[논문 리뷰] The cost of Bitcoin mining has never really increased

Yo-Der Song, Tomaso Aste|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 07.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 9인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 2010년에서 2020년 사이 비트코인 채굴의 장기적 에너지 비용을 분석하여, 해싱 활동이 100억 배 증가하고 에너지 소비가 1,000만 배 증가했음에도 불구하고, 작업 증명에 대한 비용이 거래량 대비 약 0.3%로 안정되어 있음을 발견하였다. 이는 이중 지출 공격에 대한 일관된 경제적 장벽을 유지하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The Bitcoin network is burning a large amount of energy for mining. In this paper we estimate the lower bound for the global energy cost for a period of ten years from 2010, taking into account changing oil costs, improvements in hashing technologies and hashing activity. Despite a ten-billion-fold increase in hashing activity and a ten-million-fold increase in total energy consumption, we find the cost relative to the volume of transactions has not increased nor decreased since 2010. This is consistent with the perspective that, in order to keep a the Blockchain system secure from double spending attacks, the proof or work must cost a sizable fraction of the value that can be transferred through the network. We estimate that in the Bitcoin network this fraction is of the order of 1%.

연구 동기 및 목표

• 2010년에서 2020년 사이 비트코인 채굴에 대한 전 세계 에너지 비용의 하한선을 정량화하기 위해.
• 시간이 지남에 따라 채굴 에너지 비용과 비트코인 거래의 총가치 간의 관계를 검토하기 위해.
• 네트워크 활동에 비해 작업 증명 비용이 증가했는지 감소했는지 평가하기 위해.
• 현재의 비용이 이중 지출 공격에 대한 충분한 경제적 저항력을 제공하는지 평가하기 위해.
• 작업 증명 메커니즘이 시간이 지남에 따라 경제적으로 효율적이고 공정하게 가격이 책정되어 있는지 판단하기 위해.

제안 방법

• 기름 가격, 해싱 기술 향상 및 네트워크 전체 해싱 활동에 관한 역사적 데이터를 사용하여 에너지 소비의 하한선을 추정하기 위해.
• ASIC 채굴 하드웨어의 효율성(10억 해시당 0.03 줄)을 기반으로 일일 및 연간 에너지 비용을 계산하기 위해.
• 비용 효율성을 시간에 따라 평가하기 위해 일일 채굴 비용과 일일 거래량의 비율을 계산하기 위해.
• Aste(2016)의 모델을 적용하여 이중 지출 공격이 수익성이 있도록 하기 위한 거래량의 최소 비율을 추정하기 위해.
• 2009년에서 2020년까지의 데이터를 사용하여 시간에 따라 변화하는 비율 $ C_t / V_t $ 를 분석하기 위해, 여기서 $ C_t $ 는 채굴 비용이고 $ V_t $ 는 거래량이다.
• 최근 추세와 비용 대 거래량 비율의 안정성을 평가하기 위해 2017년 이후 기간에 집중하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지난 10년 동안 비트코인 채굴 비용이 거래량 대비 증가했는지 감소했는지 어떻게 되어 있는가?
• RQ2 기술적 및 시장 변화를 고려할 때 2010년에서 2020년 사이 비트코인 채굴의 에너지 비용 하한선은 무엇인가?
• RQ3 경제적 유인에 기반해 현재의 작업 증명 비용이 이중 지출 공격을 충분히 저지하고 있는가?
• RQ4 채굴 비용 대 거래량 비율은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 시스템의 보안 경제학에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 비용 대 거래량 비율의 안정성이 비트코인 네트워크의 자율적 조절 메커니즘을 어느 정도 반영하고 있는가?

주요 결과

• 해싱 활동이 100억 배 증가하고 총 에너지 소비가 1,000만 배 증가했음에도 불구하고, 2010년 이래로 채굴 비용 대 거래량 비율은 약 0.3%로 안정되어 있다.
• 비용 대 거래량 비율 $ C_t / V_t $ 의 평균 값은 0.14%이며, 사분위수 범위는 0.02%에서 0.4% 사이로, 거래량 변화가 9개 지수 범위에 걸쳐도 놀랄 만큼 안정되어 있음을 나타낸다.
• 2017년 이후에는 평균 비율이 약간 증가하여 0.3%로, 10번째 백분위수는 0.1%, 90번째 백분위수는 0.4%로 나타나 네트워크 성장에도 불구하고 계속해서 안정성을 유지하고 있음을 보여준다.
• 6개 블록의 확인 깊이와 0.3% 비용 비율을 기반으로 현재 작업 증명 비용은 전 세계 거래량의 최소 1.5%에 대해 이중 지출 공격을 방지하고 있다.
• 이 연구는 작업 증명 비용이 너무 높기보다는 오히려 공격을 완전히 막기에는 너무 낮아, 공격 비용이 추가로 낮아졌을 경우 잠재적 취약성이 있음을 시사한다.
• 분석 결과, 이 시스템은 이론적 예측과 일치하는 공정하고 자율적으로 작용하는 경제적 장벽을 유지하고 있으며, Aste(2016)의 이론적 기대와도 부합한다. 즉, 공격 비용은 위험에 빠지는 가치의 상당한 비율이 되어야 한다.