ビットコインはどのようにしてセキュリティを維持しているのか？

2008年11月1日に誕生して以来、現在7,000億ドル以上の価値を持つビットコインは13年間稼働を続け、その目覚ましい成長により注目を集めてきました。一般的な機関では、取引量とデータの増加に伴いハッカー攻撃の可能性や保守コストが上昇します。しかし、オープンソースコードで分散化されているビットコインではそれは当てはまらないようです。では、どのようにして運用セキュリティを確保しているのでしょうか？誰がビットコインネットワークを維持しているのでしょうか？長い歴史の中で、ビットコインネットワークはセキュリティ上の問題やハッキングに遭遇したことはあるのでしょうか？

ビットコインのオープンソースコードを見てみましょう。

2008年11月1日にビットコインホワイトペーパーが公開された後、サトシ・ナカモトはホワイトペーパーのルールを実装するソフトウェアの開発を開始し、2009年1月に最初のブロックをパッケージ化して50ビットコインの報酬を得ました。それ以来、暗号資産として正式に登場し、そのネットワークは公衆の注目を集め始めました。しかし驚くべきことに、ナカモトのネットワークではソースコードを変更でき、初期発行報酬のパラメータも変更可能でした。ここで疑問が生じるかもしれません。それではビットコインの量を改ざんできるのではないでしょうか？パラメータが変更可能であれば、いつでもインフレが起こる可能性があるのでしょうか？

なぜ誰も実際に数値を編集していないのでしょうか？それは無駄な努力になるからです！

ビットコインとそのネットワークの運営はコンセンサスメカニズムに基づいており、全員が基本ルールに同意して初めて価格が上昇します。2,100万ビットコインの一定発行というコンセンサスに基づいてこそ、マイナーはブロックのマイニングに労力を投じる意欲を持つのです。ルールが変更された場合、新しいコンセンサスが必要となります。新しいルールを誰も受け入れず、新ルールの下で誰もマイニングを行わなければ、その暗号資産は価値を持ちません。

ここで疑問が浮かぶかもしれません。ビットコインの歴史の中で、 コンセンサスに達したルール変更の提案はあったのでしょうか？

実際にありました。ビットコインの普及に伴い、ブロックサイズの制限と1秒間に7トランザクションしか処理できないという欠点が日に日に顕著になってきました。2017年7月、ビットコインネットワークの混雑問題を解決するために2つの派閥が現れました。一方は1Mのブロックサイズを維持し、セグウィット、間接的な拡張、ライトニングネットワークを採用して圧力を分散させることを主張し、他方はブロック容量の直接的な拡張を主張しました。結果として、ビットコインネットワークは前者のアプローチを採用し、後者はビットコインから分離してビットコインキャッシュを作成しました。

つまり、理論的には誰でもコードとルールを修正できますが、実際には誰も変更に同意しなければ、その修正は正当性を持ちません。また、修正案が部分的にしか承認されない場合、その計画を継続する唯一の方法は、ビットコインネットワークから分離して新しいチェーンと通貨を作成することです。したがって、理論的にはビットコインの発行パラメータを修正できますが、実際には誰も修正することはできないのです。

では、ビットコインネットワークはこれまでにセキュリティ上の問題に遭遇したことはあるのでしょうか？また、ビットコインには中央管理がないため、誰がネットワークのセキュリティを維持しているのでしょうか？

ビットコインネットワークには中央管理は存在しませんが、そのネットワークセキュリティ、コードのバグ修正、アップデートはCoreデベロップメントチームによって維持されています。Coreデベロップメントチームは従来の中央集権的な企業ではなく、コア開発者とビットコイン開発コミュニティ、そして多くの短期的な貢献者で構成される非営利組織です。実際にビットコインネットワークにはセキュリティの脆弱性が存在し、特に初期には問題がありましたが、すべてこの組織によって修正されました。

例えば、2010年8月15日の値のオーバーフロー事件で、ビットコインは最も深刻なバグに見舞われました。開発者が、元のシステムの監視を逃れた1,844億ビットコインの合計を含む2つのトランザクションを含むビットコインブロックを発見したのです。この驚くべきバグはビットコインをほぼ破壊しかけました。当時の総供給量はわずか2,100万だったからです。突如として現れた1,844億ビットコインは、ビットコインへの信頼の基盤を揺るがしました。このバグが修正されなければ、ビットコインの価値は即座に完全に消失していたでしょう。

バグが公開された後、Core開発者たちは即座に行動を起こしました。1,844億のトランザクション記録を消去し、Bitcoin 0.3.1をリリースし、わずか5時間以内にソフトフォークを通じてバグを修正しました。更新されたルールにより、すべての値のオーバーフロー事件は完全に排除されました。それ以降、いくつかの軽微なビットコインのバグは見られましたが、すべて修正されています。

