はじめに
ブロックチェーン技術は、分散型元帳システムとして、暗号通貨やその他のデジタル資産の基盤となっています。そのセキュリティの高さから、改ざんや不正アクセスが困難であるとされています。しかし、比較的小規模なブロックチェーンや新しいブロックチェーンは、攻撃に対して脆弱であるため、注意が必要です。ブロックチェーンのセキュリティを脅かす攻撃の一つに、「51%攻撃」があります。
この記事では、51%攻撃の仕組み、リスク、防御策、過去の事例、そして最新情報について詳しく解説していきます。
- 51%攻撃はブロックチェーンのセキュリティにとって深刻な脅威であるが、大規模なネットワークでは発生する可能性は低いと考えられていること。
- 小規模なネットワークや新しいブロックチェーンは、51%攻撃に対して脆弱であるため、注意が必要であること。
- ブロックチェーン技術は常に進化しており、51%攻撃に対する防御策も開発されていること。 51%攻撃への対策として、コンセンサスアルゴリズムの変更、承認遅延、ペナルティシステム、プロトコル監査、ネットワークの分散化、セキュリティ対策の強化などが挙げられること。
- ブロックチェーンのセキュリティは常に変化しており、最新のセキュリティ動向を把握し続けることが重要であること。
- 継続的な研究開発とセキュリティ対策の強化によって、ブロックチェーン技術の安全性を確保し、その発展に貢献できること。
1. 51%攻撃とは
51%攻撃とは、ブロックチェーンネットワークにおいて、単一の攻撃者または攻撃者グループがネットワーク全体のハッシュレート（計算能力）の51%以上を掌握してしまう攻撃です。ハッシュレートとは、暗号学的パズルを解くために必要な計算能力のことで、ブロックチェーンのセキュリティを維持する上で重要な役割を果たしています。攻撃者がネットワークの過半数のハッシュレートを制御すると、ブロックチェーンを改ざんする権限を持つことになります。具体的には、新しいトランザクションの承認を妨害したり、支払いを停止させたり、過去のトランザクションを無効化したりすることが可能になります。
生徒51%攻撃って何？
先生51%攻撃っていうのは、このブロックチェーンの仕組みを悪用する攻撃の一つなんだ。
生徒悪用？
先生そう！ 例えば、みんなで一つのゲームを作ってて、途中で「このアイテムをタダであげよう！」ってルールを決めたとするよね？
生徒うんうん。
先生でも、一部の人が「やっぱりタダじゃなくて、お金を取ろう！」って言い出したとする。
生徒あー、あるかも。
先生この時、もし「お金を取ろう！」って言ってる人たちが、ゲームに参加してる人の半分以上だったらどうなると思う？
生徒えー、半分以上の人がそう言ってるなら、そっちのルールになっちゃうのかな？
先生そうだよね？ これが51%攻撃と似てるんだ。
生徒なるほど！
先生ブロックチェーンの世界では、計算能力が高い人が、新しいブロックを作る権利を持つんだ。
生徒計算能力？
先生そう！ 計算が速い人ほど、新しいブロックを作れる可能性が高くなるんだ。
生徒ふむふむ。
先生で、もしある人が、この計算能力を全体の半分以上持っていたらどうなると思う？
生徒えー、その人が有利になるのかな？
先生そう！ その人は、自分の都合の良いようにブロックチェーンを書き換えることができちゃうんだ。
生徒えー！
先生例えば、「AさんからBさんに100円送金した」っていう記録があったとするよね？
生徒うん。
先生でも、51%攻撃をしている人は、「AさんからBさんに100円送金した」っていう記録をなかったことにしたり、「AさんからCさんに100円送金した」っていう嘘の記録を作ったりできるんだ。
生徒それは大変だ！
先生そうだよね。これが51%攻撃なんだ。
生徒なるほどね。51%以上の計算能力を持つ人が、ブロックチェーンを書き換えちゃうってことか。
先生そう！ だから、ブロックチェーンの世界では、できるだけ多くの人に計算能力を分散させることが大切なんだ。
2. 51%攻撃のメカニズム
51%攻撃は、攻撃者がネットワークの過半数のハッシュレートを掌握することで、ブロックチェーンの正当なバージョンを書き換えることによって行われます。攻撃者は、まず秘密裏に独自のブロックチェーンの分岐を作成し、そこで不正なトランザクションを実行します。そして、攻撃者が制御するハッシュレートを用いて、この分岐を正当なブロックチェーンよりも長くすることで、ネットワーク全体に不正なブロックチェーンを承認させます。ノードは常に最長のブロックチェーンを有効とみなすため、攻撃者のブロックチェーンが最長になると、ネットワーク全体がそれを受け入れてしまいます。
