高い分権性が51%攻撃耐性を上げるとは限らない

Bitcoinに代表されるナカモトコンセンサスブロックチェーンでは，分権性が高いほど51%攻撃耐性は向上すると考えられている．なぜなら，攻撃者が過半数の資源比率（例：ハッシュレート割合，ステーキング割合）を集めるのが難しくなるからである．一方，我々は分権性が高いほど，51%攻撃耐性が下がる要因を発見した．分権性が高いとステイルブロックが増えてしまい，51%攻撃に必要な資源比率が下がるのである．つまり，「分権性が高いほど安全性が上がる」，「分権性が高いほど安全性が下がる」という相反する要因が存在する．そこで本論文では，分権性が51%攻撃耐性に及ぼす影響を，相反する2つの要因を踏まえて分析する．具体的には1.分権性パラメータを含んだステイルブロック数を示す式を導出し，シミュレータで検証する．2.導出した式を基に，分権性の程度に応じたブロックチェーンが安全である確率を計算する．結果，分権性のある一定までの増加は安全性を改善するが，それ以降の分権性の増加は安全性を低下させる状況を発見した．これは既存の分権性が高いほど安全であるという常識と異なり，安全性を最も高める分権性の状態の存在を示す．

In Nakamoto Consensus blockchains, such as Bitcoin, it is generally believed that the higher the level of decentralization, the stronger the resistance to 51% attacks. This is because it becomes more difficult for an attacker to gather the majority of resources (e.g., hash rate share, staking share). However, we have identified a factor that lowers the resistance to 51% attacks as decentralization increases. As decentralization increases, the number of stale blocks increases, which reduces the resource share required for a 51% attack. In other words, there are two conflicting factors: ”the higher the decentralization, the greater the security” and ”the higher the decentralization, the lower the security.” In this paper, we analyze the impact of decentralization on resistance to 51% attacks, taking into account these two opposing factors. Specifically, we derive a formula that includes a decentralization parameter to represent the number of stale blocks and verify it using a simulator. Based on this derived formula, we then calculate the probability that a blockchain remains secure depending on the degree of decentralization. The results reveal that while an increase in decentralization up to a certain point improves security, further increases in decentralization reduce security. This finding challenges the conventional wisdom that higher decentralization always enhances security and suggests the existence of an optimal state of decentralization that maximizes security.