ビットコインは世界的なインターネット遮断を生き残れるか？

元記事タイトル：Inside Bitcoin's 24-Hour Race to Survive a Global Internet Blackout

元記事著者：Liam 'Akiba' Wright, CryptoSlate

元記事翻訳：Chopper, Foresight News

世界的なインターネットのバックボーンが1日で崩壊するシナリオを想像してみてください。

人為的ミス、壊滅的なソフトウェアの脆弱性、悪意のあるコンピュータウイルス、あるいは直接的な軍事紛争など、世界をつなぐ物理的なインターネット交換ハブが突然暗闇に陥った場合、ビットコインにはどのような運命が待ち受けているのでしょうか？

フランクフルト、ロンドン、バージニア、シンガポール、マルセイユが同時にオフラインになった場合、ビットコインのネットワークは3つの別々のパーティションに分割されます。

大西洋、地中海、主要な太平洋横断ルートを越えた通信は停止し、南北アメリカ、ヨーロッパ/アフリカ、中東、アジアは、ネットワーク接続が回復するまで、それぞれ独自の独立した取引履歴を形成することになります。

各パーティション内で、マイナーは残りのハッシュレートに基づいてブロックを生成し続ける

1ブロックあたり10分のブロック時間を目標とした場合、ハッシュレートの45%を持つ地域は約1時間あたり2.7ブロック、35%の地域は約2.1ブロック、20%の地域は約1.2ブロックを生成します。ノードはパーティション間でブロックヘッダーや取引データを交換できないため、各地域は他の地域の存在を知ることなく、有効なブロックチェーンを自律的に拡張します。

時間が経過し、ハッシュレートの分布と時間が進むにつれて、自然なフォークの長さは継続的に増加します。

このパーティショニングのリズムにより、チェーンの分裂は避けられない結果となります。シミュレーションのベンチマークとして、各地域に概算のハッシュレートを割り当てました：南北アメリカ45%、アジア35%、ヨーロッパ/アフリカ20%。

南北アメリカのパーティションでは2時間ごとに約6つの新しいブロックが見られ、アジアでは4〜5つ、ヨーロッパ/アフリカでは2〜3つとなります。

丸一日経過すると、チェーン分裂におけるブロック数は100を超え、通常の再編成の範囲を超え、サービスは地域の確認を一時的なものとして扱うことを余儀なくされます。

失敗したパーティションの潜在的な再編成の深さは、隔離時間とともに線形に増加します

ローカルのメモリプールは即座に分割されます。ニューヨークでブロードキャストされた取引はシンガポールには届かないため、送信者のパーティション外の受信者は、ネットワークが回復するまでその取引を全く見ることができません。

各パーティションのフィーマーケットはローカライズされた特性を示します。ユーザーは限られたブロックスペースを求めてローカルのハッシュレートと競争しなければならないため、ハッシュレートの割合が低いにもかかわらず需要が高い地域では、ガス代が最も早く上昇します。

取引のファイナリティが世界的に失われると、取引所、決済プロセッサ、カストディアルウォレットは通常、出金やオンチェーン決済を一時停止します。ライトニングネットワークのカウンターパーティは不確実性に直面し、マイノリティパーティションで確認された取引は無効になる可能性があります。

ネットワーク回復後の自動調整

ネットワークが再接続されると、ノードは自動調整プロセスを開始します。各ノードは異なるブロックチェーンを比較し、最も累積作業量が多い有効なチェーンに再編成します。

実際のコストは主に3つの領域に反映されます：

· 再編成により、マイノリティパーティションのブロックが無効になり、無効化の深さは分裂の期間に依存します；

· 失敗したチェーンでのみ確認された取引は、再ブロードキャストされ、優先順位を付ける必要があります；

· 取引所やカストディアンは、サービスを再開する前に追加の運用チェックを実行する必要があります。

24時間のネットワーク分裂中、再接続後、マイノリティパーティション内の数十から数百のブロックがオーファン（孤立）になる可能性があります。関連サービスも、メモリプールの再構築、残高の再計算、出金機能の復旧のために、さらに数時間必要となります。

法定通貨チャネル、コンプライアンスチェック、チャネル管理に必要な手動レビューのため、経済活動の完全な正常化は、プロトコル層よりも遅れることがよくあります。

ハブの数ではなく「到達可能なハッシュレートの割合」を通じて隔離状態をシミュレートすることで、その動的な変化を理解しやすくなります：

· ハッシュレートの30%が隔離された場合、マイノリティパーティションは約1時間あたり1.8ブロックを生成します。これは、パーティション内での標準的な6確認決済が、約3時間20分後に無効化のリスクに直面することを意味します。もしネットワークの残りの70%がより長いチェーンを構築した場合、これらの6つのブロックはオーファンになる可能性があります。

