もし世界が1日だけインターネットを使えなくなったら、ビットコインはどうなるでしょうか？

原作者：リアム・アキバ・ライト

オリジナル翻訳：Chopper、Foresight News

世界中のインターネットバックボーンが 1 日で崩壊すること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ーウイルス、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ハブが突然ダウンしたら、ビットコインはどのような運命をたどるのでしょうか。

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インターネット接続を失った場合、ビットコインネットワークは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に沿った通信は停止し、ネットワーク接続が回復するまで、南北アメリカ、ヨーロッパとアフリカ、中東、アジアと太平洋の各地域はそれぞれ独自の貿易履歴を形成することになります。

各パーティション内で、マイナーは残りの計算能力に基づいてブロックを生成し続けます。

10分ごとにブロックを生成するという目標に基づくと、ハッシュレートの45%を占めるリージョンは1時間あたり約2.7ブロック、ハッシュレートの35%を占めるリージョンは1時間あたり約2.1ブロック、ハッシュレートの20%を占めるリージョンは1時間あたり約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トランザクションデータを交換できないため、各リージョンは相手方の承認を得ることなく、独立して有効なブロックチェーンに拡張されます。

最終的には、時間と計算能力の配分が変化するにつれて、自然フォークの長さは伸び続けます。

このパーティショニングのリズムは必然的にチェーンの分裂につながります。シミュレーションのベンチマークとして、各地域におおよそのハッシュレートの割合を割り当てました。南北アメリカ45%、アジア・オセアニア35%、ヨーロッパ・アフリカ20%です。

アメリカ大陸地域では 2 時間ごとに約 6 つの新しいブロックが追加され、アジア太平洋地域では約 4 ～ 5 つの新しいブロックが追加され、ヨーロッパ - アフリカ地域では約 2 ～ 3 つの新しいブロックが追加されます。

丸一日が経過すると、チェーン分割ブロックの数が 100 を超え、通常の再編成の範囲を超えるため、サービスではエリア確認を一時的な確認として扱う必要があります。

障害が発生したパーティションの潜在的な再編成の深さは、分離時間とともに直線的に増加します。

ローカル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トランザクションはシンガポールに到達できないため、送信者のパーティション外の受信者はネットワークが復旧するまでトランザクションを全く認識できません。

各パーティション内の取引手数料市場は地域的な特徴を示しています。ユーザーは限られたブロックスペースを地域のハッシュレートで争うため、ハッシュレートは低いものの需要が高い地域では取引手数料が最も急速に上昇します。

トランザクションの確認が世界的に確定されなくなると、取引所、決済処理業者、保管ウォレットは通常、出金やオンチェーン決済を停止します。ライトニング ネットワークの相手方は不確実性に直面し、少数のパーティションで確認されたトランザクションが無効になる可能性があります。

ネットワーク復旧後の自動調整

ネットワーク接続が回復すると、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、累積ワークロードが最大となる有効なチェーンに再編成します。

実際のコストは主に次の 3 つの側面に反映されます。

• 再編成により少数パーティション内のブロックが無効になる可能性があり、無効化の深さは分割の期間によって異なります。
• 失敗したチェーンでのみ確認されたトランザクションは、再ブロードキャストして優先順位を付ける必要があります。
• 取引所と保管人は、サービスを再開する前に追加の運用チェックを実施する必要があります。

24時間のネットワーク分割中、接続回復後、少数のパーティションから数十から数百のブロックが孤立する可能性があります。関連サービスでは、メモリプールの再構築、残高の再計算、出金機能の復旧にさらに数時間かかる見込みです。

法定通貨チャネル、コンプライアンス チェック、チャネル管理には手動によるレビューが必要であるため、経済活動の完全な正常化はプロトコル レベルより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 レートのパーセンテージ」を使用して分離状態をシミュレートすると、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%が分離されているため、少数派のパーティションは1時間あたり約1.8ブロックを生成します。つまり、このパーティション内の標準的な6承認支払いは、約3時間20分後に無効になるリスクがあります。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ブロックは孤立してしまう可能性があります。
• ほぼ50/50の分割シナリオでは、2つのパーティションの累積ワークロードはほぼ同等です。たとえ短時間の分割であっても、両側に「確認済み」の競合するトランザクション履歴が存在するため、再接続後の結果はランダムになります。
• 80/20 分割のシナリオでは、多数派のパーティションがほぼ常に勝利します。少数派のパーティションによって 1 日に生成される約 29 個のブロックはマージ中に分離され、その領域で確認された多くのトランザクションが元に戻されることになります。

