Window) 당 수십 건의 의도가 실패하며, 특히 Across 는 약 16 분마다 솔버 수익 손실 약 $978과 프로토콜 수수료 손실이 발생합니다.
• 직접적인 금전적 손실은 크지 않으나, 고액 거래의 실패와 신뢰도 하락으로 인한 간접적 피해 (유동성 이탈, 생태계 신뢰도 저하) 가 큽니다.

D. 핵심 인사이트

• 외부 요인의 중요성: 프로토콜 내부 파라미터뿐만 아니라 거래량 패턴, 솔버 행동, 시장 수요와 같은 외부 요인이 보안에 결정적인 영향을 미칩니다.
• 수익성 vs 보안: 솔버 수익률이 높을수록 공격 유인이 커지지만, 너무 낮으면 솔버 참여가 줄어들어 생태계가 위축되는 트레이드오프가 존재합니다.

5. 의의 및 결론 (Significance)

• 보안 패러다임의 전환: 이 연구는 소프트웨어 버그나 논리 조작이 없더라도, **시스템의 경제적 구조 (유동성 제약)**만으로도 치명적인 가용성 공격이 가능함을 보여줍니다.
• 미래 설계 지침: 의도 기반 시스템 설계 시 유동성 소진을 1 순위 보안 고려사항으로 다뤄야 합니다.
  • 솔버 수익률 조절: 합리적 공격자를 억제할 만큼 낮게 유지하되, 솔버 참여를 유도할 수 있는 적정선 탐색 필요.
  • 정산 지연 단축: 정산 시간을 줄여 공격 창을 축소.
  • 자동화된 유동성 관리: 유동성 부족 시 자동으로 재충전되는 메커니즘 도입.
  • 동적 수수료: 유동성 소진 위험이 높은 시기에 거래 수수료를 인상하여 공격 비용 증가.

이 논문은 크로스체인 브릿지의 새로운 아키텍처가 가져온 편의성 뒤에 숨겨진 시스템적 위험을 명확히 규명하고, 이를 완화하기 위한 실용적인 가이드라인을 제공한다는 점에서 매우 중요합니다.