· 2つのパーティションが同様の累積作業量を持つ50/50に近い分裂シナリオでは、短い分裂であっても、両方が「確認済み」とマークされた競合する取引履歴を持つことになり、再接続時にランダムな結果につながります。

· 80/20の分裂シナリオでは、マジョリティパーティションがほぼ確実に勝利します。1日に約29ブロックを生成するマイノリティパーティションは、マージ時にオーファンとなり、その地域で確認された多くの取引が取り消されることになります。

再編成リスクは「時間」と「マイノリティパーティションのハッシュレート」の積であり、最も危険なシナリオは「長時間の隔離 + ほぼ等しいハッシュレートの分裂」です。

既存のレジリエンスツールの役割

現在、ネットワークのレジリエンスを高めるための様々なツールが導入されており、これが切断の実際の影響に影響を与えます：

衛星ダウンリンク、高周波無線リレー、遅延耐性ネットワーキング、メッシュネットワーク、Torブリッジなどの代替送信方法は、損傷したルート上でブロックヘッダーや圧縮された取引フローを配信できます。

これらのパスは帯域幅が狭くレイテンシが高いですが、パーティション間の断続的なデータ転送であっても、一部のブロックや取引を他のパーティションに浸透させることで、フォークの深さを減らすことができます。

マイニングプール内のノード相互接続の多様性とマイニングプールの地理的分布は、サイドチャネルを通じて部分的なデータ伝播を世界的に増やす可能性があり、それによってバックボーンネットワークが回復した際の再編成の深さと期間を制限します。

したがって、ネットワーク分裂中、市場参加者の運用ガイドラインは明確かつ簡潔です：

· パーティション間の決済を一時停止し、すべての取引確認を一時的に有効と見なし、ローカルのガス代急騰に対してガス代推定メカニズムを最適化する；

· 取引所は準備金証明モードに切り替え、確認しきい値を延長してマイノリティパーティションのリスクに対処し、出金が停止されている場合に隔離期間に基づいて必要な確認数を設定する明確なポリシーを発行する；

· ウォレットは地域的なファイナリティのリスクをユーザーに明確に警告し、自動チャネルリバランスを無効にし、ネットワーク回復後に再ブロードキャストするために時間的制約のある取引をキューに入れる；

· マイナーは多様なアップストリーム接続を維持し、調整中に標準の「最長チェーン選択ルール」を手動で変更することを避ける。

設計の観点からは、プロトコル自体は生き残ることができます。ノードは再接続すると、自動的に最も累積作業量が多いチェーンに収束します。

しかし、経済的なファイナリティは一貫した世界的なデータ伝播に依存しているため、分裂中のユーザーエクスペリエンスは大幅に低下します。

1日続くマルチハブ切断の最悪のシナリオでは、最も可能性の高い結果は、一時的な国境を越えた利用不可、深刻で不均一なガス代の急騰、および地域的な確認失敗につながる深い再編成です。

ネットワーク回復後、ソフトウェアは決定論的に台帳を調整し、運用チェックの完了時にサービスは全機能を再開します。

最後のステップは、勝利したチェーン上の残高と取引履歴が一致したら、出金とライトニングネットワークのチャネルを再開することです。

分裂が修復不可能な場合

冒頭で述べたバックボーンネットワークのハブが修復不可能になったらどうなるでしょうか？このディストピア的なシナリオでは、私たちが知っているビットコインは存在しなくなります。

その代わりに、永続的な地理的分裂が起こり、それぞれが独立したビットコインネットワークとして機能します。同じルールを共有しますが、互いに通信することはできません。

各パーティションはマイニングを続け、独自のペースで難易度を調整し、独自の経済システム、オーダーブック、フィーマーケットを発展させます。接続を回復したり、手動調整を通じて単一のチェーンを選択したりしない限り、異なるパーティションの取引履歴を調整するメカニズムはありません。

コンセンサスと難易度調整

各パーティションが次の2016ブロックの難易度調整を完了するまで、ブロック時間は到達可能なハッシュレートに基づいて速くなったり遅くなったりします。調整後、各パーティションはローカルのブロック時間を約10分に再安定化させます。