ただし、攻撃者がブロックチェーンを完全に制御できるわけではありません。攻撃者は、過去のブロックチェーンの記録をある程度改ざんすることはできますが、トランザクションが確定したチェックポイントより前のトランザクションを変更することは非常に困難です。
生徒51%攻撃って、計算能力が高い人がブロックチェーンを書き換えちゃうってことだったよね？
先生そうそう！ 計算能力が全体の半分以上あると、自分の都合の良いようにブロックチェーンを操作できちゃうんだ。
生徒でも、どうやって書き換えるの？
先生そこが面白いところなんだ！ 51%攻撃をする人は、まず秘密裏に自分のブロックチェーンを作るんだ。
生徒秘密裏に？
先生そう！ 表向きはみんなと同じブロックチェーンを使ってるんだけど、裏ではこっそり別のブロックチェーンを作ってるんだ。
生徒なんで？
先生そこで不正な取引をするためだよ。例えば、「AさんからBさんに100円送金した」っていう記録を、自分のブロックチェーンでは「AさんからCさんに100円送金した」って書き換えるんだ。
生徒ひどい！
先生でしょ？ でも、これだけじゃバレちゃうんだ。みんなが使ってるブロックチェーンと違うからね。
生徒だよね。
先生そこで、51%攻撃者は、自分の高い計算能力を使って、この秘密のブロックチェーンをみんなが使ってるブロックチェーンよりも長くするんだ。
生徒長くする？
先生そう！ ブロックチェーンは、一番長いチェーンが正しいってことになってるんだ。
生徒なるほど！
先生だから、51%攻撃者は、自分のブロックチェーンを一番長くすることで、みんなに自分のブロックチェーンを正しいと思わせるんだ。
生徒えー！
先生そうすると、みんなが51%攻撃者の作った不正なブロックチェーンを使うことになっちゃうんだ。
生徒怖い！
先生でしょ？ これが51%攻撃の仕組みなんだ。
生徒よく考えられてるなぁ。
先生ただ、51%攻撃にも弱点があるんだ。
生徒弱点？
先生51%攻撃者は、過去の記録を全て書き換えることはできないんだ。
生徒そうなの？
先生そう！ 昔の記録は、たくさんの人にチェックされてるから、書き換えるのがすごく難しいんだ。
生徒なるほど！
先生だから、51%攻撃は、最近の取引を書き換えることはできるけど、昔の取引を書き換えることは難しいんだ。
生徒ふむふむ。
先生とはいえ、51%攻撃は、ブロックチェーンにとって大きな脅威であることは間違いないんだ。
生徒確かにね。
先生だから、ブロックチェーンの世界では、51%攻撃を防ぐために、色々な対策が取られているんだ。
3. セルフィッシュマイニング
セルフィッシュマイニングとは、マイナーがブロックチェーンネットワーク上で自分の利益を最大化するために、意図的にブロックの公開を遅らせたり、隠したりする行為です。通常、マイナーは新しいブロックを発見するとすぐにネットワークに公開しますが、セルフィッシュマイナーは、他のマイナーが自分のブロックに基づいてマイニングを続けるのを防ぐために、ブロックを秘密裏に保持します。セルフィッシュマイニングは、51%攻撃と組み合わせて使用されることがあります。攻撃者は、セルフィッシュマイニングによってブロックの公開を遅らせながら、51%攻撃によって不正なブロックチェーンを生成することで、より多くの利益を得ようとする可能性があります。
生徒セルフィッシュマイニングって何？
先生セルフィッシュマイニングっていうのは、ちょっとずる賢い人が、自分の利益を最大化するためにする意地悪な行為なんだ。
生徒意地悪？
先生そう！ 例えば、みんなで宝探しゲームをしてるとするよね？
生徒うんうん。
先生宝を見つけた人は、みんなに「宝見つけたよー！」って教えるのが普通だよね？
生徒そうだね！
先生でも、セルフィッシュマイナーは、宝を見つけてもすぐにはみんなに教えないんだ。
生徒えー！
先生他の人が宝を見つけるのを邪魔するために、わざと隠しておくんだ。
生徒ずるい！
先生でしょ？ これがセルフィッシュマイニングと似てるんだ。
先生ブロックチェーンの世界では、新しいブロックを見つけた人が、報酬をもらえるんだ。
生徒へー！
先生普通は、新しいブロックを見つけたら、すぐにみんなに公開するんだけど、セルフィッシュマイナーは、自分の利益のために、公開するのを遅らせるんだ。
生徒なんで？
先生他の人が新しいブロックを見つけると、競争相手が増えちゃうでしょ？
生徒確かに！
先生だから、セルフィッシュマイナーは、他の人よりも先に新しいブロックを見つけて、たくさん報酬をもらおうとするんだ。
