神奈川大学理学部情報科学科 2014 年度学士論文要旨指導教員：松尾和人 Bitcoin に対する 51%攻撃について酒井和希 1 はじめにオンラインの取引を行う方法にはクレジット払いや、銀行振込みで支払う方法がある。これらの取引方法を利用して取引を行うとクレジットカード会社、銀行といった第三者の機関を介して取引が行われる。第三者の機関が利用者間に入ることによって行われる取引は確実に料金の支払いが行われる。第三者の機関が存在することによって、オンラインの取引を安心して利用することができる。しかし、利用するには審査や個人情報の開示を第三者の機関に行う必要がある。第三者の機関を利用せずオンラインで取引を行う手段として仮想通貨が存在する。仮想通貨の一つであるビットコインは 2008 年にサトシ・ナカモト [1] によって考案されたシステムに基づき、ボランティアコミュニティー (https://bitcoin.org/ja/development) によって 2009 年に運用が開始された。ビットコインを使用した取引は利用者と利用者の二者間で取引を行うことができる。ビットコインを使用した取引の正当性を保つため、信頼における第三者の機関の代わりに暗号技術に基づく信頼性によって取引を正当化している。購入をし、各ノードが採掘速度を競いながら取引の管理を行っている。 2.1 ビットコインの採掘採掘者と呼ばれるノードはビットコインを使用した取引の承認作業を行っている。ビットコインを使用した取引は全てのノードに広められる。各ノードは広められた取引情報を集めてブロックを生成する。各ノードは生成したブロックをハッシュ化して、ノードが持つ CPU の計算能力を使用して演算量証明を行う。この演算量証明では SHA-256 を利用し、先頭から連続する 0 を持つハッシュ値を総当りで計算する [1]。システムが定めた先頭から連続した 0 の個数と同じハッシュ値を最初に見つけることに成功したノードに一定量のビットコインが新規に発行される。このハッシュ値が見つかった場合取引情報を集めて作成したブロックを全てのノードに広め、各ノードはそのブロック内に不正な取引がないかを確認し、問題なければブロックはブロックチェーンと呼ばれる公開台帳につながれる。 2.2 多重使用問題ビットコインは仮想通貨のため、現金と異なり使用し本研究ではビットコインシステムの安全性とビットコたら手元から無くなる概念がない。そのため、一度使用インを狙った攻撃についてまとめる。また、一つのノーしたビットコインを使用して別々の受信者にビットコイドが持つ計算量がノード全体が持つ計算量の過半数を得ンを送信することが可能である。ビットコインでは多重た場合に攻撃可能となる 51%攻撃についてまとめ、小さ使用をされないために取引に順番をつけ、最初に行われな計算量を持ったノードが結託した場合に 51%攻撃が成た取引を正当な取引と認め、それ以降の取引を不正な取功するかを検討し、その対策について考察する。引とし無効にする。ビットコインの取引が正当な取引で 2 ビットコイン手元から無くなる概念が存在しないため、同じ通貨を使あるかはノードの大多数が認めるかによる [1]。 2.3 ブロックの改ざん悪意のある利用者やノードがビットコインの多重使用や取引情報の改ざんを行った場合、ブロックチェーンの用するビットコインの多重使用問題 [3] や、第三者の機分岐が起こる。演算量証明に成功した場合各ノードはブ関が顧客情報を管理していないため、プライバシーの問ロック内が正当な取引のみであれば承認し、不正な取引題 [2] がある。ビットコインを入手する方法として、以があれば拒否をする。善良なノードは不正を拒否するた下の方法がある。 • 取引所で購入する方法め、善良なブロックチェーンを伸ばしていく。しかし悪 • 商品を販売して代金として得る方法 • 採掘を行い入手する方法取引所では購入だけでなくビットコインの売却をすることも可能である。また、採掘によって入手する方法は、採チェーンを伸ばす。ブロックチェーンが分岐をした場合掘者と呼ばれる不特定多数のノードがビットコインを使良なブロックチェーンが正当なブロックチェーンとして用した取引の管理を行う。その報酬として一定量のビッ認められる [1]。トコインが新規に発行され、採掘者に与えられる。これ 3 ビットコインは二者間での取引を可能としている仮想通貨の一つである。仮想通貨は現金と異なり使用したらをビットコインの採掘と呼び、各ノードはより多くのビットコインを得るために計算能力に優れたハードウェアの意のあるノードは不正な取引を承認し、不正なブロックより長いブロックチェーンを正当なブロックチェーンとみなし、短いブロックチェーンを無効とする。善良なノード全体が全てのノードが持つ計算量の大多数であれば善 51%攻撃ビットコインに対する攻撃として Race 攻撃 [6] や Finney 攻撃 [3] が知られるが、本研究では 51%攻撃 [4] を取り神奈川大学理学部情報科学科 2014 年度学士論文要旨指導教員：松尾和人上げる。善良なノード全体が全てのノードが持つ計算量論を得た。の過半数を保持していればビットコインの取引は不正が 5 結託した場合の 51%攻撃の対策起きない。しかし、一人のノードが全体が持つ計算量の前節で考察した、ノードが結託を行いノード全体が持過半数を支配し, このノードが悪意あるノードであったつ計算量の過半数を支配している場合の攻撃の有効性及場合ビットコインの取引は正当に行われることはない。びその対策について検討する。悪意のある小さな計算量をビットコインの取引は最長のチェーンを正当な取引とし持つノードが結託を行い 51%攻撃を行った場合、51%攻て判断される。