Merged Bitcoin: Proof of Work Blockchains with Multiple Hash Types
本論文は、複数のハッシュ型を用いてブロックチェーンを保護するプルーフ・オブ・ワーク・プロトコルである「Merged Bitcoin」を導入するものであり、そのセキュリティ領域が個々の51%攻撃閾値の単純な交差を上回ることを証明することで、攻撃コストを最大化し、技術的またはハードウェア的な脅威による非対称なハッシング上の優位性を緩和するための難易度調整メカニズムを提供する。
原論文は CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
ビットコイン・ネットワークを、誰が何を所有しているかを記録するための、巨大でグローバルなデジタル台帳だと想像してみてください。この台帳の安全性を保ち、誰かが不正な取引をすることを防ぐために、システムは「プルーフ・オブ・ワーク（Proof of Work）」というゲームに依存しています。このゲームでは、コンピューターが難しい数学のパズルを解く競争を行います。そのパズルを最初に解いた者が、台帳に次のページ（ブロック）を追加することができます。
現在、ビットコインはただ一種の特定の数学パズル（SHA-256と呼ばれます）のみを使用しています。これは、金庫にたった一つの巨大な鍵がかかっているようなものです。もし泥棒がその一つの鍵を開ける方法を見つけ出してしまえば、すべてを盗み取ることができます。論文は、たった一つの鍵に頼ることはリスクが高いと主張しています。その理由は以下の通りです：
- 中央集権化： この特定の鍵を開けるための道具を作る専門の工場がごく少数しか存在しないため、少数の強力な企業がセキュリティを支配してしまいます。
- バックドア： もしそれらの工場が秘密の「マスターキー」（ハードウェア・バックドア）を持っていたり、あるいは新しい技術（量子コンピューターなど）によってその特定の鍵が簡単に開けられるようになったりした場合、システム全体が脆弱になります。
解決策：「マージド・ビットコイン（Merged Bitcoin）」
著者らは、「マージド・ビットコイン」と呼ばれる新しいプロトコルを提案しています。一つの鍵ではなく、想像してみてください。金庫には、さまざまな形や大きさの多くの異なる鍵（異なるハッシュタイプ）があります。
- 仕組み： チェーン内のブロックは、これら異なるパズルのうちいずれかを解くことで保護されます。SHA-256のソルバーを使ってもよいですし、メモリを大量に消費するソルバー（イーサリアムで使用されているものなど）を使っても、あるいは他の種類のソルバーを使っても構いません。そのブロックが有効である限り、チェーンに追加されます。
- 目的： システムを安全にするためには、すべての鍵を破る必要はありません。システムの「スコア」の過半数を支配するために、十分な数の鍵を破る必要があります。
大きな発見：両手に花は望めない
著者らは、まず希望に満ちたアイデアから始めました。「もしシステムが、すべての種類の鍵の51%を攻撃者が支配した場合にのみ安全ではなくなるとしたらどうだろうか？」というものです。
もしこれが真実であれば、セキュリティは驚異的に強くなります。それは、「銀行を襲うには、正面玄関、裏口、窓、そして煙突のすべてを同時に突破しなければならない」と言うようなものです。その成功確率は天文学的に低くなります。
しかし、論文はこのことは不可能であると証明しています。
許可型ではないシステム（誰でも参加できるシステム）においては、攻撃者は単に「正直であるふり」をすることができると彼らは示しています。もしシステムが「すべての」鍵を破ることを要求する場合、攻撃者は自分が制御していない鍵については正直に振る舞いながら、裏で密かに偽のチェーンを構築できてしまいます。このため、セキュリティはすべての鍵の「AND（かつ）」の関係にはなり得ません。
しかし、ここには良いニュースがあります： その完璧な「すべて、あるいは何もかも」というセキュリティは手に入らないとしても、マージド・ビットコインは攻撃をはるかに高価にし、実行を困難にします。
なぜ優れているのか（比喩による説明）