なぜビットコインはバグを素早く修正できるのか？

コア開発者によるバグの迅速な発見と修正に加え、もう一つの理由は、最長チェーンルールというトークンのデータ確認ルールによってネットワークに修復の余地が与えられているからです。つまり、ノードは他のノードによって作業が認められた場合にのみ報酬を得ることができます。ノードの作業が多くの認識を得るほど、より長いチェーンが生成され、そのチェーンでのマイニングからより多くの報酬が得られます。逆に、認識が少なければ、チェーンは短くなり、報酬も減少します。

ビットコインのバグ修正は、良いチェーンが認識を増やしながら長いチェーンに成長し、悪いチェーンが短いチェーンに切られて破棄されるプロセスです。そのため、ビットコインネットワークのコードはオープンソースですが、運用セキュリティは懸念事項ではありません。誰がルールやコードを変更するかはあまり重要ではありません。重要なのは認識にあるからです。

ここで別の疑問が生じます。最長チェーンルールの採用により、ビットコインは51%攻撃を受けやすくなるのでしょうか？誰かが51%のハッシュレートを持っているだけで、ビットコインネットワークを攻撃し、破壊することができるのでしょうか？

51%攻撃とは何か見てみましょう。最初は全員が同じチェーンでマイニングをしているとします。しかし、誰かが51%以上のハッシュレートを持つと、元のチェーンを追い越す新しいチェーンを開始できます。最長チェーンルールに基づき、新しいチェーンが古いチェーンに取って代わってメインチェーンとなり、その結果、古いチェーン上のすべての取引記録が無効になります。

なぜ51%のハッシュレートが攻撃となるのか？

51%のハッシュレートを持つ個人が、すべてのコインを使用し、その支出を古いチェーンに記録した後、新しいチェーン（使用したコインの記録がない）でマイニングを再開します。新しいチェーンの長さが古いチェーンを超えると、古いチェーンは無効になり、そこに記録された支出も無効になります。つまり、使用したコインがまだ存在することになります。これが有名な「二重支払い攻撃」です。他人が自分のコインを繰り返し使用できる一方で、あなたのコインが常に行ったり来たりする状況を想像してみてください。このような暗号通貨を使い続けますか？絶対にありえません。

したがって、二重支払い攻撃が発生すると、その暗号通貨の信頼性は大きく損なわれます。そして、防ぐことができない攻撃があれば、それはまったく安全ではないため、その通貨の終わりを意味します。ビットコインはこのような恐ろしい51%攻撃を受けたことがあるのでしょうか？

答えはノーです。なぜでしょうか？

ビットコインは巨大な存在に成長しました。51%のハッシュレートを獲得するにはコストがかかり、攻撃による利益は比例しません。たとえ誰かが51%のハッシュレートを持って攻撃を仕掛けたとしても、できることは2つだけです：1）自分の取引記録を修正する（二重支払いなど）、2）一部または全ての取引の確認を妨げる。これにより、ビットコインを無から生成することも、各ブロックで生成されるビットコインの数を変更することもできません。どちらにしても割に合わない取引となります。

さらに、ビットコインにはフルノードという第二の保護層があります。

つまり、悪意のあるハッシュレートがあったとしても、ビットコインネットワークを破壊することは困難です。ビットコインのコンセンサスを変更しようとする反抗的なハッシュレートがビットコインネットワークに現れた場合、フルノードで構成されるビットコインネットワークはこれらの取引を拒否することができます。そのため、ビットコインは51%攻撃にほぼ免疫があります。ビットコインネットワークが大きくなればなるほど、攻撃が発生する可能性は低くなります。

また、ビットコインは、悪意のあるノードがライトニングネットワークから資産を盗むことやDoS攻撃などの脆弱性にも直面しています。2019年のバージョンアップデートで、ライトニングネットワークはRSMCプロトコルを使用した不正処罰メカニズムをリリースし、脆弱性を修正しました。ハッカーがライトニングネットワーク上で資金を盗むことが発覚した場合、盗んだ資金だけでなく、関連するチャネルのすべての資金を失うことになります。

まとめ

要するに、ビットコインネットワークがこれほど長期間安定を保っているのは、完璧とは言えないネットワーク自体でも、ハッキングへの免疫でもなく、そのコンセンサスメカニズム、最長チェーンルール、フルノード、そしてビットコインネットワークの実装を支えるビットコインコアのオープンソースによるものです。これらが一体となって、多くの開発者が自発的に脆弱性を修復し、ビットコインネットワークを自己修復型で攻撃に強いものにすることを促進してきたのです。