ブロックチェーン/レベル I · お金/1.2 サイファーパンクの道のり/レッスン 7
二重支払い問題とビザンチン将軍問題
解決策に先立つ信頼の問題
用意するものブロックエクスプローラーのインターフェース（例：mempool.spaceやblockchain.com）ナカモトのホワイトペーパー、第4節ランポートほか『The Byzantine Generals Problem』（1982年）
問い
- デジタルファイルが完璧かつ瞬時にコピーできるのなら、二度使われることを妨げるものは何だろう？
- 共通のアイデンティティもなく、リーダーが争いを調停することもない見知らぬ人々の集団が、一つの歴史に合意することはどうして可能なのか？
- オープンネットワーク上の投票が、他者の言葉よりも価値があるのはなぜか？
探究
- デジタルトークンは単なるファイルにすぎない。物理的な現金とは異なり、コストゼロで劣化なくビット単位まで複製できる。アリスがボブに10単位を送っても、元のファイルは手元に残り、同じ10単位を同時にチャーリーにも送ることができる。2008年まで、実際に機能していたデジタルキャッシュシステムはすべて信頼できる発行者に依存していた。オンライン方式は各支払いを中央でチェックし、オフライン方式は二重支払いを行った者を事後に特定できるだけだった。
- デイビッド・ショームのDigiCashでは、受取人がすべてコインを銀行に預け入れ、銀行が各シリアル番号を使用済みコインのリストと照合した。ハル・フィニーのReusable Proofs of Workは、安全なハードウェア上でオープンソースのコードを実行する単一のサーバーによって使用済みトークンを追跡した。ウェイ・ダイのb-moneyは、預託金を差し入れ、不正をすれば罰金を科されるサーバーを提案したが、実際に構築されることはなかった。いずれの設計も、信頼された当事者、あるいは既知の集団を中心に置いていた。
- 1982年、レスリー・ランポート、ロバート・ショスタク、マーシャル・ピースは『ACM Transactions on Programming Languages and Systems』でビザンチン将軍問題を定式化した。都市を包囲する将軍たちは攻撃か撤退かで合意しなければならないが、一部の将軍は矛盾するメッセージを送る裏切り者である。伝令自体は信頼できる。署名のないメッセージの場合、裏切り者が将軍の3分の1未満であれば合意は可能だが（n ≥ 3f+1）、3分の1以上になると、どのプロトコルも合意を保証できない。
- PBFTのような古典的な耐障害プロトコルは、既知の固定された参加者集団を必要とする。これは銀行内部の台帳では機能するが、誰でも参加できる開かれたネットワークでは機能しない。2002年、ジョン・ドゥセールはシビル攻撃を指摘した。攻撃者は偽のアイデンティティを無制限に生成して、誠実な票を薄めたりクォーラムを支配したりできる。開かれたピアツーピアネットワークではアイデンティティは安価で無限に作れるため、アイデンティティを数える仕組みはどれも単一の主体に乗っ取られうる。
- サトシ・ナカモトのホワイトペーパーは、この問題に正面から取り組んだ。その要旨は、ビットコインを信頼できる第三者なしに二重支払いを解決する手段として提示している。このシステムは、アイデンティティや制度への信頼に頼る代わりに、各ブロックを累積したプルーフ・オブ・ワークに結びつける。投票は計算量で重み付けされ、計算量はアイデンティティをでっち上げても増やせない。攻撃者が履歴を書き換えるには、誠実なネットワークを上回る計算を行わなければならない。
- その結果が確率的なファイナリティである。トランザクションは数学的な意味で永久に確定するわけではないが、新しいブロックがチェーンを延ばすごとにますます安全になる。攻撃者のハッシュパワーが半分未満である限り、取り消される確率は承認が1つ増えるごとに指数関数的に下がる。このトレードオフは、中央の管理なしに実用上の不変性を得るために、理論上の取り消しの可能性を受け入れるものである。ブロックエクスプローラーを開き、ブロック高が増えるにつれて累積ワークがどのように増えていくかを観察してみよう。この積み上がるコストこそが、台帳を物理的な現実につなぎとめている。
重要な事実
- ランポート、ショスタク、ピースは1982年にACM TOPLASで『The Byzantine Generals Problem』を発表した。
- 署名のないメッセージでのコンセンサスには、参加者の3分の2を超える数が誠実であることが必要である（n ≥ 3f+1）。
- ジョン・ドゥセールは2002年にシビル攻撃を記述し、無制限のアイデンティティが従来のクォーラムを破綻させることを示した。
- 2008年以前のすべてのデジタルキャッシュシステムは、二重支払いに対処するために信頼できる発行者に依存していた。
- ビットコインは、累積したプルーフ・オブ・ワークが最も多いチェーンを受け入れることでコンセンサスを達成する。
- 2008年11月、サトシ・ナカモトは暗号技術のメーリングリストで、自らの解決策をビザンチン将軍問題の用語で説明した。
演習 九・六・三・一
9集める複数の当事者が状態について合意する必要がある分散システムまたはプロトコルを9つ挙げてください。最終的な決定権を誰が持つのか、そして一方の当事者が嘘をついた場合に何が起こるかも記載してください。
6まとめる信頼モデルに基づき、9つを中央権威型、固定クオーラム型、パーミッションレス・プルーフ・オブ・ワーク型、パーミッションド・プルーフ・オブ・ステーク型、社会的コンセンサス型、その他の6つのカテゴリーに分類してください。
3絞り込む6つのグループを、セキュリティ、分散性、スケーラビリティの間にある3つの根本的なトレードオフに絞り込んでください。
1結晶化するエネルギー消費で重み付けされた「投票」が、アイデンティティで重み付けされた投票よりも偽装しにくい理由を1文で説明してください。
事実確認
日付、数字、主張は、下記に記載された公表資料と照合して確認しました。