再編成のリスクは「時間」と「少数派パーティションのハッシュレート」の積です。最も危険な状況は「長期にわたる分離 + ほぼ均等なハッシュレート分割」です。

既存の靭性ツールの役割

現在、ネットワークの復元力を向上させるためのさまざまなツールが利用可能であり、これらのツールはネットワーク停止の実際の影響に影響を与えます。

衛星ダウンリンク、高周波無線中継、遅延耐性ネットワーク、メッシュ ネットワーク、Tor ブリッジなどの代替伝送方法を使用すると、ブロック ヘッダーを伝送したり、損傷したルート上でトランザクション フローを合理化したりできます。

これらのパスは帯域幅が狭く、レイテンシが高くなりますが、断続的なパーティション間データ転送でも、一部のブロックとトランザクションが他のパーティションに浸透することで、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地理的分布により、一部のデータがサイド チャネルを通じて世界中に送信される可能性が高まり、バックボーン ネットワークが回復したときに再編成の深さと期間が制限される可能性があります。

したがって、ネットワークの断片化の間、市場参加者の動作原則は単純かつ明確です。

• 地域間決済は一時停止され、すべての取引確認は一時的なものとして扱われ、急騰する地域取引手数料に対応して手数料推定メカニズムが最適化されます。
• 取引所は、引き出しが停止されたときに準備金証明モードに切り替え、少数派の分割リスクに対処するために確認しきい値を拡張し、明確なポリシーを発行して、隔離期間に基づいて必要な確認数を設定することができます。
• ウォレットは、地域的なファイナリティリスクをユーザーに明確に通知し、自動チャネル再調整を無効にし、ネットワークが回復したら再ブロードキャストするために時間に敏感なトランザクションをキューに入れる必要があります。
• マイナーは多様なアップストリーム接続を維持し、調整プロセス中に標準の「最長チェーン選択ルール」を手動で変更しないようにする必要があります。

設計の観点から見ると、プロトコル自体は持続可能であり、ノードが再接続すると、累積ワークロードが最も大きいチェーンに自動的に収束します。

しかし、経済的な成果は世界規模のデータの一貫した普及に依存するため、分裂期間中はユーザーエクスペリエンスは大幅に低下するでしょう。

複数のハブで最大 1 日間の停止が発生する最悪のシナリオでは、最も起こり得る結果は、国境を越えた可用性の一時的な崩壊、取引手数料の急激かつ不均等な増加、および地域確認を無効にするような大幅な再構築です。

ネットワークが復旧すると、ソフトウェアは台帳を完全に修復し、動作チェックが完了した後、関連するすべてのサービスが完全に機能するようになります。

最後のステップは、勝利チェーンの残高と取引履歴が一致すると、引き出しと Lightning Network アクセスを再開することです。

もし分裂が修復できないなら

冒頭で述べたバックボーンネットワークハブが復旧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るでしょう。

代わりに、独立したビットコイン ネットワークのように機能する永続的な地理的パーティションが存在し、同じルールを共有しますが、相互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継続し、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、手数料市場を構築します。接続を回復するか、単一のチェーンの選択を手動で調整しない限り、異なるパーティション間の取引履歴を調整するメカニズムは存在しません。

コンセンサスと難易度調整

各パーティションが2016ブロック分の難易度調整の次のラウンドを完了するまでは、到達可能なハッシュレートに応じてブロック生成時間が速くなったり遅くなったりする可能性があります。調整後、各パーティションのローカルブロック生成時間は約10分で安定します。

以前のハッシュ レートの推定に基づくと、各パーティションの最初の難易度調整のタイミングは次のとおりです。

最初の調整後、各パーティションのブロック生成時間は約 10 分に維持され、その後、独立した半分化と難易度の調整が行われます。

大洋横断の接続がなければ、それぞれの地域が最初の困難な再ターゲットに到達するまでに 31 日、40 日、70 日かかります。

最初の難易度調整前に難易度の半減が異なる速度で達成されたため、各地域の半減日は実際の時期から徐々にずれていきます。

供給と「ビットコインの定義」：手数料、メモリプール、支払い

各パーティション内では、チェーンごとに2100万コインの供給上限が引き続き適用されます。ただし、各チェーンがブロック報酬を独立して分配するため、世界全体では、すべてのパーティションを通じたビットコインの総供給量は2100万を超えます。

