Введение

В двух словах, двойное расходование средств означает использование одного и того же фонда для двух или более операций. Появление онлайн-платежей гарантирует, что власти примут меры, чтобы предотвратить возникновение этой проблемы.
Существование в традиционных платежных системах посредников между отправителем и получателем, таких как банки и компании, выпускающие кредитные карты, облегчает проверку достоверности транзакций. Этим третьим лицам доверяют, чтобы убедиться, что у отправителя достаточно баланса для проведения транзакции, и он не отправляет две или более транзакций, которые засчитываются как одна против его баланса.
Отсутствие посредника в криптовалюте требует принятия мер для предотвращения такого риска, который может скомпрометировать систему. Биткоин - первая успешная цифровая валюта, придумавшая эту меру благодаря своему механизму доказательства работы (proof-of-work).

Концепция двойного расходования средств

Давайте рассмотрим пример, чтобы еще раз проиллюстрировать двойное расходование средств. Если Джанет заплатит $30 физическими деньгами за пару обуви, она не сможет потратить те же деньги снова, потому что у нее их больше нет. Она отдала его продавцу в магазине. Дважды потратить, в ее случае, означает использовать те же 30 долларов наличными, которые она отдала продавцу, для покупки другого товара. Это крайне маловероятно при использовании физических наличных денег.
Проблема при использовании цифровых валют заключается в том, как защититься от такой ситуации, когда Джанет потенциально может скопировать 30 долларов и тратить их снова и снова. Допустим, Джанет решает заплатить за пару туфель с помощью цифровой валюты, такой как Биткоин. Для подтверждения транзакции потребуется некоторое время. Если клерк принимает платеж до подтверждения транзакции, Джанет может решить отправить тот же фонд на свой кошелек с более высокой комиссией.
Магазин станет жертвой двойной траты, если второй перевод, сделанный Джанет, будет принят и, следовательно, сделает недействительным тот, который был отправлен в оплату за туфли после ее ухода. Принятие неподтвержденной транзакции - это один из способов стать жертвой двойной траты.

Как предотвратить двойные расходы в традиционных платежных системах

Двойные траты предотвращаются в традиционных платежных системах благодаря так называемым свойствам базы данных ACID. ACID - это сокращение от:

1 Атомность:

Это означает, что не существует такой ситуации, когда баланс пользователя неизвестен в результате незавершенной транзакции. Транзакция либо завершается, либо терпит неудачу. В случае операции в торговой точке, операция либо не выполняется и выдает сообщение на торговом автомате, либо проходит и печатает чек.

2 Консистенция:

Последовательность гарантирует, что транзакции происходят одна за другой правильно и что состояние Вашего счета будет действительным после транзакции. Последовательность всегда обеспечивает правильный баланс после списания суммы с Вашего счета.

3 Изоляция:

Изоляция означает, что транзакции должны обрабатываться одна за другой, даже если у Вас одновременно проходит много транзакций. Система должна оставить счет действительным, как если бы несколько транзакций происходили одна за другой. Изоляция означает, что одна транзакция рассматривается отдельно от других действий системы. Как только Вы завершили транзакцию, она оставляет Ваш счет в правильном состоянии.

4 Прочность:

Долговечность - это свойство, согласно которому база данных должна быть неразрушимой. Следовательно, не должно быть возможности подделать результаты транзакций до тех пор, пока система находится в производственном режиме. Это означает, что базы данных должны быть защищены от потери данных, компрометации или других опасностей.

Двойные расходы в криптовалюте

Блокчейн, который является технологией, лежащей в основе криптовалют, записывает транзакции в децентрализованную бухгалтерскую книгу и работает на основе коллективного консенсуса между участниками. Эта технология создает безопасное и надежное средство хранения и записи информации и цифровых транзакций. Уникальная особенность блокчейна заключается в том, что в нем задействованы взаимосвязанные устройства или компьютеры без центрального сервера, хотя ни один компьютер не завершает процессы или транзакции. Эта система позволяет проводить сдержки и противовесы, перекрестную проверку записей и гарантировать, что никто не сможет в одиночку отменить транзакции для двойного расходования средств. Защита от дублирования конкретной единицы криптовалюты имеет решающее значение для поддержания доверия и жизнеспособности системы.