ブロックチェーンを長く伸ばすにはノー撃が行われていると推測できるのは善良なノードだけでド全体が持つ計算量の過半数を持っていれば良い。つまある。攻撃が行われるとブロックチェーンの分岐が起きり、一人のノードがノード全体が持つ計算量の過半数をる。善良なノードは善良なブロックチェーンを伸ばし、悪得た場合このノード単独で取引の承認と拒否を行い常に意のあるノードは不正なブロックチェーンを伸ばす。正当正当とみなされるチェーンを伸ばし続けることが可能でなチェーンとして認められるのはより長いブロックチェーある。ノード全体が持つ計算量の過半数を得た場合, (1) ンである。結託した悪意のあるノードがノード全体の持不正な取引の正当化 (2) 正当な取引の拒否 (3) 採掘の独つ計算量の過半数を支配している場合、善良なノードが占を行うことが可能となる。伸ばしているブロックチェーンは正当な取引として認め現在 51%攻撃に対する有効な対策はない。しかし、攻られない。そのため善良なノードは、不正ブロックチェー撃者は 51%攻撃を行ったとしても期待値以上の利益を得ンを伸ばしている悪意のあるノードが正当なチェーンをることがないことを知っているためノードは 51%攻撃を伸ばしているノードが持つ計算量よりも、高い計算量を行わないと考えられている。ビットコインは価値が変動持つと推測することができる。そのため、善良なノードする通貨であるため、51%攻撃が可能になる前にビットは 51%攻撃に対して対策を行うことが可能であると考えコインの価値が下がると考えられている。これは、どのる。しかし、51%攻撃を無効化するには善良なノードがノードが全体が持つ計算量の何%を保持しているかを確計算量を増やし、悪意のあるノードが持つ計算量を上回認できるハッシュレート [5] があるためである。このハッる必要があるが、この方法は困難である。現実的な対策シュレートは誰でも確認することが可能である。これにとしては、攻撃者が攻撃を行っても利益を得ることが出より、計算量が明確に表示されるため、ノードが全体が来ないと判断させればよいので、善良なノードが、51%攻持つ計算量の過半数に近づくと 51%攻撃の脅威により、撃を行われている可能性をネットワーク上で伝えることビットコインの安全性が確保できないため、ビットコイが挙げられる。この場合、既に 51%攻撃が成功し攻撃者ンの価値が下がる。攻撃者は価値が下がったビットコイは一定量の利益を得ている場合があると考えられる。そンを不正に得ても利益につながらないので攻撃は行われれを防ぐためには、全体の計算量だけでなく、各ブロッないとされている。クチェーンを計算するノードの計算量をハッシュレート 4 ノードが結託した場合の 51%攻撃本研究では、小さな計算量を持つ悪意のあるノードが結託を行い、ノード全体が持つ計算量の過半数を支配した場合を想定して 51%攻撃の有効性について検討する。の様に、誰でも見ることが可能なシステムを構築すれば良いと考える。 6 まとめ本研究では、ビットコインに対する 51%攻撃について調各ノードが持つ計算量はハッシュレートによって明確に査した。また、悪意のある小さなノードが結託し、ノード示されている。そのため、あるノードが全体が持つ計算全体が持つ計算量の過半数を支配した場合に 51%攻撃を量の過半数に近づくと、全ての利用者がビットコインを行った場合について検討し、その対策について考察した。売り払うことにより価値が下がる。ここで、ハッシュレー参考文献トから計算量の過半数を支配していることが分からない場合をつくり攻撃を行うこと考えた。例えば 1%の計算量を持つ 51 のノードが結託を行うことによってハッシュレートによる 51%攻撃が行える危険性を利用者は感知することが出来ない。また、結託したノードが全体が持つ計算量の過半数を支配している場合、3 節で挙げたノードが全体が持つ計算量の過半数を支配した場合に行うことが可能となる項目を行うことが可能であると考られる。本研究では、この場合の攻撃の有効性と対策について考察した。その結果、3 節で挙げた (1) 不正な取引の正当化 (2) 正当な取引拒否 (3) 採掘の独占が可能であると結 [1] S.Nakamoto, “Bitcoin:A peer-to-peer Elec tronic Cash Sysytem,” 2008, www.bitcoin.org/bitcoin.pdf [2] bitcoin, http://www.bitcoin.orgc [3] G.O.Karame,E.Androulaki “Tow Bit coin at the Price of One? Double-Spending Attacks on Fast Payments in Bitcoin” 2012, http://users.encs.concordia.ca/ ~clark/biblio/bitcoin/Karame\%202012.pdf [4] I.Eyal,E.G.Sirer, “Hacking,Distributed How A Mining Monopoly Can Attack Bitcoin”http: //hackingdistributed.com/2014/06/16/ how-a-mining-monopoly-can-attack-bitcoin/ [5] Bitcoin Block Explorer, https://blockchain.info/ ja/ [6] E.Bonadonna “Bitcoin and the Double-Spending Problem” 2013