ビットコインプロトコルにおける時間歪み攻撃の脆弱性

2025年3月26日、あるビットコイン開発者が新しい改善提案を提出しました。これは、ソフトフォークを通じてビットコインプロトコルに長年存在する複数の脆弱性や弱点を修正することを目的としています。その中で特に注目すべき脆弱性は「タイムディストーション攻撃」と呼ばれ、これは本記事で深入りしていくテーマです。

ビットコインのタイムスタンプ保護メカニズム

時間歪曲攻撃について議論する前に、ビットコインの現在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個のブロックの中央値の時間よりも遅くなければなりません。

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、ノードのピアの中央値の時間を2時間以上先行してはならない。また、ノードの時間とローカルシステムクロックの間の許容される最大の差は90分である。

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が必要であるため、過去のタイムスタンプの使用を完全に防ぐために、未来のブロックに類似したルールを実施することはできません。タイムディストーション攻撃は、まさにこの点を利用しており、遥かに過去のタイムスタンプを偽造して攻撃を行います。

! ビットコインセキュリティ侵害:タイムワープ攻撃

プロトコル中の計算エラー

ビットコインの難易度調整周期は2016個のブロックを含み、理論的には約2週間の時間です。マイニング難易度調整を計算する際、プロトコルは関連する2016ブロックウィンドウ内の最初と最後のブロック間のタイムスタンプの差を計算します。しかし、この計算プロセスには小さくも重要な誤りがあります。

正しい計算は：60秒 * 10分 * 2015個の間隔 = 1,209,000秒。しかし、実際に使用されたのは：60秒 * 10分 * 2016 = 1,209,600秒。この差異による誤りは、目標時間が本来の時間より0.05%長くなり、ビットコインの実際の目標間隔時間は10分零0.3秒となりました。

この0.3秒の誤差は微不足道に見えますが、別のより深刻な問題に関連しています。難易度の計算は、各2016ブロックウィンドウ内の最初と最後のブロックに基づいており、前のウィンドウの最後のブロックと現在のウィンドウの最後のブロックの間の差異ではありません。この計算方法は、時間歪み攻撃を可能にしました。

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タイムワープアタックの仕組み

時間の歪み攻撃は2011年に初めて発見されました。この攻撃では、マイニングが完全に中央集権化されていると仮定し、攻撃者は次の方法でブロックのタイムスタンプを操作できます：

1. 大多数ブロックについて、タイムスタンプを前のブロックよりも1秒だけ進める。
2. 6つのブロックごとに同じタイムスタンプを保持し、その後次のブロックで1秒を追加します。
3. 各難易度調整周期の最後のブロックでは、タイムスタンプを実世界の時間に設定します。
4. 新しい難易度調整周期の最初のブロックのタイムスタンプは過去に戻され、前の周期の倒数第二のブロックよりも1秒早く設定されています。

この操作により、ブロックチェーンの時間が実際の時間に対してますます遅れ、難易度が不断に低下し、攻撃者が非常に速い速度でブロックを生成できるようになり、多くのビットコインを潜在的に生み出すことができます。

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攻撃の影響と実現可能性

理論的には、このような攻撃は壊滅的な結果を引き起こす可能性があります。極端な場合、難易度は持続的に低下し、毎秒6つ以上のブロックが生成されるまでになります。しかし、このような攻撃を実行するには多くの課題があります。

1. 大部分のネットワーク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. 攻撃プロセスは完全に可視化されており、緊急修正を引き起こす可能性があります。
4. MTPルールと誠実なマイナーのタイムスタンプは攻撃の効果を制限します。

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考えられる解決策

この脆弱性を修正する方法は比較的簡単ですが、ソフトフォークプロトコルの変更が必要になる可能性があります。現在提案されている解決策は：

新しい難易度サイクルの最初のブロックの時間は、前のサイクルの最後のブロックの特定の時間（推奨は2時間）よりも早くしてはいけません。このシンプルなルールは、時間の歪み攻撃を効果的に防ぎ、意図しない無効ブロックのリスクを最小限に抑えることができます。

この2時間の制限は、難易度調整周期の目標時間の約0.6％に相当し、難易度を下げる能力を大幅に制限します。これにより、攻撃者は各周期ごとに難易度を約0.6％下げることが可能ですが、これは一回限りの変化であり、蓄積することはできません。

総じて、時間歪曲攻撃は理論的には深刻な脅威が存在しますが、実際に実行するのは難易度が高いです。適切なプロトコルの更新によって、この潜在的な脆弱性は効果的に緩和され、ビットコインネットワークの安全性と安定性をさらに高めることができます。

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