[논문 리뷰] Bitcoin vs. Bitcoin Cash: Coexistence or Downfall of Bitcoin Cash?

Yu‐Jin Kwon, Hyoungshick Kim외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 28.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 16인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 비트코인(BTC)과 비트코인 캐시(BCH) 간의 단기 수익성에 따라 이동하는 '기민한 채굴'(fickle mining)을 게임 이론 프레임워크를 사용해 모델링한다. 기민한 채굴은 비용이 낮은 코인(예: BCH)에만 기민하지 않은 채굴자들이 남아 있는 나시 균형(Nash equilibrium)을 초래하며, 이는 심각한 중앙집중화와 보안 저하를 초래한다. 연구는 역사적 데이터를 통해 이 이론을 확인하고, 자동 채굴이 총 채굴력의 5% 이상을 차지할 경우 BCH 채굴자들의 대규모 이탈을 유발할 수 있음을 경고한다.

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.

연구 동기 및 목표

• BTC와 BCH와 같은 경쟁 PoW 코인 간의 기민한 채굴의 경제적 동역학을 모델링하는 것.
• 이성적이고 수익 중심인 채굴자들과 기민하지 않은 분파가 경쟁 채굴 환경에서 어떻게 상호작용하는지 분석하는 것.
• BTC와 BCH가 안정적인 공존을 이룰 수 있는지 여부, 또는 기민한 행동으로 인해 한 코인이 기민하지 않은 채굴자를 잃게 되는지 판단하는 것.
• 2017년 8월부터 2018년 12월까지의 역사적 채굴력 데이터를 사용해 기민한 채굴의 실제 영향을 평가하는 것.
• 자동 채굴이 덜 가치 있는 코인의 탈중앙화와 보안에 미치는 위협을 평가하는 것.

제안 방법

• 기민한 채굴자(수익성에 따라 이동하는 자)와 한 코인에만 기꺼이 머무르는 기민하지 않은 분파(loyal factions)로 나누어진 게임 이론 모델을 수립한다.
• 채굴 수익성을 코인 가격과 채굴 난이도의 함수로 모델링하며, 가격 변화보다 난이도 변화가 더 예측 가능하다고 가정한다.
• 두 개의 나시 균형을 식별한다: 안정적 공존과 덜 가치 있는 코인에 대한 기민하지 않은 채굴자의 손실.
• 이론적 예측를 검증하기 위해 BCH 분할 이후인 2017년 8월부터 2018년 12월까지 BTC와 BCH의 역사적 채굴력 분포를 실증적으로 분석한다.
• 임계값 모델을 사용해 '자동 채굴'—채굴자가 가장 수익성이 높은 코인으로 반복적으로 이동하는 행동—을 도입하고 분석한다.
• 전략적 공격, 예를 들어 한 코인이 다른 코인의 기민한 채굴을 유도함으로써 약화시키는 전략을 설명하기 위해 모델을 확장하고, 병합 채굴 및 합의 변경에 대한 함의를 논의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BTC와 BCH와 같은 두 경쟁 PoW 코인 간의 기민한 채굴의 균형 결과는 무엇인가?
• RQ2 기민하지 않은 채굴 분파의 존재가 경쟁 채굴 환경에서 덜 가치 있는 코인의 안정성과 탈중앙화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 채굴자가 가장 수익성이 높은 코인으로 계속해서 이동하는 '자동 채굴'이 BCH와 같은 덜 가치 있는 코인의 생존에 얼마나 심각한 위협이 되는가?
• RQ4 2017년 11월 13일 BCH의 난이도 조정 알고리즘 변경이 채굴력 안정성과 BTC와의 공존 가능성에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ5 한 코인이 기민한 채굴을 유도함으로써 다른 코인을 전략적으로 약화시킬 수 있으며, 이러한 행동의 보안적 함의는 무엇인가?

주요 결과

• 기민한 채굴은 비용이 낮은 코인(예: BCH)에만 기민하지 않은 채굴자들이 남아 있는 나시 균형을 초래하며, 이는 심각한 중앙집중화를 초래한다.
• 역사적 데이터는 BCH가 2017년 11월 13일 난이도 조정 알고리즘 변경 이전까지는 기민하지 않은 채굴자를 확보하지 못했음을 보여주며, 이후 공존이 더 안정해졌음을 확인한다.
• BCH의 난이도 조정 알고리즘 변경으로 변동성이 감소했고, BTC와의 안정적 공존에 더 가까워졌다.
• 2018년 12월 기준, 총 BTC 및 BCH 채굴력의 약 5% 이상이 자동 채굴을 한다면 BCH는 기민하지 않은 채굴자를 상실할 것이다.
• 비트코인 ABC와 SV 간의 '해시 전쟁' 분석은 기민한 채굴이 코인 시스템을 불안정하게 만들고 전략적 공격을 가능하게 할 수 있음을 이론적 예측과 일치시킨다.
• 본 연구는 공유되는 채굴 하드웨어가 기민한 채굴을 유도함으로써 한 코인이 다른 코인의 보안을 약화시킬 수 있음을 입증하며, PoW 기반 경쟁 코인 시장에서의 체계적 위험을 드러낸다.