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量子コンピュータが変える仮想通貨 ーマイニングと51%攻撃ー

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量子コンピュータは仮想通貨にどのような影響を与えるのかを記事にしました。

目次

マイニングの仕組み

51%攻撃について

量子コンピュータに破られないようにするためには?

 

マイニングの仕組み

ブロックチェーンとは、過去に取引履歴の全てのデータベースです。その取引データをトランザクションと言い、ビットコインの送信先アドレスや金額などを含みます。

ビットコインを送金する時、未承認のトランザクションをビットコインのネットワークに送信し、1つの塊(ブロック)としてまとめ、それをproof of workと言われる仕事を誰かがすることで一括して承認します。新しく承認されたブロックは、既に承認ずみのブロックをひと続きにした一本の鎖(チェーン)の最後尾にはめ込まれて追加し、取引が成立します。

 

Proof of Workを行う人を採掘者(マイナー)と言います。ここで、個々のトランザクションはハッシュ関数(SHA-256)によって64桁のハッシュ値に置き換えることができます。個々のブロックも同様にできます。

 

新しいブロックを追加する時、直前のブロックのハッシュ値とトランザクションとランダムな数値列であるノンスをハッシュ関数(SHA-256)に通すことで、64桁のハッシュ値に置き換え、最初の16桁が全て0になるようなハッシュ値になるようなノンス値を選ばないと新しいブロックは生成されません。

 

新しくブロックを生成できた人には報酬として、ビットコインがもらえます。

 

つまり、マイニングとは、適切なノンス値を探し当てるゲームであり、膨大な計算を必要とします。

 

たまに複数のマイナーが同時にナンスの計算をし終えることがあります。この場合はブロックチェーンのルールに基いて、まずはそれらのブロックチェーンはどちらも正式なブロックとして承認します

そして、その後もブロックをつなげていき、最終的に長い方のブロックチェーンが正式なブロックチェーンとして採用され、短い方のブロックチェーンはブロックそのものがなかったこととされます。これを使って次に述べる51%攻撃をしていきます

 

 

51%攻撃について

51%攻撃はブロックチェーンが分岐することを利用して行われます。つまり、不正な方のブロックチェーンを伸ばし続け、正当な方のブロックチェーンを捨てます。

ブロックを生成した後に、そのブロックの取引情報が本当に正しいのか承認が行われます。この承認にはネットワーク参加者(採掘者、マイナー)の計算量(ハッシュレート)の過半数が必要です。

 

ここで、ハッシュレートとは、トランザクションとノンスをハッシュ関数に通してハッシュ値として返す回数を、1秒間あたりどれくらいできるのかを言います。2018年現在、ビットコインネットワークのハッシュレートは3500テラハッシュ毎秒です。

 

その時、悪意のある発掘者が全ての採掘者の計算リソースの合計であるビットコインネットワーク全体のハッシュレートの51パーセントを占有することを51%攻撃と言い、それによって、ブロックチェーンネットワークを以下のようにコントロールすることができます。

①マイニングを独占できる

②取引承認の妨害

③取引の2重払い

取引の二重支払いとは、同じビットコインで2回の取引を行うことです。例えば、僕が持っている100BTCを太郎さんに送ります。取引の二重支払いが可能な場合は、この100BTCを花子さんにも送れてしまいます。

つまり、僕は100BTCの支払いだけで太郎さんと花子さんに100BTCずつ送ることができたので結果的に100BTCが200BTCに増えたことになります。

51%攻撃が実現した場合、手を打つ方法はありません。また現状のコンピュータ1台では51%攻撃は実現できません。というのも、マイニング専用マシンのハッシュレート(2018年現在、最高でも14テラハッシュ毎秒)は、ビットコインネットワークのハッシュレートに遠く及ばないからです。沢山のパソコンを使わないと不可能です。ということは、51%攻撃は大企業やどこかの国の政府が関わっているのかもしれません。

この51%攻撃は、量子コンピュータによって容易になるかもしれません。

というのは、量子ビット数の増加やゲート速度の増加、エラーレートの低下により、1台の量子コンピュータのハッシュレートと、ビットコインネットワークのハッシュレートの差が縮まるとされています。この時期は2027年ごろと推定され、2027年問題と言われています。

 

ここで、51%攻撃では、過去のトランザクションの改ざんはできません。

なぜなら、51%攻撃は分岐を起点に行われますので、分岐以前のブロックチェーンに記録されたトランザクションは書き換えることができないからです。

また、51%攻撃によって他人のビットコインを盗むことはできません。なぜなら、51%攻撃と秘密鍵(Private Key)は無関係だからです。

 

量子コンピュータに破られないようにするためには?

量子コンピュータによるハッキングが行われた際に、セキュリティを守れることを量子耐性といいます

量子コンピュータに対して、仮想通貨はどのような対策を取っているのでしょうか。その方法として、以下のことが考えられてます

 

①ワンタイムパスワード方式

一度きりのパスワードを作るという方法です。毎回パスワードが変わると、量子コンピュータによる膨大な計算をしても、解読が難しいと言われます。

 

②ランポート著名

乱数とハッシュを複雑に組み合わせて作られていて秘密鍵・公開鍵の作成署名署名の検証という大きく分けて3つの仕組みで成り立つ著名方法です。

 

③3進数の採用

あえて非常識的な3進数を使用することで、量子コンピュータでも計算が困難になるという方法です。

 

・現段階で以下の通貨が量子耐性を持つと言われています。

  • NEO(NEO)
  • ADA(Cardano)
  • IOT(IOTA)
  • QTUM(Qtum)
  • QRL(Quantum Resistant Ledger)
  • HSR(HShare)
  • IOC(I/O Coin)
  • XSH(SHIELD)

 

現在、イーサリアムやNEMは量子耐性がないので、今後のアップデートで追加されるかもしれません。

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