生徒なるほどね。
先生あと、セルフィッシュマイニングは、51%攻撃と組み合わせて使われることもあるんだ。
生徒51%攻撃って、計算能力が高い人がブロックチェーンを書き換えちゃうってやつだよね？
先生そうそう！ セルフィッシュマイニングでブロックの公開を遅らせながら、51%攻撃で不正なブロックチェーンを作って、もっと大きな利益を得ようとするんだ。
生徒悪質だ！
先生でしょ？ セルフィッシュマイニングは、ブロックチェーンの公平性を損なう行為だから、問題になっているんだ。
4. 51%攻撃への防御策
51%攻撃は、ブロックチェーンのセキュリティに対する深刻な脅威ですが、そのリスクを軽減するための対策も存在します。
- コンセンサスアルゴリズムの変更: Proof-of-Work (PoW) は、計算能力に基づいてブロック生成者を決定するコンセンサスアルゴリズムですが、51%攻撃に対して脆弱です。Proof-of-Stake (PoS) などの他のコンセンサスアルゴリズムを採用することで、攻撃のコストを増加させ、攻撃を阻止することができます。PoSでは、保有する通貨の量に応じてブロック生成者が選ばれるため、攻撃者はネットワーク全体の過半数の通貨を保有する必要があり、現実的には困難です。攻撃者は、攻撃を仕掛けるために、莫大な資金を必要とするため、PoSへの移行は、51%攻撃に対する有効な防御策となります。
- ブロックチェーンの承認遅延: トランザクションの承認に時間をかけることで、攻撃者が51%のハッシュレートを維持するコストを増加させることができます。攻撃者は、承認を遅らせるために、より長い時間、ネットワークの過半数を支配し続ける必要があり、攻撃のコストが増加します。
- ペナルティシステム: 攻撃者に対してペナルティを科すことで、攻撃を抑制することができます。例えば、PoSでは、不正行為を行ったバリデーターからステークされたトークンを没収するスラッシング条件を適用することができます。
- ブロックチェーンプロトコルの監査: 定期的にブロックチェーンプロトコルを監査することで、脆弱性を発見し、攻撃のリスクを軽減することができます。脆弱性対策を強化することで、攻撃者がネットワークを悪用することを防ぐことができます。
- ネットワークの分散化: 多くのマイナーやノードが参加するよう促すことで、単一の攻撃者がネットワークを支配することを防ぐことができます。マイニング環境の競争が激化すればするほど、単一の主体がそれを独占することは難しくなります
- セキュリティ対策の強化: ネットワークセキュリティを強化することで、攻撃者がハッシュレートを掌握することを困難にすることができます。
- マルチシグネチャウォレットの利用: マルチシグネチャウォレットは、複数のユーザーがトランザクションを承認する必要があるため、不正な変更を防ぎ、セキュリティを向上させることができます。
先生51%攻撃を防ぐために、色々な対策が考えられているんだ。
生徒どんな対策があるの？
先生例えば、コンセンサスアルゴリズムっていうのを変える方法があるよ。
生徒コンセンサスアルゴリズム？
先生そう！ ブロックチェーンの世界では、誰が新しいブロックを作るかを決めるためのルールがあるんだ。これをコンセンサスアルゴリズムって言うんだ。
生徒ふむふむ。
先生今は、Proof-of-Work (PoW) っていうルールがよく使われてるんだけど、これは計算能力が高い人が有利なんだ。
生徒うんうん。
先生だから、51%攻撃を受けやすいんだ。そこで、Proof-of-Stake (PoS) っていう新しいルールが考えられているんだ。
生徒PoS？
先生PoSでは、持ってる仮想通貨の量が多い人が、新しいブロックを作る権利を持ちやすくなるんだ。
生徒へー！
先生これだと、計算能力が高い人じゃなくても、たくさん仮想通貨を持っていれば、ブロックを作れるチャンスがあるんだ。
生徒なるほど！
先生あと、トランザクションの承認を遅らせるっていう方法もあるよ。
生徒承認を遅らせる？
先生そう！ トランザクションっていうのは、仮想通貨の取引のことなんだけど、これを承認するのに時間をかけることで、51%攻撃をする人が不利になるんだ。
生徒なんで？
先生51%攻撃をする人は、できるだけ早くブロックチェーンを書き換えたいんだ。でも、承認が遅れてしまうと、時間がかかって大変だよね？
生徒確かに！
先生だから、承認を遅らせることで、51%攻撃を抑止することができるんだ。
生徒なるほどね！
先生それから、ペナルティシステムっていうのもあるよ。
生徒ペナルティ？
