ビットコイン時間歪曲攻撃：隠された安全脆弱性

2025年3月、ビットコイン開発者はビットコインプロトコルに長年存在するいくつかの脆弱性や弱点を修正することを目的とした新しいソフトフォーク提案を提出しました。その中でも特に注目されているのは「時間歪み攻撃」と呼ばれる脆弱性であり、この記事で重点的に探討する内容です。

! ビットコインセキュリティ侵害:タイムワープ攻撃

ビットコインのタイムスタンプ保護メカニズム

時間の歪み攻撃について議論する前に、ビットコインの既存の時間操作保護ルールを理解する必要があります：

1. 中位過去時間(MPT)ルール：ブロックのタイムスタンプは前の11ブロックの中央値よりも遅くなければならない。

2. 未来のブロック時間ルール：ブロックのタイムスタンプはネットワークノードの中央値の時間よりも2時間以上早く設定できません。また、ノードの時間とローカルシステムの時計との最大許容差は90分です。

これらのルールは、ブロックのタイムスタンプが過度に操作されるのを防ぐことを目的としています。しかし、初期のブロックチェーンの同期の必要性から、未来のタイムスタンプを制限するように過去のタイムスタンプを厳密に制限することはできません。タイムディストーション攻撃はまさにこれを利用しており、はるか昔のタイムスタンプを偽造することで実現されます。

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サトシ・ナカモトの「1人足りない」ミス

ビットコインの難易度調整周期は2016個のブロックで、理論上約2週間の時間です。マイニングの難易度調整を計算する際、プロトコルはこの2016個のブロックウィンドウの首尾2つのブロックのタイムスタンプの差を計算します。しかし、中本聡が設計する際に小さな間違いを犯しました：彼は目標時間を計算するために2016ではなく2015を使用しました。

このエラーは、目標時間が実際の必要時間よりも0.05%長くなる原因となります。言い換えれば、ビットコインの実際の目標ブロック生成間隔は10分ではなく、10分0.3秒です。この誤差は一見無視できるように思えますが、より深刻な脆弱性の伏線を張っています。

タイムワープアタックの原理

時間の歪曲攻撃は2011年に初めて発見されました。攻撃者はブロックのタイムスタンプを操作することで、難易度調整周期の時間の幅を人為的に延長し、その結果、難易度が大幅に下がることを引き起こします。

具体的には、攻撃者は大多数のブロックのタイムスタンプを前のブロックよりも1秒遅く設定し、MPTルールを遵守します。各難易度調整サイクルの最後のブロックでは、攻撃者はタイムスタンプを実際の時間に設定します。これにより、難易度計算が依存する時間間隔が人為的に延長され、システムはブロック生成速度が遅くなったと誤認識し、マイニング難易度が低下します。

この操作を継続することで、攻撃者は難易度を絶えず下げ、最終的には毎秒数十個のブロックを生成することができるようになります。これはビットコインネットワークの正常な運営を妨げるだけでなく、攻撃者が大量の不正なビットコイン報酬を得る可能性もあります。

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攻撃の実現可能性と課題

理論的にはこの攻撃は壊滅的ですが、実施する際にはいくつかの課題があります。

1. 大部分の算力を制御する必要があります。
2. 正直なマイナーの存在は攻撃の難易度を上げる。
3. 攻撃プロセスは公開されており、緊急修正を引き起こす可能性があります。
4. 顕著な効果を見るには数週間かかる必要があります。

これらの要因は、ある程度攻撃の実行可能性を制限しますが、脅威を完全に排除することはできません。

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ソリューション

この脆弱性を修正するために、開発者は幾つかの可能な解決策を提案しました。

1. 難易度調整アルゴリズムを修正し、「差一」エラーを修正しました。
2. MPTルールを取消し、タイムスタンプは厳密に増加する必要があるという要件に変更する。
3. 新しい制限ルールを設定し、新しい難易度サイクルの最初のブロックのタイムスタンプが前のサイクルの最後のブロックの特定の時間よりも早くならないようにします。

現在、第三の案が比較的多くの支持を得ています。具体的には、提案はこの時間制限を2時間に設定することを提案しています。この案は、時間の歪み攻撃に対して効果的に防御できると同時に、意図しない無効ブロックが生成されるリスクを最小限に抑えることができます。

まとめ

時間歪曲攻撃は、ビットコインプロトコルの中に長年無視されてきたセキュリティの脆弱性を明らかにしました。この脆弱性は今まで実際に利用されていませんが、その存在は依然として警戒に値します。ビットコインネットワークの継続的な発展と改善に伴い、こうした潜在的な脅威をタイムリーに発見し修正することが、全体のエコシステムの長期的な安全性と安定性を確保するのに役立ちます。

! ビットコインセキュリティの脆弱性:タイムワープ攻撃