1. 「ハードウェア・バックドア」に対する盾
現在のビットコインの鍵は、3つの工場で作られていると想像してください。もしスパイ機関がこれら3つの工場をハッキングすれば、全員のための偽の鍵を作ることができます。
マージド・ビットコインでは、鍵は異なる素材を用いた多くの異なる工場で作られます。システムを破るためには、スパイ機関は複数の異なる工場を同時にハッキングしなければなりません。論文は、これらすべてを一度にハッキングする確率は指数関数的に低下すると主張しています。それは、正面玄関、裏口、窓がすべて異なる無関係の鍵職人によって作られている家を盗もうとするようなものです。
2. 「量子コンピューター」への防御
新しい超強力なツール（量子コンピューター）が登場し、SHA-256の鍵を瞬時に開けられるようになったと想像してください。
- 旧来のビットコイン： 金庫は丸裸です。
- マージド・ビットコイン： 攻撃者は正面玄関（SHA-256）を即座に開けられるかもしれませんが、他のドア（異なるハッシュタイプ）には依然として通常の人間による努力が必要です。攻撃者は、ドアごとに異なる「超ツール」を用意しなければなりません。もし彼らが一つの超ツールしか持っていないなら、中に入ることはできません。
3. 攻撃の「コスト」
論文では、マージド・ビットコインを攻撃したい場合、攻撃者は異なるすべての種類のマイニング・ハードウェアにお金を投じなければならないことを数学的に示しています。
- 比喩： ある町で多数派の票を買いたい場合、その町に異なるルールを持つ3つの異なる選挙区があるとすれば、あなたはそれらすべての選挙区で票を買わなければなりません。もしあなたに一つの選挙区分のお金しかないなら、勝つことはできません。論文は、ルールを正しく設定することで、マージド・ビットコインを攻撃するコストは、個々のシステムを攻撃するコストの合計になることを証明しています。これは、攻撃にとって最も高価な方法となります。
「難易度」の調整
著者らは、システムをバランスさせるためのルールも提案しています。もし一つの種類の鍵が非常に解きやすくなった場合（例えば新しい技術が登場した場合）、マイナーたちはその鍵に押し寄せ、他の鍵は無視されるようになります。
これを修正するために、システムは難易度を自動的に調整します。もし一つの鍵が頻繁に解かれすぎているなら、システムはその鍵をより難しくし、他の鍵をより容易にすることで、すべての種類の鍵が引き続き使用されるようにします。これにより、システムが意図せず単なる「ビットコイン」に戻ってしまうことを防ぎます。
他のアイデアとの比較
この論文は、異なるセキュリティ手法を組み合わせた「Minotaur」という別のアイデアと比較しています。著者らは、Minotaurには致命的な欠陥があると主張しています。それは、「ステーク（Stake）」の部分が一時的に機能しなくなった場合、チェーン全体が停止するか、乗っ取られる可能性があるということです。マージド・ビットコインにはこの問題はありません。誠実なマイナーが一人でも働いている限り、チェーンは成長し続けます。
まとめ
マージド・ビットコインは、多くの異なる種類のセキュリティ・パズルを同時に使用できるようにすることで、ビットコイン・ネットワークをより堅牢にするための提案です。
- それは、システムを「絶対に破れないもの」にするものではありません（数学的にそれは不可能であると証明されています）。
- それは、システムを破ることを「信じられないほど高価」にします。
- それは、特定のハードウェア・バックドアや、新しい技術（量子コンピューターなど）による一時的な優位性から保護します。
- それは、異なるテクノロジーを信頼する人々（例：ビットコイン・ファンとイーサリアム・ファン）が、どちらか一方の側では決して侵害できない、単一の安全な台帳に合意することを可能にします。
要するに、すべての卵を一つのカゴ（一つのハッシュタイプ）に入れるのではなく、マージド・ビットコインは卵を多くのカゴに入れ、泥棒がそれらすべてを盗むことをはるかに困難にしているのです。
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