51% 攻撃の狂乱がやって来ます。これは POW コインの黄昏なのか、それとも ASIC マイニング マシンの終焉なのか?

PoW (Proof of Work) は、ビットコインによって開拓された前例として、コンセンサス メカニズムにおけるセキュリティ、分散化、公平性を組み合わせたソリューションとして広く認識されています。ビットコインネットワークが10年近く安定して運用されていることがその最たる例です。

PoW メカニズムを破る唯一の方法は、51% 攻撃です。攻撃者がネットワーク全体の計算能力の 51% 以上を制御すると、攻撃者は独自に最長のチェーンを生成できます。つまり、攻撃者は特定の瞬間に強制的にハードフォークを作成し、二重支払い攻撃を引き起こすことができます。この種の攻撃では攻撃者が莫大な代償を払う必要があることは容易に理解できるため、今年 5 月までは、それは紙の上と理論上のものにとどまっていました。

そして、5月から複数の通貨が51%攻撃の被害に遭いました。攻撃を受けた各コインの概要を確認してみましょう。

BTGは2018年5月18日に攻撃を受けた。公式サイトは5月24日に発表を行い、51％から攻撃を受けたことを認め、状況と改善計画を説明した。

XVGは2018年5月22日に攻撃を受けた。当局は攻撃について直接発表しなかった。 22日に投稿された公式Twitterアカウントのみが、複数のマイニングプールがDDOS攻撃を受けたと述べていたが、その後の攻撃に対する反応はなかった。

2018年6月3日に攻撃を受けた仮想通貨ZEN。公式サイトは攻撃直後に発表を行い、攻撃中に発生した3件の二重支払い取引のTXID、金額、攻撃者のウォレットアドレスなどの具体的な情報を詳細に列挙し、攻撃の難易度を上げるためにブロック確認回数を増やすなどの対策を講じると表明した。問題に対して積極的に対応する姿勢が気に入りました！

10年近く安定して稼働してきたビットコインが51％攻撃に遭わなかったのに、1ヶ月も経たないうちに頻繁に攻撃を受けるようになったのはなぜでしょうか？これを攻撃者の「装備のアップグレード」の観点からお話ししましょう。

Bitmainは今年、異なるアルゴリズムを搭載した2つの新しいASICマイニングマシンをリリースしました。3月末にリリースされたCryptonightアルゴリズムを使用するX3と、4月末にリリースされたEquihashアルゴリズムを使用するZ9 miniです。

Cryptonight アルゴリズムでは、代表的な通貨は XMR Monero です。 X3マイニングマシンのリリースのニュースを受け取った後、Moneroコミュニティはすぐにハードフォーク計画を開始し、独自のコンピューティングパワーエコシステムの安全性を確保するためにアルゴリズムを変更しました。

要約すると、X3 マイニング マシンの最初のバッチが一般公開される前に、Monero コミュニティがハード フォークを開始したため、紙の上では X3 マイニング XMR の驚異的な利益が失われてしまいました。 Bitmain は、マイナーが X3 を利用できるようにするために、XMC をフォークする必要がありました。当時、X3 の購入者が好んでいたもう一つの通貨は ETN でした。この通貨の開発者は少し遅れました。彼はすぐにアルゴリズムを変更せず、計算能力の集中を防ぐために5月末にアルゴリズムを調整することを思い出しただけだった。しかし、これもまた非常に恥ずかしい状況に遭遇しました。写真をご覧ください:

ETNネットワーク全体の計算能力の比較的大きな割合を占めるナノプールを例にとると、フォークのブロック高に達したとき、 X3マイニングマシンが新しいアルゴリズムに適用できなかったため、マイニングプールの計算能力は400Kから2〜3Kに大幅に低下しました。これにより、難易度の高さにより新しいブロックを生成できなくなりました(CryptoNight アルゴリズムの難易度は 720 ブロックごとに調整されます) 。 ETN コミュニティは、一時的にクラウド コンピューティング サービス プロバイダーに行き、クラウド コンピューティング パワーを購入するためにお金を費やし、そのコンピューティング パワーを独自の通貨に調整して、最も困難な日々をなんとか乗り越えなければなりませんでした。難易度が下がり、マイニング収入が増加するにつれて、グラフィック カード マイナーが参加するようになり、ETN ネットワークは存続し続けることができました。