Поскольку цифровые валюты работают на компьютерных кодах, информация может относительно легко копироваться и дублироваться недобросовестными лицами, обладающими техническими знаниями сети.
Двойная трата в криптовалюте - это когда сеть нарушена и средства фактически украдены. Преступник отправит копию транзакции, чтобы придать ей видимость подлинности, или даже полностью удалит транзакцию, чтобы создать впечатление, что ее никогда не было.

Без соответствующих механизмов для предотвращения такой проблемы вся сделка будет фундаментально дестабилизирована и подорвана. Таким образом, это будет означать, что нет протокола, гарантирующего, что полученные средства не будут потрачены в другом месте. В результате, для надежного функционирования цифровой валюты необходимы строгие механизмы, предотвращающие подобное поведение.

Как предотвратить двойные расходы в криптовалюте

Проблему двойных расходов в блокчейне часто иллюстрируют, используя аналогию "Проблема византийских генералов". Эта аналогия указывает на трудности, с которыми сталкиваются многие стороны, когда они не доверяют друг другу и должны участвовать в совместном предприятии, для успеха которого необходимо сотрудничество. Она объясняет, как возникают разногласия в децентрализованной системе.

В задаче "Византийские генералы" победа достигается, когда все генералы ведут согласованную атаку со своими армиями. Однако, если генерал терпит неудачу или нападает на другого генерала, вся битва, как и блокчейн, оказывается под угрозой и в конечном итоге проигрывается. Эта головоломка привела к появлению принципа, согласно которому протоколы криптовалют должны включать византийскую отказоустойчивость (BFT).

Отказоустойчивость в случае блокчейна означает, что сеть должна продолжать удовлетворительно функционировать перед лицом ошибок, поломок или участников, действующих вразрез с намеченными планами. Технология блокчейн предотвращает двойное расходование средств благодаря технологии обмена файлами "равный-равному" в сочетании с криптографией с открытым ключом.

Транзакции в большинстве блокчейнов открыто регистрируются и обеспечиваются одновременно на тысячах узлов по всему миру. Все участники могут видеть их и проверять уже заключенные сделки. Процесс проверки зависит от механизма консенсуса. В случае Биткойна алгоритм консенсуса, известный как Proof of Work (PoW), гарантирует, что майнеры могут подтвердить новый блок транзакций только в том случае, если все узлы сети взаимно согласны с правильностью хэша блока, предоставленного майнером.

Атака с двойным расходом (51% атаки)

Несмотря на предусмотренные в блокчейне меры по предотвращению двойных трат, такая атака все еще возможна, хотя шансы на нее невелики. Одним из способов атаки двойного расходования средств является то, что известно как Атака большинства или атака 51%. Эта атака происходит, когда один человек или организация контролирует большую часть хэшрейта, потенциально нарушая работу сети. Когда это происходит, так называемый "злоумышленник" получает достаточную мощность майнинга, чтобы намеренно пропустить или изменить последовательность, в которой выполняются транзакции. В случае 51-процентной атаки злоумышленник может отменить транзакции, совершенные за это время, что приведет к двойному расходованию средств. Примером этого является атака на Bitcoin Gold, форк Биткойна в 2018 и 2020 годах.

Заключение

Двойное расходование средств означает использование одного и того же фонда два раза или более. Это происходит, когда платежная система взламывается, позволяя проводить такие сомнительные операции. Традиционные платежные системы используют свойства атомарности, согласованности, изолированности и долговечности баз данных для защиты от двойных трат.
Первая успешная цифровая валюта, Биткойн, смогла выжить благодаря тому, что в ней также присутствуют эти свойства, позволяющие доверять сети. Однако вероятность атаки большинства очень мала, поскольку для создания блокчейн с использованием механизма доказательства выполнения работы требуются огромные затраты вычислительной мощности. В случае блокчейн, использующих proof-of-stake, риск связан с потерей залогового депозита, необходимого для подтверждения сети.