二重支出

二重支出とは、デジタルまたは従来のお金の不正な生産と支出です。これは通貨設計の問題を表しています。つまり、良質のお金は確実に希少であり、価値単位が複数回使用される可能性がある場合、希少性の通貨特性が問われます。偽造紙幣と同様に、このような二重支出は、以前には存在しなかった新しい量のコピー通貨を作成することでインフレを引き起こします。ますます豊富になるすべてのリソースと同様に、これは他の通貨単位または商品と比較して通貨の価値を下げ、ユーザーの信頼と通貨の 流通と保持を低下させます。

取引の匿名性を維持しながら二重支払いを防ぐための基本的な暗号化技術は、ブラインド署名のための権限（したがって集中化）の導入と、特にオフラインシステムでの秘密分割である。^[1]

二重支出の防止は通常、トークンが使用されたかどうかを確認できるオンラインの中央の信頼できる第三者を使用して実装されます。 ^{[1]これは通常、可用性と信頼性の両方の観点から}単一障害点を表します。

分散型システムでは、二重支出問題を解決するのがはるかに困難です。信頼できる第三者の必要性を回避するために、多くのサーバーが公開トランザクション台帳の最新の同一のコピーを保存する必要がありますが、トランザクション（お金を使うリクエスト）はブロードキャストされるため、各サーバーにわずかに異なる時間に到着します。2 つのトランザクションが同じトークンを使おうとすると、各サーバーは最初に確認したトランザクションを有効と見なし、もう 1 つを無効と見なします。サーバーが一致しないと、各サーバーの観察は同等に有効であるとみなされるため、実際の残高を判断する方法はありません。

ほとんどの分散型システムは、サーバーを再び同期させるコンセンサスアルゴリズムを使用してこの問題を解決します。コンセンサス メカニズムの 2 つの注目すべきタイプは、プルーフ オブ ワークとプルーフ オブ ステークです。

2007年までに、二重支出を防止するための分散システムが数多く提案されました。^{[2] [3]}

暗号通貨 ビットコインは、2009 年初頭にソリューションを実装しました。その暗号化プロトコルは、トランザクションをブロックにまとめ、ハッシュ ポインターのリンク リスト(ブロックチェーン) を使用して連鎖させる、プルーフ オブ ワーク合意メカニズムを使用しました。どのサーバーでも、マイニングと呼ばれる計算上困難なパズル (具体的には、部分的なハッシュ衝突の検出)を解くことで、ブロックを生成できます。ブロックには、ビットコイン トランザクションの全履歴と、新しい一連の着信トランザクションがコミットされます。マイナーは、それを解くことでビットコインの報酬を受け取ります。

ただし、2 つのブロック (競合するトランザクションを含む) がほぼ同時に採掘された場合、二重支出の問題は解消されません。サーバーが 2 つのブロックの順序について必然的に同意しない場合、各サーバーは両方のブロックを一時的に保持します。新しいブロックが到着すると、どちらかの履歴にコミットする必要があり、最終的には 1 つのチェーンが継続され、他のチェーンは継続されなくなります。最も長い (より技術的には「最も重い」) チェーンが有効なデータ セットと見なされるため、マイナーは、そのデータセットの一部となるために (そして報酬が有効になるように)、自分が知っている最長のチェーンのみにブロックを構築するように動機付けられます。

したがって、このシステムでのトランザクションは、競合するブロックのチェーンが常に現在の標準チェーンを上回る可能性があるため、技術的に「最終的」になることはありません。ただし、トランザクションの上にブロックが構築されると、コストがますます高くなり、別のチェーンがそれを追い越すことは難しくなります。

分散型ブロックチェーンの性質上、また中央機関がないため、トランザクションの正しい継承は支配的なコンセンサスによってのみ定義されます。これにより、1 人のアクターがコンセンサスを決定するエンティティの過半数を制御し、代替トランザクションや二重トランザクションを含む独自のバージョンのイベントを強制する可能性があります。情報伝播の遅延により、51% 攻撃は、アクターのローカルなサブセットに対しても一時的に可能になります。

分散型プルーフオブワークシステムの合計計算能力は、ノードの計算能力の合計であり、使用されるハードウェアによって大きく異なる場合があります。計算能力が大きいほど、採掘された新しいブロックごとにマイニング報酬を獲得する可能性が高くなり、マイニングノードのクラスター、つまりマイニングプールを蓄積するインセンティブが生まれます。51% のハッシュパワーを達成するプールは、ネットワークトランザクションを効果的に覆すことができ、二重支出につながります。

ビットコインのフォークの1つであるビットコインゴールドは、 2018年に同様の攻撃を受け、その後2020年に再び攻撃を受けました。^[4]

特定の暗号通貨が攻撃を受けやすいかどうかは、攻撃者がそれを克服する必要があるため、ネットワークの既存のハッシュパワーに依存します。攻撃が経済的に実行可能であるためには、通貨の時価総額がハッシュパワーを借りるコストを正当化するのに十分な大きさである必要があります。^{[5] [6]}

2014年、マイニングプールGHash.ioはビットコインのハッシュパワーの51%を獲得し、ネットワークの安全性について大きな論争を引き起こしました。プールは自主的にハッシュパワーを39.99%に制限し、ネットワークの信頼を回復するために他のプールにも従うよう要請しました。^[7]