これらは、X3 マイニング マシンの出現が CryptoNight アルゴリズム通貨にもたらした物語です。 ETNは厳しい状況ではありますが、アルゴリズムを変更して生き残ってきました。これは、最近大きな損失を連続して被ったEquihashアルゴリズム通貨（ZEC、ZEN、BTGなど）よりもはるかに優れています。

Bitmain が新たにリリースした Z9mini は、Equihash アルゴリズムを使用する通貨向けに設計されています。設計消費電力は 300W で、計算能力は 10K sol/s です。これは、総消費電力が 4000W にも達する GTX1060 グラフィック カード 33 枚の計算能力とほぼ同等です。実は、鋭い目を持つ人なら誰でも知っていることだが、今回のマイニングマシンのリリースでは、Bitmain は「やり過ぎ」を避けるために、1 台のマイニングマシン上のチップの数を減らし、マイニングマシンのパラメータの見た目をそれほど怖くないようにしたが、その外観は、まだ GPU マイニング時代にある通貨にとって依然として致命的である。

そこで、Equihashアルゴリズムを採用する通貨は5月上旬に相次いで発表を行った。 ZEC、ZEN、BTGは公式ウェブサイトで相次いでアルゴリズムを変更すると発表した。

Zen は、具体的なアルゴリズム調整の仕組みを非常にわかりやすく説明しています。以下の内容はZenの公式ブログから抜粋したものです。

ZenCashハッシュアルゴリズムを調整する可能性

ZenCash が使用するハッシュ アルゴリズムは、Zcash から継承された Equihash です。最適化されたハッシュ関数は、経験豊富な暗号学者によって作成されます。オリジナルの Equihash ホワイトペーパーには、Equihash がどのように作成され、どのように最適化および調整できるかが説明されており、一読の価値があります。

幸いなことに、Equihash アルゴリズムは完全に置き換えなくても調整できるほど柔軟性があるため、多くのソフトウェア開発作業を必要とせずに比較的迅速に変更を加えることができます。

Equihash アルゴリズムには、N パラメーターと K パラメーターと呼ばれる、ソリューションに影響を与えるパラメーターがあります。これらは、処理能力とメモリのさまざまな組み合わせに対して、解決にかかる時間とソリューションの大きさに影響します。 Zcash がリリース前に選択したパラメータは、N = 200 および K = 9 でした。Zcash がリリースされた後、暗号学者は、値 144 と 5 がより小さく、より ASIC 耐性のあるソリューションを生み出すと思われると判断しました。

この場合、ASIC 耐性はより多くのメモリが必要であることを意味し、パラメータ 200、9 の最適なメモリ量は約 512 MB ですが、パラメータ 144 と 5 には約 2.5 GB のメモリが必要です。 ASIC マイナーにメモリを統合するのはコストがかかるため、メモリ要件が高いハッシュ アルゴリズムは ASIC 耐性が高くなります。 Equihash アルゴリズムのこのバージョンを区別するために、Equihash-144-5 と呼ぶことができます。

ZenCash コミュニティのメンバーは、デバイスの実際のアーキテクチャが公開されたことがないため、Bitmain Z9 Antminer を調整して N および K パラメータで Equihash マイニングを実行できるかどうかは知りません。それは、メモリが制限された専用の ASIC である場合もあれば、外部メモリを備えた再プログラム可能な暗号化に最適化されたコンピューティング デバイスである場合もあります。アーキテクチャによっては、Equihash の N および K パラメータを変更すると、Bitmain が Equihash-144-5 専用マイナーをしばらくの間製造できなくなる可能性があります。

残念なことに、新しいマイニングマシンが稼働する前には採掘できるコインがなかったこと、そしてこれらの通貨がハードフォークする前に51％攻撃が相次いで発生したことに一部の関係者が憤慨したのかもしれない。 Zen が攻撃を非常に明確に説明しているので、いくつかのデータを分析してみましょう。

