Вступ

У двох словах, подвійне витрачання означає використання того самого фонду для двох або більше транзакцій. Поява онлайн-платежів гарантує, що влада вживає заходів для запобігання виникненню цієї проблеми.
Наявність посередників у традиційних платіжних системах між відправником і одержувачем, таких як банки та компанії, що видають кредитні картки, полегшує перевірку транзакцій. Ці треті сторони надійно гарантують, що відправник має достатній баланс для здійснення транзакції, і він не надсилає дві або більше транзакцій, які враховуються лише як одна в його балансі.
Відсутність посередника в криптовалюті вимагає вживання заходів для запобігання такому ризику, який може скомпрометувати систему. Біткойн є першою успішною цифровою валютою, яка запропонувала цей показник через механізм підтвердження роботи.

Концепція подвійних витрат

Давайте розглянемо приклад, щоб додатково проілюструвати подвійні витрати. Якщо Джанет заплатить 30 доларів готівкою за пару туфель, вона не зможе знову витратити ці гроші, оскільки їх у неї більше немає. Вона віддала його продавцю в магазині. Подвоїти витрати в її випадку означає використати ті самі 30 доларів готівки, які вона дала клерку, щоб купити інший товар. Це дуже малоймовірно з фізичною готівкою.
Проблема, коли мова заходить про використання цифрових валют, полягає в тому, як захиститися від такої ситуації, коли Джанет потенційно може скопіювати 30 доларів і витрачати їх знову і знову. Припустімо, Джанет вирішує заплатити за пару туфель за допомогою цифрової валюти, як-от біткойн. Для підтвердження транзакції знадобиться деякий час. Якщо службовець приймає платіж до підтвердження транзакції, Джанет може вирішити надіслати той самий кошт на свій гаманець з вищою комісією.
Магазин стане жертвою подвійних витрат, якщо другий переказ, здійснений Джанет, буде прийнятий і, отже, стане недійсним переказ, надісланий для оплати черевика після того, як вона могла піти. Прийняття непідтвердженої транзакції є одним із способів стати жертвою подвійних витрат.

Як запобігти подвійним витратам у традиційних платіжних системах

Подвійні витрати запобігають у традиційних платіжних системах через так звані властивості бази даних ACID. ACID - це скорочення від:

1 Атомарність:

Це означає, що немає такої ситуації, коли баланс користувача невідомий в результаті незавершеної транзакції. Транзакція або завершена, або не вдається. У випадку транзакції в торговій точці операція або зазнає невдачі та покаже повідомлення на торговій машині, або вона проходить і друкує квитанцію.

2 Консистенція:

Узгодженість гарантує, що транзакції відбуваються одна за одною належним чином і що стан вашого облікового запису буде дійсним після транзакції. Постійність завжди забезпечує правильний баланс після списання суми з вашого рахунку.

3 Ізоляція:

Ізоляція означає, що транзакції повинні оброблятися одна за одною, навіть якщо у вас одночасно виконується багато транзакцій. Система має залишити обліковий запис дійсним так, ніби кілька транзакцій відбуваються одна за одною. Ізоляція означає, що одна транзакція обробляється окремо від іншої системної діяльності. Коли ви завершите транзакцію, ваш обліковий запис залишиться у правильному стані.

4 Довговічність:

Довговічність - це властивість бази даних бути незнищуваною. Отже, не повинно бути можливого втручання в результати транзакцій, доки система перебуває в робочому режимі. Це означає, що бази даних мають бути захищені від втрати даних, компрометації чи інших небезпек.

Подвійні витрати в криптовалюті

Блокчейн, який є технологією, що лежить в основі криптовалют, записує транзакції в децентралізовану книгу та працює на основі колективного консенсусу між учасниками. Ця технологія створює безпечні та надійні засоби зберігання та запису інформації та цифрових транзакцій. Унікальна особливість блокчейну полягає в тому, що він включає взаємопов’язані пристрої або комп’ютери без центрального сервера, хоча жоден комп’ютер не завершує процеси чи транзакції. Ця система дозволяє здійснювати перевірку та противагу, перехресну перевірку записів і гарантувати, що ніхто не зможе самостійно скасувати транзакції, щоб подвоїти витрати. Захист від дублювання певної одиниці криптовалюти має вирішальне значення для підтримки довіри та життєздатності системи.