過去の推定ハッシュレート分布に基づくと、各パーティションの初期難易度調整時間は以下のようになります：

初期調整後、各パーティションは約10分のブロック時間を維持し、その後、独立した半減期と難易度調整が行われます。

大陸間の接続がない場合、各地域が最初の難易度再調整ターゲットに到達するには、それぞれ31日、40日、70日かかります。

初期難易度調整前に半減期ハイトに到達する速度が異なるため、各パーティションの半減期の日付は実際の時間に基づいて徐々にずれていきます。

供給と「ビットコインの定義」：ガス代、メモリプール、決済

各パーティション内では、チェーンごとの2100万枚の供給上限が有効なままです。しかし、世界的な観点からは、すべてのパーティションを合わせたビットコインの総供給量は2100万枚を超えます。なぜなら、各チェーンが独立してブロック報酬を発行するためです。

経済的なレベルでは、これは3つの互いに互換性のないBTC資産を作成します。それらはアドレスと秘密鍵を共有しますが、異なるUTXOセットを持っています。

秘密鍵はすべてのパーティション内のトークンを同時に制御できます。ユーザーが同じUTXOを2つの地域で使った場合、それらの取引はそれぞれのローカルチェーンで有効となり、最終的に「スプリットトークン」が作成されます。それらは分裂前の履歴を共有しますが、分裂後は全く異なる履歴を持ちます。

· メモリプールは永続的にローカライズされ、クロスシャード決済は伝播しません。他のシャードのユーザーに支払おうとする試みは、意図した受信者に届きません。

· フィーマーケットはローカルな均衡を形成します。最初の難易度調整までの長い期間中、ハッシュレートの割合が小さいシャードはより混雑しますが、調整後は正常に戻ります。

· クロスシャードのライトニングネットワークチャネルはルーティングできません。HTLCはタイムアウトし、カウンターパーティはコミットメント取引を公開し、チャネル閉鎖操作はローカルシャード内でのみ有効となり、シャード間での流動性のデッドロックにつながります。

セキュリティ、市場、インフラ

各シャードのセキュリティ予算は、ローカルのハッシュレートとガス代の合計に等しいです。元のネットワークのわずか20%で構成されるシャードのハッシュレートは、攻撃コストが元のグローバルネットワークよりも大幅に低くなることを意味します。

長期的には、マイナーは「トークン価格が高くエネルギーコストが低い」シャードに移行し、それによって各シャードのセキュリティ環境を変化させる可能性があります。

ブロックヘッダーはシャード間で渡すことができないため、あるシャードの攻撃者は別のシャードの取引履歴を改ざんできず、攻撃行動を特定の地域に限定します。

· 取引所は地域化され、取引ペアは分岐します。その結果、BTC-A（南北アメリカ版）、BTC-E（欧州・アフリカ版）、BTC-X（アジア太平洋版）のようなバリエーションが生じ、各シャードは依然としてそれらをBTCと呼びます。

· 法定通貨のオン/オフランプ、カストディサービス、デリバティブ市場、決済ネットワークは、特定の地域のチェーンに焦点を当てます。インデックスプロバイダーやデータサービスプロバイダーは、各プラットフォームに対して単一のチェーンを選択するか、複数の地域チェーンの複合データを提供する必要があります。

· グローバルなデータソースに依存するクロスチェーン資産やオラクルサービスは、失敗するか、地域版に分割されます。

プロトコルルールはシャード内でのローカルな調整変更なしに一貫性を保ちますが、あるシャードでのアップグレードは他のシャードでは有効ではなく、時間の経過とともに徐々にルールが分岐する可能性があります。

マイニングプールソフトウェア、ブロックエクスプローラー、ウォレットは、各シャードのために独立したインフラを構築する必要があり、マルチホストサービスは手動戦略なしではクロスチェーンの残高調整が欠如します。

シャードはハブのような接続なしで再編成できるか？

通信パスが無期限に回復できない場合、プロトコルレベルの収束は不可能です。

単一の台帳に戻る唯一の方法は、社会的および運用的な手段です。例えば、特定のシャードのチェーンを正統なものとして選択し、他のシャードからの取引を放棄またはリプレイするように関係者を調整することです。

数週間の深い意見の相違の後、自動的に単一のチェーンに再編成することはもはや不可能です。

運用のハイライト

私たちは、永続的な分裂を「共有された分裂前履歴のハードフォーク」として扱い、対処する必要があります：

· 分裂後のトークンを安全に使えるように秘密鍵を適切に管理する；

· パーティション間で誤って取引をリプレイしないように、各パーティション固有の取引出力のみを使用する；

· 各パーティションに対して個別の会計、価格設定メカニズム、リスク管理システムを確立する。

マイナー、取引所、カストディアンは、メインのパーティションを選択し、チェーン識別子を公開し、各チェーンの入出金ポリシーを策定する必要があります。

要するに、バックボーンネットワークのハブが二度と回復できず、通信のギャップを埋める代替パスがない場合、ビットコインは消滅しません。それは再統合不可能な複数の独立したビットコインネットワークへと進化します。

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