攻撃当時、Zen ネットワークのハッシュ レートは 58MSol/s でした。攻撃者は、攻撃を実行したり、レンタルハッシュパワーを補充したりできるほどの規模のプライベートマイニング事業を行っている可能性があります。

Zen が攻撃を受けたとき、ネットワーク全体の計算能力は 58MSol でした。攻撃者は、プライベート プールと一時的にレンタルされたコンピューティング パワーを通じて 51% を超えるコンピューティング パワーを獲得し、攻撃を仕掛けることが可能でした。

ASIC マイニング マシンが登場する前は、51% 攻撃のしきい値が 29MSol/s を超える計算能力であるため、このような状況が発生することは基本的に不可能でした。 GTX1060 カード 1 枚あたり 300Sol/s の計算能力に基づくと、約 100,000 枚のグラフィック カード、または約 15,000 台のプロ仕様のマイニング マシンが必要になります。これらのマイニングマシンを使用して攻撃を開始するためのコストと費用は、二重支払いの成功による最終的な利益よりもはるかに高く、誰も感謝されないようなことをすることはないだろう。

Asic マイニング マシンでは、29M のコンピューティング パワーの要件を満たすのに、2900 台の Z9 mini マイニング マシンのみが必要です(ここでは Z9mini は単なる例であり、攻撃者は他のモデルの Asic マイニング マシンを使用して攻撃を仕掛ける可能性があります) 。 2,900 台の Z9mini を導入するためのサイト要件と電源要件も、以前の 15,000 台の GPU マイニング マシンよりもはるかに低くなっています。したがって、攻撃は可能です。

前回の質問に対する答えは次のようになります。過去 10 年間の PoW の歴史ではほとんど発生しなかった 51% 攻撃が、なぜ最近頻繁に発生するようになったのでしょうか。

これは、ビットコインとライトコインの ASIC チップの登場が比較的ゆっくりとした進化を遂げており、当時はマイニング可能な通貨がこの 2 つだけだったためです。ネットワーク全体の計算能力は常に非常に高く、51% 攻撃を開始するコストも常に非常に高くなっています。

今は状況が違います。マイニング可能な通貨はすでに多数存在し、ネットワークの計算能力の大部分は依然として少数の主要通貨に集中している一方で、あまり人気のない通貨に注目するマイナーは多くありません。今回攻撃を受けたZENとBTGは、どちらもEquihashアルゴリズムを使用する第2層通貨です。彼らのネットワーク全体の計算能力はZECよりもはるかに低いですが、それでもBinanceなどの主要プラットフォームに上場されており、流動性は良好です。確かに、悪意のある攻撃者にとっては格好の攻撃対象です。そのため、小額通貨のコンピューティングパワーエコシステムは、ASIC マイニングマシンの影響に耐えられないと言われています。例え話で言えば、誰もがまだシャベルを使って採掘しているのに、突然、掘削機を運転する一団の人々がやって来るのです。彼らとどうやって競争するのですか?

今後、さまざまな通貨のコミュニティが、ASIC チップの出現と ASIC マイニングマシンの計算能力の流入の防止にさらに注目することが予想されます。 ASICチップメーカーが特定のアルゴリズムを搭載したチップを発表した後、そのアルゴリズムを採用した通貨がアルゴリズムの変更を発表し、ASICマイニングマシンの能力を廃止する可能性があります。これは間違いなく、ASIC マイニング マシンの製造元やマイニング マシンを購入するマイナーが望まない状況です。

この記事を投稿する準備をしていたところ、Z9 mini の値上げの発表を目にしました。実際、これまでは考えられなかった、新しいマイニングマシンが半額で発売されるという状況が起こっています。しかし、「買ってもすぐにスクラップになってしまう」という状況を考えると、このようなプロモーション方法では多くの鉱山労働者が購入に踏み切るとは思えません。

PoW が将来的になくなることは絶対にありませんが、PoW の集中化を引き起こす ASIC マイニングマシンの開発経路は非常に混乱しているようです。