Оскільки цифрові валюти працюють на комп’ютерних кодах, інформацію може бути відносно легко скопійовано та скопійовано недобросовісними особами, які володіють технічними знаннями мережі.
Подвійні витрати на криптовалюту – це коли мережа порушується, а кошти фактично розкрадаються. Зловмисник надішле копію транзакції, щоб вона виглядала справжньою, або навіть повністю видалить транзакцію, щоб виглядати так, ніби її ніколи не було.

Без відповідних механізмів запобігання такій проблемі вся транзакція буде фундаментально дестабілізована та підірвана. Таким чином, це означало б, що немає протоколу, який гарантував би, що отримані кошти не витрачаються нікуди. Як наслідок, для надійного функціонування цифрової валюти потрібні суворі механізми, що запобігають такому типу поведінки.

Як запобігти подвійним витратам у криптовалюті

Проблему подвійних витрат у блокчейні часто ілюструють за допомогою аналогії з «Проблемою візантійських генералів». Ця аналогія вказує на труднощі, з якими стикаються багато сторін, коли вони не довіряють одна одній і повинні брати участь у спільному підприємстві, яке вимагає співпраці для успіху. Це пояснює, як виникають розбіжності в децентралізованій системі.

У задачі візантійських генералів перемога досягається, коли всі генерали ведуть скоординовану атаку своїми арміями. Однак, якщо генерал зазнає невдачі або атакує іншого генерала, вся битва, як і блокчейн, опиняється під загрозою і врешті-решт програється. Ця головоломка породила принцип, що протоколи криптовалют повинні включати Byzantine Fault Tolerance (BFT).

Відмовостійкість у випадку блокчейна означає, що мережа повинна продовжувати задовільно функціонувати всупереч помилкам, збоям або діям учасників, що суперечать визначеним планам. Технологія Blockchain запобігає подвійним витратам через технологію однорангового обміну файлами в поєднанні з криптографією з відкритим ключем.

Транзакції в більшості блокчейнів відкрито реєструються та захищаються одночасно на тисячах вузлів по всьому світу. Усі учасники можуть їх бачити та перевіряти вже укладені операції. Процес перевірки залежить від механізму консенсусу. У випадку з біткойнами алгоритм консенсусу, відомий як Proof of Work (PoW), гарантує, що майнери можуть перевірити новий блок транзакцій, лише якщо всі вузли мережі взаємно погоджуються щодо правильності хешу блоку, наданого майнером.

Подвійна атака (51% атаки)

Незважаючи на заходи в блокчейні для запобігання подвійним витратам, така атака все ще можлива, хоча ймовірність невисока. Один із способів атаки подвійних витрат — це так звана атака більшості або атака 51%. Ця атака відбувається, коли одна особа чи організація контролює більшу частину швидкості хешування, потенційно порушуючи мережу. Коли це відбувається, так званий «зловмисник» отримує достатню потужність майнінгу, щоб навмисно пропустити або змінити послідовність, у якій виконуються транзакції. У разі атаки 51 відсоток зловмисник може скасувати транзакції, зроблені протягом цього часу, що призведе до подвійних витрат. Прикладом цього є атака на Bitcoin Gold, форк Bitcoin у 2018 та 2020 роках.

Висновок

Подвійне витрачання означає використання того самого фонду двічі або більше. Це відбувається, коли платіжна система скомпрометована, що дозволяє такі сумнівні транзакції. Традиційні платіжні системи використовують атомарність, послідовність, ізоляцію та довговічні властивості бази даних, щоб захистити від подвійних витрат.
Перша успішна цифрова валюта, біткойн, змогла вижити, оскільки вона також містить ці властивості, що дозволяє довіряти мережі. Однак існує незначна ймовірність атаки мажоритарного блоку, оскільки це вимагає величезних витрат з точки зору обчислювальної потужності для створення блокчейнів за допомогою механізму підтвердження роботи. У випадку блокчейнів, які використовують proof-of-stake, ризик пов’язаний із втратою застави, необхідної для перевірки мережі.