Що таке double spending у криптовалюті?

Цифрові валюти та фінтех-застосунки докорінно змінили проведення транзакцій. У минулому перекази здійснювали через готівку, чеки чи банківські перекази. Сучасні віртуальні платіжні системи пропонують більшу ефективність і зручність. Водночас перехід до цифрових фінансів створив нові виклики безпеці, зокрема ризик double spending — шахрайства, коли одну й ту ж одиницю цифрової валюти використовують кілька разів у різних транзакціях.

Що таке «double spending problem» у цифрових грошах?

Проблема double spending унікальна для цифрових валют, бо у фізичних грошах вона неможлива. Звичайна купюра не може бути витрачена одночасно в різних місцях. Для шахрайства потрібно спочатку витратити банкноту, негайно повернути її та використати знову, що нереально для готівки.

У цифрових грошах усе інакше. Оскільки цифрова валюта — це дані, зловмисник може скопіювати і повторно використати актив, реалізуючи double spending. Це загрожує цілісності цифрових платіжних систем.

Онлайн-банкінг і фінтех-сервіси, наприклад PayPal, борються з double spending за допомогою централізованого контролю. Банки та фінансові організації фіксують усі перекази цифрової готівки, не дозволяючи витрачати більше, ніж є на рахунку. Такий централізований підхід гарантує, що довірена третя сторона перевіряє кожну транзакцію і унеможливлює double spending.

Криптовалюти стикаються з більш складною проблемою double spending, бо працюють на децентралізованих мережах без центральних органів. Замість контролю банків чи урядів вони використовують мережу вузлів, які транслюють і перевіряють транзакції у peer-to-peer (P2P) мережах. Така структура підвищує ризик атак double spend, адже немає зовнішньої сторони для виправлення шахрайських даних.

Сатоші Накамото, творець Bitcoin, визначив double spending як ключову проблему у whitepaper 2008 року «Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System». Він запропонував blockchain як революційне рішення для надійних P2P-платежів без централізованих посередників. Blockchain працює так, що комп’ютери кожні 10 хвилин змагаються у розв’язанні складних алгоритмічних задач для підтвердження нових блоків транзакцій. Це цифровий доказ легітимності переказів. Крім того, Bitcoin вимагає мінімум шість підтверджень від вузлів мережі, перш ніж записати транзакції у публічний реєстр із точними мітками часу. Від старту Bitcoin мережа демонструє високий рівень захисту від double spending.

Що таке атака double spending?

Хакери застосовують різні складні методи для double spending у криптомережах. Розуміння таких атак дозволяє оцінити ефективність захисту blockchain-систем від double spend.

Найвідоміший метод — «51% attack», коли одна особа контролює понад половину вузлів blockchain. У proof-of-work мережах, як Bitcoin, це означає контроль більш ніж 50% обчислювальної потужності. За таких умов атакувальник може переписати блоки транзакцій, перенаправити криптовалюту собі або повторно використати ті ж монети.

«Race attacks» — техніка double spending, коли зловмисник швидко надсилає одну й ту ж криптовалюту на різні wallet-адреси. Він спочатку переказує актив на один wallet, потім негайно на інший під своїм контролем, сподіваючись, що мережа підтвердить обидві транзакції — класичний double spend.

«Finney attack», названа на честь Hal Finney, передбачає складніший сценарій double spending. Оператор вузла створює блок із переказом криптовалюти, а потім тим самим wallet відправляє таку ж суму на іншу адресу. Під час подачі другої транзакції атакувальник одночасно транслює шахрайський блок даних, намагаючись заплутати мережу і реалізувати double spending.

Як Proof-of-Work запобігає double spending?

Proof-of-Work (PoW) консенсус забезпечує захист від double spending через кілька рівнів безпеки. Майнер — оператор вузла — розв’язує складні математичні задачі кожні кілька хвилин, щоб отримати право записувати нові транзакції у blockchain, ефективно унеможливлюючи double spending.

Високі обчислювальні вимоги PoW створюють серйозний фінансовий бар’єр для зловмисників. Для успішного «51% attack» у масштабній мережі, як Bitcoin, потрібно витратити мільярди доларів на електроенергію, обладнання та обслуговування. Економічні витрати перевищують будь-яку можливу вигоду від double spending, особливо коли blockchain зростає і стає дедалі більш децентралізованим.

Крім того, PoW blockchain мають публічні реєстри, де спроби double spending легко помітити. Усі транзакції в мережах Bitcoin, Litecoin і Dogecoin записані назавжди і відкриті для перегляду. Можна переглянути повну історію від genesis block. Кожна транзакція має мітку часу і унікальний ID, створюючи незмінний аудит і запобігаючи double spending.

PoW-мережі також вимагають кілька підтверджень перед фіналізацією транзакції, додаючи додаткові рівні захисту. Так, Bitcoin потребує мінімум шість підтверджень, перш ніж транзакцію додадуть до основного ланцюга. Це гарантує, що більшість вузлів погоджуються з історією переказів, і робить маніпуляції даними та double spending практично неможливими.