これにより、経済レベルで互換性のない 3 つの BTC 資産が作成されます。これらの資産はアドレスと秘密鍵を共有しますが、未使用のトランザクション出力 (UTXO) のセットが異なります。

秘密鍵は、すべてのリージョンのトークンを同時に制御できます。ユーザーが 2 つのリージョンで同じ UTXO を使用した場合、両方のトランザクションはそれぞれのローカル チェーンで有効になり、最終的に「分割トークン」が形成されます。分割前の履歴は同じですが、分割後の履歴はまったく異なります。

• メモリプールは永続的にローカル化され、パーティション間の支払いが伝播するのを防ぎます。他のパーティションのユーザーへの支払いは、受信者に届きません。
• 取引手数料市場は局所的均衡に達します。つまり、最初の難易度調整前の長期間に、ハッシュ レートの小さいパーティションの容量がさらに圧迫され、難易度調整後に正常に戻ります。
• パーティション間の Lightning Network チャネルはルーティングできません。HTLC (Hash Time Locked Contracts) はタイムアウトになり、相手方が取引のコミットメントを発行し、チャネルを閉じることはローカル パーティション内でのみ有効となり、パーティション間の流動性が停滞します。

セキュリティ、市場、インフラ

各パーティションのセキュリティ予算は、ローカルハッシュレートとトランザクション手数料の合計に等しくなります。分割されたリージョンのハッシュレートが上位20%にしか入らない場合、それらのリージョンへの攻撃コストは、元のグローバルネットワークよりもはるかに低くなります。

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」パーティションに移行し、それによって各パーティションのセキュリティ状況が変化する可能性があります。

ブロック ヘッダーはパーティション間で転送できないため、あるパーティションの攻撃者は別のパーティションのトランザクション履歴を改ざんできず、攻撃は特定の領域に限定されます。

• 取引所は地域別になり、取引ペアコードが区別されます。実際には、各地域では引き続き BTC と呼ばれますが、BTC-A (アメリカバージョン)、BTC-E (ヨーロッパとアフリカバージョン)、BTC-X (アジアとオセアニアバージョン) など、価格が異なります。
• 法定通貨の入出金チャネル、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とデータサービスプロバイダーは、プラットフォームごとに単一のチェーンを選択するか、複数の地域チェーンから集約されたデータを公開する必要があります。
• グローバル データ ソースに依存するクロスチェーン資産とオラクルには障害が発生するか、地域バージョンに分割されます。

プロトコル ルールは、パーティション内の調整が変更されなくても一貫性を保ちますが、1 つのパーティションでのアップグレードは他のパーティションには反映されないため、長期的にはルール セットが徐々に逸脱することになります。

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、各パーティションごとに独立したインフラストラクチャを構築する必要があります。手動戦略がなければ、マルチホームサービスはチェーン間の残高を調整できません。

ハブ接続なしでパーティションを再編成できますか?

通信パスを回復できない場合は、プロトコル レベルでの収束は不可能になります。

単一の元帳に戻る唯一の方法は、社会的かつ運用的な手段を講じることです。たとえば、すべての関係者を調整してチェーンの特定のパーティションを正統なパーティションとして選択し、他のパーティションからのトランザクションを放棄または再実行します。

数週間にわたる深刻な意見の相違の後、自動再編成によって単一のチェーンに戻ることはもはや現実的ではありません。

操作の要点

永続的な分割は、「分割前の履歴を共有するハードフォーク」として扱う必要があります。

• 分割トークンを安全に使用できるように、秘密鍵を慎重に管理してください。
• 異なるパーティションでのトランザクションの偶発的な再生を回避するために、単一のリージョンに固有のトランザクション出力のみを使用します。
• 各地域ごとに独立した会計、価格設定メカニズム、リスク管理システムを確立します。

マイナー、取引所、および管理者は、プライマリパーティションを選択し、チェーン識別子を発行し、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。

つまり、バックボーン ハブが回復できず、通信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するのではなく、再統合できない複数の独立したビットコイン ネットワークに進化することになります。