先生そう！ もし51%攻撃をした人がいたら、罰を与えるんだ。例えば、持ってる仮想通貨を没収するとかね。
生徒怖い！
先生でしょ？ こういうペナルティがあると、51%攻撃をしようとする人は減るよね。
生徒確かに！
先生あとは、ブロックチェーンプロトコルの監査っていうのも大切だよ。
生徒監査？
先生そう！ ブロックチェーンの仕組みに欠陥がないか、定期的にチェックするんだ。
生徒なるほど！
先生欠陥が見つかれば、修正することで、51%攻撃を防ぐことができるんだ。
生徒ふむふむ。
先生最後に、ネットワークの分散化も重要だよ。
生徒分散化？
先生そう！ できるだけ多くの人がブロックチェーンに参加することで、51%攻撃をする人が力を持ちすぎないようにするんだ。
生徒なるほど！ 色々な対策があるんだね！
先生そう！ 51%攻撃は、ブロックチェーンにとって大きな脅威だけど、これらの対策を組み合わせることで、リスクを減らすことができるんだ。
6. 過去の51%攻撃事例
51%攻撃は、実際にいくつかのブロックチェーンで発生しています。
- Bitcoin Gold (BTG): 2018年と2020年に51%攻撃を受け、1800万ドル以上のBTGが盗まれました。
- Bitcoin SV (BSV): 2021年に一連の51%攻撃を受け、攻撃者はネットワークを制御した後、最新のブロックを削除または変更することができました。
- Ethereum Classic (ETC): 2020年に51%攻撃を受け、数百万ドルが盗まれたと報告されています。
これらの事例は、51%攻撃が現実的な脅威であることを示しています。ただし、これらの攻撃が発生したブロックチェーンネットワークは、BitcoinやEthereumと比較して小規模であり、ハッシュレートが低いため、攻撃が容易だったと考えられます。小規模なネットワークでは、攻撃者が必要な計算能力をより簡単に取得できるため、51%攻撃のリスクが高まります。
7. 51%攻撃のリスクと対策：最新情報
過去の事例から、小規模なブロックチェーンは51%攻撃に対して脆弱であることが分かります。一方、近年、Bitcoinのような大規模なネットワークにおいても、新たなリスクが浮上しています。
Bitcoinのネットワークハッシュレートが一部のマイニングプールに集中していることが懸念されています。 例えば、FoundryUSA、AntPool、ViaBTCの3つのプールで、ネットワークハッシュレートの72.1%を占めています。これらのプールが結託した場合、51%攻撃を実行できる可能性があります。
しかし、これらのプールは、プールメンバーを接続し、ワークロードを管理するためのプラットフォームを使用しているため、管理者が攻撃を実行しようとすると、正直なマイナーがプールから離脱し、攻撃は失敗する可能性が高いと考えられます。
また、攻撃者は、オンラインサービスからハッシュレートをレンタルして、51%攻撃を実行する可能性もあります。特に、GPUマイニングが主流の比較的小規模なネットワークでは、このリスクが高まります。
一方、Ethereumは、PoSに移行したことで、51%攻撃に対する耐性を高めています。Ethereumで51%攻撃を実行するには、ネットワーク上でステークされているETHの51%を保有する必要があり、これは非常に困難です。これは、ブロックチェーン技術のセキュリティ強化における重要な進展といえます。
8. まとめ
51%攻撃は、ブロックチェーンのセキュリティに対する深刻な脅威ですが、大規模なネットワークでは発生する可能性は低いと考えられています。しかし、小規模なネットワークや新しいブロックチェーンは、攻撃に対して脆弱であるため、注意が必要です。
ブロックチェーン技術は常に進化しており、51%攻撃に対する防御策も開発されています。コンセンサスアルゴリズムの変更、承認遅延、ペナルティシステム、プロトコル監査、ネットワークの分散化、セキュリティ対策の強化など、さまざまな対策を組み合わせることで、ブロックチェーンのセキュリティを強化することができます。
ブロックチェーンのセキュリティは、技術の進歩と攻撃者の進化に伴い、常に変化しています。そのため、51%攻撃のリスクを理解し、適切な対策を講じるだけでなく、最新のセキュリティ動向を把握し続けることが重要です。継続的な研究開発とセキュリティ対策の強化によって、ブロックチェーン技術の安全性を確保し、その発展に貢献することができます。
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