ビットコインプロトコル存在の時間歪みの脆弱性とその修正案

最近、ビットコインの開発者が新しいソフトフォーク提案を提出しました。これは、ビットコインプロトコルに長年存在する複数の脆弱性や弱点を修正することを目的としています。その中の一つの深刻な脆弱性は「時間歪曲攻撃」と呼ばれ、この記事ではこれについて詳しく探討します。

ビットコインブロックのタイムスタンプ保護メカニズム

時間の歪み攻撃について議論する前に、現在のビットコインプロトコルにおける時間操作保護ルールを理解する必要があります。

1. 中位過去時間(MPT)ルール：ブロックのタイムスタンプは前の11個のブロックの中央値の時間よりも後でなければなりません。

2. 未来のブロック時間ルール：ブロックのタイムスタンプはノードのピアの中央値の時間を2時間以上超えてはいけません。ノードの時間とローカルシステムクロックの最大許容差は90分です。

これらのルールは、ブロックのタイムスタンプが実際の時間から大きく逸脱するのを防ぐことを目的としていますが、依然として悪用できるいくつかの脆弱性が存在します。

! ビットコインセキュリティ侵害:タイムワープ攻撃

中本聡の計算ミス

ビットコインの難易度調整周期は2016個のブロックで、約2週間の時間です。マイニング難易度調整を計算する際、プロトコルは2016ブロックのウィンドウ内で最初と最後のブロックのタイムスタンプの差を比較します。しかし、中本聡は目標時間を計算する際に小さな間違いを犯しました：

正しく計算: 60 秒 × 10 分 × 2015 年の間隔 = 1,209,000 秒 実際の使用時間:60秒×10分×2016年=1,209,600秒

この0.05%の誤差は、ビットコインの実際の目標インターバルを10分0.3秒にし、10分整ではなくなります。この誤差自体は大きな影響を与えませんが、別の設計上の欠陥と組み合わさることで、より深刻なセキュリティ上のリスクを引き起こします。

! ビットコインセキュリティ侵害:タイムワープ攻撃

タイムワープ攻撃の原理

時間歪曲攻撃は、中本聡の難易度計算における誤りを利用します。攻撃者はブロックのタイムスタンプを操作することで、ブロックチェーンの時間が実際の時間よりも大幅に遅れるようにし、難易度調整に影響を与えます。具体的な手順は以下の通りです：

1. 大多数ブロックのタイムスタンプは、前のブロックよりも1秒早いか、6つのブロックごとに1秒早くなっています。
2. 各難易度調整周期の最後のブロックは実際のタイムスタンプを使用します。
3. 次のサイクルの最初のブロックのタイムスタンプは過去に戻り、前のサイクルの倒数第二のブロックよりも1秒早い。

この操作はMPTルールに準拠していますが、難易度が継続的に低下する原因となります。攻撃者は大量のブロックを迅速に生成し、大量のビットコイン報酬を獲得することができます。

! ビットコインセキュリティ侵害:タイムワープ攻撃

攻撃の実現可能性と防御

理論的にはこの攻撃は非常に大きな脅威ですが、実施する際にはいくつかの課題があります：

1. 大部分の算力を制御する必要があります。
2. 正直なマイナーの存在は攻撃の難易度を上げる。
3. 攻撃プロセスは観察可能であり、コミュニティに反応時間を与えます。

このような攻撃に対抗するために、開発者はシンプルな解決策を提案しました：新しい難易度周期の最初のブロックの時間は、前の周期の最後のブロックの特定の分数よりも早くてはならないと規定しました。現在提案されている時間の幅は2時間であり、これにより難易度の引き下げ幅を効果的に制限します。

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まとめ

時間の歪み攻撃は、ビットコインプロトコルにおける重要な脆弱性を明らかにしました。実施の難易度は高いものの、その潜在的な影響は無視できません。新しいタイムスタンプ制限ルールを実施することで、このリスクを効果的に緩和し、ビットコインネットワークのセキュリティと安定性をさらに向上させることができます。大コンセンサスクリアリング提案が進むにつれて、この脆弱性の修正が期待され、ビットコインの長期的な発展のためのより堅固な基盤が築かれるでしょう。

! ビットコインセキュリティの脆弱性:タイムワープ攻撃