Як Proof-of-Stake запобігає double spending?

Proof-of-Stake (PoS) — альтернативний консенсус, що вирішує питання double spending через економічні стимули, а не обчислення. Валідатори PoS блокують певну суму криптовалюти у blockchain для участі у перевірці транзакцій і отримання винагород. Наприклад, для верифікації і трансляції транзакцій у мережі Ethereum валідатор має застейкати 32 ETH, що створює особисту відповідальність і запобігає double spending.

Вимога стейкінгу стримує шахрайську поведінку. Кожен валідатор фінансово зацікавлений у цілісності blockchain і мотивований діяти чесно. Порушення загрожує застейканими коштами, що узгоджує інтереси учасника з безпекою мережі.

Більшість PoS blockchain мають механізми «slashing», які додатково стримують шахрайство та double spending. Якщо більшість валідаторів виявляє спробу злому, blockchain автоматично конфіскує застейкану криптовалюту оператора. Автоматичні штрафи і легальні винагороди роблять double spending економічно безглуздим.

Як і у PoW, для «51% attack» з метою double spending на PoS blockchain потрібні надзвичайно великі фінансові витрати. Валідатори PoS не витрачають кошти на обладнання та електроенергію, але мають застейкати значні суми для участі. Наприклад, у мережі Ethereum застейкані мільярди доларів, і для контролю понад половини мережі атакувальнику потрібно інвестувати мільярди. З ростом і децентралізацією мережі ризик double spending через «51% attack» знижується.

Приклади double spending

Великі blockchain, як Bitcoin і Ethereum, успішно захищені від double spending, але менші криптомережі стикалися з такими атаками. Історія показує, що хакери обирають невеликі blockchain з малою кількістю валідаторів, де «51% attack» і double spending — простіші та дешевші.

Ethereum Classic (ETC) — показовий приклад double spending. Цей PoW blockchain виник після поділу з Ethereum та зазнав кількох «51% attack», що дозволили double spending. Поділ стався через суперечку щодо відновлення вкрадених коштів — Ethereum відновив активи, а Ethereum Classic залишив первинні дані транзакцій. Через меншу кількість вузлів ETC став вразливим: зловмисники тимчасово захопили hashpower і створили фальшиві монети через double spending.

Vertcoin (VTC) — ще один приклад невеликої PoW криптовалюти, що постраждала від double spending. Зловмисники отримали 51% контролю над мережею Vertcoin і маніпулювали даними транзакцій, винагороджуючи себе через double spending.

Ці випадки доводять: чим більший і децентралізованіший blockchain, тим стійкіше він протистоїть double spending. Широка децентралізація, сильна спільнота розробників і масштаб криптовалют, як Bitcoin і Ethereum, забезпечують високий рівень безпеки. Економічна вартість спроби «51% takeover» для таких мереж набагато перевищує потенційну вигоду від double spending і стримує напади.

Висновок

Double spending — одна з ключових проблем цифрових валют, що ставить під загрозу цілісність і довіру до віртуальних платіжних мереж. Традиційні фінансові установи вирішують проблему double spending централізованим контролем, а криптовалюти — децентралізованими рішеннями через blockchain і консенсус.

Proof-of-Work і Proof-of-Stake забезпечують надійний захист від double spending: PoW — завдяки обчислювальним вимогам і публічному реєстру, PoS — через економічні staking-стимули та автоматичні штрафи. З ростом і децентралізацією мереж безпека від double spending зміцнюється, і такі атаки стають надто дорогими.

Менші криптомережі зазнали double spending через «51% attack», але великі blockchain, як Bitcoin і Ethereum, демонструють високу стійкість. Їхня комбінація потужності, застейканої вартості, децентралізації та прозорої перевірки створює багаторівневий захист від double spending. З розвитком blockchain ці механізми стають ще сильнішими, і криптовалюти зміцнюють позиції альтернативи традиційним платіжним системам із захистом від double spending.

FAQ

Як уникнути double spend?

Очікуйте шість підтверджень блоку. Blockchain запобігає double spend за допомогою аудиту протоколу та високих витрат на роботу вузлів.

Хто вирішив проблему double spend?

Сатоші Накамото вирішив проблему double spend, запровадивши технологію blockchain і proof-of-work у Bitcoin.

Що таке double transaction?

Double transaction — це ситуація, коли одна покупка обробляється двічі, і виникає подвійне списання. Зазвичай це наслідок помилки обробки платежу, яку потрібно виправити, щоб уникнути переплати.

Що таке double spending у proof of work?

Proof of work запобігає double spending через консенсус blockchain, що унеможливлює повторне використання Bitcoin. Багаторазові підтвердження та децентралізована мережа гарантують безпеку транзакцій, хоча рідкісні спроби шахрайства можливі.