[论文解读] A Deep Dive into Blockchain Selfish Mining
该论文提出一种基于马尔可夫链的模型，用于分析存在多个串通挖矿池的区块链中的自私挖矿行为，表明当两名自私挖矿者对称时，最低盈利算力阈值降至21.48%，但在非对称条件下该阈值上升。此外，研究发现当算力为22%时，盈利所需延迟长达714天（51轮），而当算力增至33%时，延迟缩短至70天（5轮）。
This paper studies a fundamental problem regarding the security of blockchain on how the existence of multiple misbehaving pools influences the profitability of selfish mining. Each selfish miner maintains a private chain and makes it public opportunistically for the purpose of acquiring more rewards incommensurate to his Hashrate. We establish a novel Markov chain model to characterize all the state transitions of public and private chains. The minimum requirement of Hashrate together with the minimum delay of being profitable is derived in close-form. The former reduces to 21.48% with the symmetric selfish miners, while their competition with asymmetric Hashrates puts forward a higher requirement of the profitable threshold. The profitable delay increases with the decrease of the Hashrate of selfish miners, making the mining pools more cautious on performing selfish mining.
研究动机与目标
- 研究多个自私挖矿池的存在如何影响自私挖矿的盈利阈值。
- 建模自私挖矿的瞬态行为，包括区块链难度调整的影响。
- 确定在存在多个不法挖矿池的竞争环境中，自私挖矿实现盈利所需的最低算力。
- 在考虑比特币等现实世界区块链中动态难度调整的前提下，分析实现盈利所需的时间延迟。
提出的方法
- 开发一种新颖的马尔可夫链模型，用于捕捉多挖矿者环境中公共链与私有链之间的状态转移。
- 将系统建模为一个诚实挖矿池（Henry）和两个自私挖矿池（Alice 和 Bob）的组合，假设两者之间无协调。
- 推导出链状态稳态分布及自私挖矿者相应收益份额的闭式表达式。
- 将区块链难度调整机制纳入瞬态分析，以模拟现实中实现盈利前的时间延迟。
- 通过数学分析与仿真验证理论阈值和收益动态。
- 应用收敛性分析，确定在对称与非对称条件下稳定的盈利算力阈值。
实验结果
研究问题
- RQ1多个自私挖矿池的存在如何影响实现盈利所需的最低算力？
- RQ2在考虑难度调整的前提下，自私挖矿实现盈利的瞬态延迟时间是多少？
- RQ3自私挖矿者之间算力的非对称性如何影响盈利阈值？
- RQ4长私有链对检测风险和收益有何影响？
- RQ5在多池自私挖矿背景下，难度调整机制是否可被利用或缓解？
主要发现
- 两名对称自私挖矿者的最低盈利算力阈值为21.48%，该结果通过马尔可夫链建模以闭式表达式推导得出。
- 当自私挖矿者算力不对称时，由于竞争加剧，盈利阈值上升。
- 当每位自私挖矿者拥有总算力的22%时，盈利需等待51轮（比特币中为714天）。
- 当每位自私挖矿者的算力增至33%时，盈利延迟显著缩短至5轮（70天）。
- 无论算力高低，自私挖矿在首个难度调整周期内均效率低下，但在经历多个调整周期后将变得盈利。
- 该模型证实，相对收益与绝对收益在可接受误差范围内一致，验证了理论方法的有效性。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。