ビットコイン時間歪曲攻撃脆弱性解析

2025年3月26日、ビットコイン開発者は「大共識クリーンアップ」というソフトフォーク提案を提出し、ビットコインプロトコルに長年存在しているいくつかの脆弱性や弱点を修正することを目指しました。その中で最も注目すべきは「時間歪み攻撃」の脆弱性です。

! ビットコインセキュリティ侵害:タイムワープ攻撃

ビットコインブロックタイムスタンプ保護メカニズム

ビットコインは現在、タイムスタンプの改ざんを防ぐために2つのメカニズムを採用しています：

1. 中位過去時間(MPT)ルール：新しいブロックのタイムスタンプは、前の11ブロックの中位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：新しい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時間以上早くなってはいけません。

これらの2つのルールは、それぞれブロックのタイムスタンプが遅れすぎたり、前に進みすぎたりするのを防ぎます。しかし、タイムディストーション攻撃は、まさにこれらのルールの脆弱性を利用し、タイムスタンプを偽造することでブロック時間を大幅に戻します。

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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ブロック、約14日です。難易度調整を計算する際、プロトコルは2016ブロックウィンドウの先頭と末尾の2つのブロックのタイムスタンプの差を比較します。理論上は2015ブロック間隔（2016-1）、すなわち1,209,000秒を目標時間として使用すべきです。しかし、実際のコードでは2016を乗数として使用しており、目標時間が600秒多くなっています。

この小さな誤差により、ビットコインの実際の目標ブロック生成時間は10分0.3秒となります。この誤差は一見無視できるようですが、時間歪曲攻撃を引き起こす可能性を生み出しました。

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タイムワープアタックの原理

時間の歪み攻撃は2011年に発見されました。攻撃者はブロックのタイムスタンプを操作することによって、ブロックチェーンの時間が実際の時間よりも徐々に遅れるようにし、難易度調整メカニズムに影響を与えます。

具体な手順は以下の通りです：

1. 大多数ブロックに対して、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タイムスタンプを1秒進めて、MPTルールを満たす。
3. 各難易度サイクルの最後のブロックにおいて、タイムスタンプを実際の時間に設定します。
4. 新しい周期の最初のブロックは、再びタイムスタンプを前の周期の倒数第二のブロックの1秒後に戻しました。

この操作は、難易度計算周期を人為的に短縮させ、難易度の調整を引き起こす可能性があります。攻撃が数周期続くと、難易度が大幅に低下し、ブロック生成速度が異常に加速することがあります。

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攻撃の影響と実現可能性

理論的に、この攻撃は難易度を各サイクルで約2.8倍下げることができます。持続的な攻撃が一定期間続くと、ブロック生成速度は毎秒10個以上に達する可能性があります。

しかし、この攻撃を実施するには多くの課題があります。

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、タイムスタンプの操作に干渉します。
3. 攻撃プロセスは完全に公開されており、緊急修正を引き起こす可能性があります。

ソリューション

時間の歪み攻撃を防ぐための最も簡単な方法は、新しい難易度周期の最初のブロックのタイムスタンプの下限を設定することです。最新の提案では、この制限を2時間に設定することが推奨されており、新しい周期の最初のブロックのタイムスタンプは、前の周期の最後のブロックの2時間前よりも早くしてはいけません。

この修正措置はシンプルで効果的であり、予期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。2時間の時間ウィンドウは難易度調整周期の約0.6%に過ぎず、難易度が人為的に操作される可能性を効果的に抑制できます。

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