二重の支出の問題は何ですか、そしてブロックチェーンはそれをどのように防ぐのですか？

二重の支出の問題を理解する

二重の支出の問題は、同じデジタルトークンを複数回費やすことができるデジタル通貨システムの基本的な課題です。同時に2人の異なる人に渡すことができない物理的な現金とは異なり、デジタルファイルをコピーして再利用できます。これにより、悪意のあるアクターがデジタルコインを複製して複数の受信者に送信し、同じ資金を2回効果的に費やすことができるため、デジタルトランザクションに脆弱性が生まれます。これにより、デジタル決済システムの信頼と整合性が損なわれます。従来の金融システムでは、銀行のような中央当局は、元帳を維持し、取引を検証することにより、これを防ぎます。ただし、中央当局を欠く分散型環境では、2倍の支出を解決することが大幅に複雑になります。

ブロックチェーンテクノロジーが問題にどのように対処するか

ブロックチェーンは、暗号化の検証、分散化されたコンセンサス、および不変の元帳録音の組み合わせにより、二重支出を防ぎます。ブロックチェーン上の各トランザクションは、送信者の秘密鍵を使用してデジタルで署名され、信頼性を確保します。ネットワークにブロードキャストすると、ノードは、送信者が十分な残高を持っているかどうか、およびそれらの資金がすでに費やされているかどうかを確認することにより、トランザクションを検証します。この検証は、単一のエンティティによってではなく、ノードの分散ネットワークによって実行され、中央当局への依存を排除します。検証済みのトランザクションはブロックにグループ化され、その後、時系列および改ざん耐性チェーンに追加されます。

コアイノベーションは、仕事の証明（POW）やステークの証明（POS）などのコンセンサスメカニズムにあり、すべての参加者が元帳の状態に同意することを保証します。トランザクションを確認するには、ネットワークの大部分が受け入れるブロックに含める必要があります。ブロックが追加されると、それを変更すると、後続のすべてのブロックを再計算し、ネットワークのコンピューティングパワーの50％以上の制御を獲得する必要があります。

トランザクションの検証と確認プロセス

ユーザーが暗号通貨トランザクションを開始すると、2倍の支出を防ぐためにいくつかのステップが発生します。

• トランザクションは、ノードのピアツーピアネットワークにブロードキャストされます。
• ノードは、送信者のデジタル署名をチェックし、入力（費やされている資金）が以前のトランザクションでまだ使用されていないことを確認して、トランザクションを検証します。
• 有効なトランザクションがMempool （メモリプール）に収集され、新しいブロックに含まれることが待っています。
• 鉱山労働者またはバリデーターは、メモリから取引を選択し、より高い取引手数料を持つ人々に優先順位を付けます。
• 選択したトランザクションはハッシュされ、候補ブロックに含まれています。
• マイナーまたはバリデーターは、暗号化パズル（POW）を解決するか、株式（POS）に基づいて選択されてブロックチェーンにブロックを追加します。
• ブロックが追加されると、トランザクションは最初の確認を受け取ります。上部に追加される各ブロックは確認の数を増やし、反転を指数関数的に難しくします。

トランザクションの確認が多いほど、2倍の支出の試みに対して安全になります。価値の高いトランザクションの場合、サービスは多くの場合、最終性を確保するために6つの確認を必要とします。

レース攻撃とフィニー攻撃の防止

ブロックチェーンの堅牢な設計にもかかわらず、特定の条件下では特定の二重支出攻撃ベクトルが存在します。ユーザーが同じ資金を2人の異なる受信者に迅速に連続して送信すると、レース攻撃が発生し、1つの取引が確認され、もう1つの取引が拒否されることを期待しています。これは、受信者が未確認のトランザクションを受け入れる場合にのみ実現可能です。これを軽減するために、ユーザーとサービスは、トランザクションファイナルを検討する前に、少なくとも1つの確認を待つ必要があります。

もう1つのまれな攻撃は、Bitcoinの初期の貢献者の1人であるHal Finneyにちなんで名付けられたFinney Attackです。このシナリオでは、鉱夫は特定のコインを独自の財布に費やしているが、ブロードキャストしないトランザクションを事前に模倣しています。その後、彼らは公共取引で同じコインを費やします。商品やサービスを受け取った後、彼らは事前に染色されたブロックをリリースし、公共取引を無効にする可能性があります。この攻撃には、正確なタイミングとインサイダーのマイニングアクセスが必要であり、大規模な実行が難しくなります。最良の防御は、商品やサービスをリリースする前に複数の確認を待つことです。

セキュリティにおける不変性と分散元帳の役割

ブロックチェーンの不変性は、2倍の支出を防ぐために重要です。データがブロックに書き込まれ、そのブロックが暗号化されたハッシュを介してチェーンにリンクされると、トランザクションを変更するには、後続のすべてのブロックを変更する必要があります。これにより、特に大規模なネットワークでは、計り知れない計算能力が必要になります。元帳の分散性により、すべてのノードがブロックチェーン全体のコピーを保持することを保証します。 1つのノードが元帳の不正バージョンを導入しようとする場合、矛盾は迅速に検出され、多数派によって拒否されます。

さらに、ブロックチェーンの透明で監査可能な性質により、誰でもトランザクション履歴を検証できます。新しいトランザクションのすべての入力は、以前のヘンシャルトランザクション出力（UTXO）を参照しています。ノードは、UTXOセットをチェックして、費やされている資金がまだ消費されていないことを確認します。このシステムは、ネットワークのコンセンサスが侵害されない限り、コインを2回使用できないことを保証します。

よくある質問

Bitcoinのような定評のあるブロックチェーンで二重の支出が発生する可能性がありますか？理論的には可能ですが、Bitcoinのような大規模で分散型のブロックチェーンへの2倍の支出は、ハッシュレートが高く、分布したコンセンサスのために非常にありそうにありません。攻撃者は、ネットワークのマイニングパワーの50％以上（51％の攻撃）を制御する必要があります。これは、非常に高価で検出可能です。

同じ入力を使用した2つのトランザクションが同時にブロードキャストされるとどうなりますか？ネットワークは、確認される最初のブロックに含まれるトランザクションを受け入れます。他のトランザクションは無効になり、Mempoolから削除されます。ノードは最長の有効なチェーンに続き、一貫性を確保します。

すべての暗号通貨は同じ方法で2倍の支出を防ぎますか？ほとんどの暗号通貨は、2倍の支出を防ぐためにコンセンサスアルゴリズムを備えたブロックチェーンベースのメカニズムを使用しています。ただし、詳細はさまざまです。イーサリアムのようなステークチェーンの証明は、杭打ちに基づいてバリデーターの選択を使用しますが、Bitcoinのような作業チェーンの証明は計算努力に依存しています。

ゼロ確認で暗号通貨の支払いを受け入れるのは安全ですか？ゼロ確認トランザクションを受け入れるには、特に価値の高いアイテムのリスクがあります。多くの小規模なトランザクションがすぐに落ち着きますが、レース攻撃の可能性が存在します。セキュリティのために、少なくとも1〜6個の確認を待つことを強くお勧めします。