[論文レビュー] Bitcoin vs. Bitcoin Cash: Coexistence or Downfall of Bitcoin Cash?

Yu‐Jin Kwon, Hyoungshick Kim+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 16被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、短期的な収益性に基づいてビットコイン（BTC）とビットコインキャッシュ（BCH）の間を切り替える「揺らぎのあるマイニング」を、ゲーム理論的枠組みでモデル化する。その結果、揺らぎのあるマイニングは、より価値の低いコイン（例：BCH）にのみ忠誠を示す小規模なマイナー集団が残るナッシュ均衡に至ることを示し、深刻な中央集権化とセキュリティ低下を引き起こす。研究では、この事実を歴史的データで確認し、自動マイニングが5％を超えるとBCHマイナーの大量離脱が発生する可能性があると警告している。

ABSTRACT

In Aug. 2017, Bitcoin was split into the original Bitcoin (BTC) and Bitcoin Cash (BCH). Since then, miners have had a choice between BTC and BCH mining because they have compatible proof-of-work algorithms. Therefore, they can freely choose which coin to mine for higher profit, where the profitability depends on both the coin price and mining difficulty. Some miners can immediately switch the coin to mine only when mining difficulty changes because the difficulty changes are more predictable than that for the coin price, and we call this behavior fickle mining. In this paper, we study the effects of fickle mining by modeling a game between two coins. To do this, we consider both fickle miners and some factions (e.g., BITMAIN for BCH mining) that stick to mining one coin to maintain that chain. In this model, we show that fickle mining leads to a Nash equilibrium in which only a faction sticking to its coin mining remains as a loyal miner to the less valued coin (e.g., BCH), where loyal miners refer to those who conduct mining even after coin mining difficulty increases. This situation would cause severe centralization, weakening the security of the coin system. To determine which equilibrium the competing coin systems (e.g., BTC vs. BCH) are moving toward, we traced the historical changes of mining power for BTC and BCH. In addition, we analyze the recent "hash war" between Bitcoin ABC and SV, which confirms our theoretical analysis. Finally, we note that our results can be applied to any competing cryptocurrency systems in which the same hardware (e.g., ASICs or GPUs) can be used for mining. Therefore, our study brings new and important angles in competitive coin markets: a coin can intentionally weaken the security and decentralization level of the other rival coin when mining hardware is shared between them, allowing for automatic mining.

研究の動機と目的

• BTCやBCHのような競合するPoW暗号資産間の揺らぎのあるマイニングの経済的ダイナミクスをモデル化すること。
• 合理的で利益志向のマイナーと忠誠を示す集団が、競合するマイニング環境でどのように相互作用するかを分析すること。
• BTCとBCHが安定した共存を達成するか、それとも、揺らぎのある行動によって一方のコインが忠誠を示すマイナーを失うかを特定すること。
• 2017年8月から2018年12月までの歴史的マイニングパワーのデータを用いて、揺らぎのあるマイニングの実世界への影響を評価すること。
• 自動マイニングが、価値が低いコインの分散性とセキュリティに及ぼす脅威を評価すること。

提案手法

• 揺らぎのあるマイナー（収益性に応じて切り替える）と、短期的利回りに関係なく1つのコインに忠誠を示す集団マイナーの2種類のマイナーを含むゲーム理論的モデルを構築する。
• マイニング収益性をコインの価格とマイニング難易度の関数としてモデル化し、価格変動よりも難易度変動の方が予測可能であると仮定する。
• 2つのナッシュ均衡を同定する：共存の安定状態と、価値が低いコインの忠誠マイナーの喪失。
• BTCとBCHの歴史的マイニングパワー分布（BCHフォーク時、2017年8月から2018年12月まで）を実証的に分析し、理論的予測の妥当性を検証する。
• 閾値モデルを用いて、『自動マイニング』（常に最も収益性の高いコインに切り替える行動）を導入・分析する。
• 戦略的攻撃（例：あるコインが揺らぎのあるマイニングを誘発することで、他方のコインを弱体化させる）を説明するためのモデル拡張を行い、合併マイニングやコンSENSUS変更への影響を議論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BTCやBCHのような競合するPoW暗号資産間の揺らぎのあるマイニングの均衡結果は何か？
• RQ2 忠誠を示すマイニング集団の存在が、競合するマイニング環境における価値が低いコインの安定性と分散性に与える影響は何か？
• RQ3 常に最も収益性の高いコインに切り替える『自動マイニング』が、BCHのような価値が低いコインの存続に及ぼす脅威の程度はどの程度か？
• RQ4 2017年11月13日にBCHの難易度調整アルゴリズムが変更されたことで、マイニングパワーの安定性とBTCとの共存の可能性にどのような影響があったか？
• RQ5 ある暗号資産が、揺らぎのあるマイニングを誘発させることで、他方のコインを戦略的に弱体化させることができるか？その行動のセキュリティ的影響は何か？

主な発見

• 揺らぎのあるマイニングは、より価値が低いコイン（例：BCH）にのみ忠誠を示す集団マイナーが残るナッシュ均衡に至り、深刻な中央集権化を引き起こす。
• 歴史的データから、BCHは2017年11月13日まで忠誠を示すマイナーがいなかったが、その後の難易度調整アルゴリズムの変更により、共存の安定性が向上した。
• BCHの難易度調整アルゴリズムの変更により、ボラティリティが低下し、BTCとの共存に近づいた。
• 2018年12月時点で、BTCとBCHの合計マイニングパワーの5％以上が自動マイニングに従事すれば、BCHの忠誠マイナーは失われる。
• Bitcoin ABCとSVの間の『ハッシュ戦争』の分析は、理論的予測である『揺らぎのあるマイニングがコインシステムを不安定化させ、戦略的攻撃を可能にする』という仮説を裏付けた。
• 本研究は、共有マイニングハードウェアが、揺らぎのあるマイニングを誘発させることで、あるコインのセキュリティを弱体化させることを可能にし、PoWベースの競合コイン市場におけるシステミックリスクを浮き彫りにした。