51％攻撃―ビットコインはハッキングされる可能性があるのか？

分散型暗号通貨を支えるテクノロジーは複雑であり、新規参加によって、ブロックチェーンがハッキングされてしまうかどうかということについてよく質問されています。

この質問に対する答えは、ブロックチェーンプロトコルに依存します。しかし、ビットコインの様なPoW（プルーフ・オブ・ワーク）コンセンサス・アルゴリズムで実行されるほとんどの分散型ブロックチェーンは、理論的には51%攻撃と言われるものの犠牲になる可能性があります。

ビットコインブロックチェーン上に対する架空の51%攻撃の技術を見ていく前に、私たちがマイニングと呼ぶものによって、卓越した暗号通貨がどのように維持されているかについての私たちの理解をリフレッシュしましょう。

ビットコインのマイニングについての概要

ビットコインは、恐らくPoW（プルーフ・オブ・ワーク）基盤のブロックチェーンの中でも一番良く知られている物であり、特にマイニングと潜在的な51%攻撃のプロセスを開梱するためにそれらに焦点を当てていきます。

ビットコインブロックチェーンとは、基本的にはブロックに保存することで全ての実行された取引を記録する分散型電子会計台帳です。

強力な処理用ハードウェアを使用するマイナー（採掘者）は、ネットワーク内の取引の確認をし、これらのブロックににバンドルする責任があります。

最新のブロックをブロックチェーンに追加するマイナーにとって、時間と体力を消費する暗号パズルを解読しなければなりません。これはPoW（プルーフ・オブ・ワーク）コンセンサス・プロトコルの基礎であり、取引とブロックが有効であることを確認する特定の暗号化ハッシュまたはデジタル署名を見つけるために、計算能力を必要とするプロセスです。

次に、最新のブロックがマイナーとノードのネットワークに配信され、マイナーとノードはブロックをそれぞれのバージョンの元帳に追加します。プルーフオブワークシステムのノードは、ブロックチェーンの正しいバージョンとして最長のブロックチェーンを受け入れます。これは、ほとんどの計算作業がそのバージョンの作成に費やされることを前提としています。

マイナーは、ユーザーが取引手数料を支払うことで、新しいブロックを新たに作成されたビットコイン（BTC）と共に、チェーンに追加することを報酬として与えられます。

二重支払いの防止

マイニングは、ビットコインブロックチェーンを維持し、攻撃者に対して堅牢にする上で重要な役割を果たします。 ビットコインの仮名の作成者である中本聡は、電子決済システムに対する主要な脅威として二重支払いを強調しました。 Phemexが二重支払いの概要で説明しているように、悪意のあるユーザーはBTCを複数回使用しようとする可能性があります。

マイニングを管理するルールは、潜在的な二重支払いを阻止するために不可欠です。 有利なブロック報酬と料金を考慮すると、マイナーはネットワークを維持するために非常にインセンティブを与えられます。 これにより、より多くのマイナーが集まり、プールにハッシュパワーが追加され、チェーン内の次のブロックを解決するための激しい競争が発生します。

皮肉なことに、プルーフオブワークアルゴリズムの使用はネットワークのセキュリティを維持する上で不可欠ですが、51%攻撃の可能性もあり、悪意のあるユーザーが二重支払いを実行したり、取引の改ざんをしようする可能性があります。

どのようにして51%攻撃が行われるのか？

ブロックチェーンに対して51%攻撃を実行するには、攻撃者はその特定のブロックチェーンのマイニングエコシステムを構成するコンピューティングパワーの半分以上を制御する必要があります。

ユーザーがこれを行うことができた場合、ネットワークによって検証された真のブロックチェーンと連携して、ブロックの個別のチェーンをマイニングすることができます。このプライベートチェーンの作成により、攻撃者は二重支払い攻撃を実行し、取引が確認されないようにすることができます。

ハッシュレートの制御共有が保護されているため、攻撃者はビットコインをメインチェーンのアドレスに送信してから、フォークされたプライベートバージョンのブロックチェーンの別のアドレスに同じ金額を送信できます。正直な鉱山労働者のネットワークは、メインチェーンと見なされているものから機能しているため、最初の取引が検証されます。

攻撃者がメインチェーンに先んじるのに十分なブロックをマイニングすると、攻撃者はその「分岐した」チェーンをネットワークに配信できます。この新しいチェーンは最長であるため、メインチェーンとして受け入れられます。つまり、攻撃者によって送信された元の取引は無効になります。次に、2番目の「二重支払い」取引は、攻撃者の分岐したチェーンを受け入れることで検証されます。

攻撃者が特定のブロックの高さから別のブロックチェーンをマイニングしている場合、攻撃者はチェーンに含める取引を選択することもできます。元のチェーンで検証された取引は、攻撃者によってフォークチェーンに含まれていない可能性があり、51%攻撃後のブロックチェーンの有効性にさらに影響を与えます。

攻撃者は、ハッシュパワーの大部分を持っている間、チェーンに追加されるブロックを制御することもできます。これにより、他のマイナーがブロックを追加して報酬や料金を収集することが事実上阻止されます。

51%攻撃により、理論的には、誰かがブロックチェーン内に戻って、前のブロックと取引を操作することもできます。ただし、ビットコインのプルーフオブワークコンセンサスメカニズムは、攻撃者が特定の前の各ブロックの暗号化ハッシュを解決するために行った作業をやり直す必要があるように動作します。これにより、このプロセスは事実上実行不可能になります。

51%攻撃が攻撃者を全能にするわけではないことも注目に値します。ハッシュパワーの大部分を持っているため、攻撃者は他のユーザーの取引を取り消したり、自分のものではないビットコインを送信したり、新しいコインを作成したり、ブロック報酬を変更したりすることはできません。

51%攻撃はビットコインでも発生し得るのか？

前述したように、51％攻撃は実行に膨大なリソースを必要とし、ビットコインのように分散化されたブロックチェーンはこれらのタイプの攻撃から非常に安全です。

しかしこれは51％攻撃が不可能であることを意味するわけではありません。イーサリアムクラシックは、主要な暗号通貨とそのブロックチェーンがこのタイプの攻撃の犠牲になっていることの最良の例です。ビットコインゴールドやライトコインキャッシュなど、他のブロックチェーンもこの方法でハッキングされています。

ブロックチェーンと暗号通貨業界が成熟するにつれて、多くのクラウドマイニングサービスが開始されました。これらは人々にハッシュパワーを借りて異なるプルーフオブワーク暗号通貨をマイニングする能力を与えます。

これは、攻撃者が十分なお金を持っている場合、ネットワーク上のかなり少数のマイナーでブロックチェーンへの攻撃を開始するために必要なハッシュパワーを借りることができることを意味します。これは2019年1月にイーサリアムクラシックに起こったことであり、51％攻撃を実行するための最も実行可能な方法です。

プルーフオブワークコンセンサスを使用する小規模な暗号通貨は、この種の攻撃のリスクにさらされる可能性があります。それにもかかわらず、攻撃者がこれを行うためにほとんど想像を絶する量のハッシュパワーを展開または購入しなければならないという単純な事実に基づいて、ビットコインブロックチェーンが51％攻撃を受ける可能性はほとんどありません。