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ブロックチェーン/レベル III · ネットワーク/3.3 コンセンサスとガバナンス/レッスン 2

51％攻撃

権力の境界：多数派が書き換えられるものと触れることのできないもの

用意するもの再編成されたブロックを確認するためのビットコインゴールドやイーサリアムクラシック用のブロックエクスプローラーマイニング統計サイト（例：Blockchain.comやCoinWarz）の過去のハッシュレートチャートホワイトペーパー「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」の第11節

問い

  1. ある主体が計算作業の半分以上を支配している場合、どのトランザクションが変更可能になるのか？
  2. コインの送金履歴が巻き戻されても、そのコインの鍵を保持していれば安全なままなのはなぜか？
  3. チェーンのハッシュレートが不安定になったとき、取引所は承認要件をどのように調整するのか？

探究

  1. ナカモトコンセンサスは、累積プルーフ・オブ・ワークが最も多い有効なチェーンに従う。世界全体のハッシュパワーの50％超を支配する攻撃者は、ネットワークの残りの部分よりも速くブロックをマイニングできるため、最終的に公開チェーンを追い越すプライベートチェーンを構築できる。この長いチェーンがブロードキャストされると、より多くの作業量を含んでいるため、ノードはそちらに乗り換える。この仕組みにより、最近のトランザクションを覆したり、他者のトランザクションを台帳から締め出したりすることが可能になる。
  2. 最大の経済的脅威は二重支払いである。攻撃者は加盟店や取引相手にコインを送り、公開チェーン上で1承認を待ってから、同じコインを別の宛先に使った隠し持っていた並行チェーンを公開する。隠されていたチェーンの方がブロック数が多いため、そちらが正規の履歴となる。元の支払いは有効な台帳から消える。この攻撃が利益を生むのは、受け取った商品の価値が、誠実なマイナーを上回るのに必要な電力とハードウェアのコストを超える場合に限られる。
  3. 重要なのは、多数派の攻撃者であっても他人のコインを盗むことはできないという点である。ビットコインにおける所有権は、コンセンサスではなく暗号技術に基づく。他人のサトシを使うには、攻撃者はその人の秘密鍵を必要とするが、秘密鍵はsecp256k1楕円曲線暗号によって守られている。マイニングパワーはトランザクションの順序とブロックの有効性を左右するが、他のユーザーの資金へのアクセスを与えるものではない。攻撃者は誠実なマイナーのブロックを孤立（オーファン）させたり、特定のトランザクションを検閲したりできるが、固定された発行スケジュールを超えて通貨を生み出したり、根底にあるコンセンサスルールを変更したりすることはできない。
  4. 総ハッシュレートが低いため、小規模なプルーフ・オブ・ワークのネットワークはこの脅威にはるかに頻繁にさらされる。マイニング機器をレンタルすれば、短期間であれば多数派の支配が手の届くものになる。ビットコインゴールドは2018年5月に攻撃を成功させられ、攻撃者はネットワークのハッシュパワーを一時的に支配して数百万ドル相当のトランザクションを覆した。イーサリアムクラシックも2019年1月に、そして2020年8月には複数回、同様の攻撃を受けた。いずれの場合も、取引所は入金を反映する前に求める承認数を大幅に増やすことで対応した。
  5. ビットコイン自体は、多数派攻撃が成功したことは一度もない。ただし2014年6月には、GHash.ioが一時的にネットワークのハッシュレートの半分を超え、警戒を呼んだ。その1か月後、同社は40％未満にとどまると約束した。ビットコインを攻撃する経済的コストは法外である。攻撃者は効率的な世界中のマイナーと競いながら、高額な電力コストを負担し続けなければならないからだ。さらに攻撃を完遂するまで多数派を維持する必要があり、失敗すればコストだけが残る。
  6. コンセンサス制御と暗号学的所有権の違いが、セキュリティモデルを定義している。コンセンサスは、誰がいつ誰に支払ったかといったイベントの順序を保護するのに対し、暗号技術は何が誰の所有物かという価値の帰属を保護する。51％攻撃者は前者を操作できるものの、後者の制約を受け続ける。この分離により、最悪の事態で歴史が書き換えられても、マルウェアやソーシャルエンジニアリングといった別の手段によって鍵が侵害されない限り、個々のウォレットのセキュリティは維持される。

重要な事実

  • 多数派のハッシュパワーを持つ者は、自身の最近の支払いを取り消したり、トランザクションをチェーンから締め出したりできる。
  • マイニングパワーに関わらず、秘密鍵を持っていないコインは攻撃者が使うことはできない。
  • ビットコインゴールドは2018年5月に二重支払い攻撃を成功させられ、取引所に約1800万ドルの損失が生じた。
  • イーサリアムクラシックは、2019年1月と2020年8月に複数回の多数派攻撃を受けた。
  • 2014年6月、GHash.ioは一時的にビットコインのハッシュレートの約半分に達したが、その後は40％未満を維持することを公約した。
  • 脆弱なチェーンを扱う取引所は、チェーン再編成からユーザーを守るために承認要件を引き上げる。

演習 九・六・三・一

9集めるプルーフ・オブ・ワークのネットワークに関わる、成功した攻撃と未遂の両方を含む9つの異なる事件や脅威を挙げてください。チェーン名、日付、関与したハッシュパワーの割合（判明していれば）、結果を記載してください。
6まとめる攻撃者の主な目的に基づいて、これら9つの事件を6つのカテゴリーに分類してください。目的の例は、自身のコインの二重支払い、特定のトランザクションの検閲、他のマイナーのブロックを孤立（オーファン）させること、無効なブロックの作成、その他の動機です。
3絞り込む6つのグループを、ある主体が多数派のハッシュパワーを支配するためにリソースを費やす3つの根本的な理由に絞り込んでください。
1結晶化するコンセンサスの力が変更できるものと、暗号学的な所有権が保護するものとの正確な境界を、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。

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