[论文解读] New kids on the block: an analysis of modern blockchains

Luke Anderson, Ralph Holz+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2016

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 13被引用 47

一句话总结

本文分析了三种现代区块链——以太坊、Namecoin 和 Peercoin——以研究其在比特币原始加密货币模型之外的技术特性、使用模式和网络属性。研究发现，以太坊的智能合约活动日益增长，但存在因编码不良带来的安全风险；Namecoin 尽管名称注册成本低廉，但使用率极低；Peercoin 虽然采用了广泛用于资产转移的权益证明共识机制，但其网络依赖于脆弱的初始连接过程。

ABSTRACT

Half a decade after Bitcoin became the first widely used cryptocurrency, blockchains are receiving considerable interest from industry and the research community. Modern blockchains feature services such as name registration and smart contracts. Some employ new forms of consensus, such as proof-of-stake instead of proof-of-work. However, these blockchains are so far relatively poorly investigated, despite the fact that they move considerable assets. In this paper, we explore three representative, modern blockchains---Ethereum, Namecoin, and Peercoin. Our focus is on the features that set them apart from the pure currency use case of Bitcoin. We investigate the blockchains' activity in terms of transactions and usage patterns, identifying some curiosities in the process. For Ethereum, we are mostly interested in the smart contract functionality it offers. We also carry out a brief analysis of issues that are introduced by negligent design of smart contracts. In the case of Namecoin, our focus is how the name registration is used and has developed over time. For Peercoin, we are interested in the use of proof-of-stake, as this consensus algorithm is poorly understood yet used to move considerable value. Finally, we relate the above to the fundamental characteristics of the underlying peer-to-peer networks. We present a crawler for Ethereum and give statistics on the network size. For Peercoin and Namecoin, we identify the relatively small size of the networks and the weak bootstrapping process.

研究动机与目标

• 调查扩展了比特币模型的现代区块链，其具备智能合约和去中心化命名等特性。
• 分析这些区块链在交易活动、共识机制和网络结构方面的差异。
• 评估以太坊上智能合约的实际使用情况及其安全影响。
• 评估 Namecoin 和 Peercoin 网络中节点发现与初始连接机制的有效性与可靠性。
• 理解权益证明在 Peercoin 中的作用与采用情况，尽管其安全性模型尚未得到充分的正式分析。

提出的方法

• 实现了一个自定义的以太坊爬虫，用于收集和分析区块链数据，包括交易和合约统计信息。
• 通过 DNS 查询和端口扫描，收集并分析 Namecoin 和 Peercoin 的节点发现数据。
• 通过探测种子节点并分析反向 DNS 条目，测量网络规模和节点分布情况。
• 通过测试硬编码的种子 IP 地址和域名的可用性与响应速度，评估初始连接机制。
• 对交易模式、智能合约相似性以及安全相关异常现象进行定性与定量分析。
• 利用公开数据源和网络探测手段，比较三者区块链在网络活动与基础设施稳健性方面的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 以太坊的智能合约功能是如何被使用的？其合约部署存在哪些模式与风险？
• RQ2 Namecoin 在去中心化名称注册方面的使用程度如何？是否存在抢注或低活跃度的证据？
• RQ3 Peercoin 的权益证明机制效果如何？与工作量证明相比，其网络活动中有多少依赖于该机制？
• RQ4 Namecoin 和 Peercoin 的对等网络实际规模如何，其韧性如何？
• RQ5 Namecoin 和 Peercoin 的初始连接机制（种子节点和 DNS）是否可靠且稳定？

主要发现

• 以太坊是三者中活动最频繁的区块链，拥有全球分布的节点，但其网络活动仍主要由简单转账主导，复杂智能合约使用有限。
• 大量以太坊智能合约基于广泛可得的教程构建，表明原创开发不足，且可能存在普遍性漏洞。
• 由于设计疏忽，以太坊智能合约存在安全风险，但尚未发生重大财务攻击。
• Namecoin 的区块链活动极少，名称注册率低，尽管注册成本低廉，仅发现少量名称抢注行为。
• Peercoin 自 2013 年起已完全转向权益证明机制，超过 90% 的区块由该机制生成，尽管其安全模型尚未得到充分的正式分析。
• Namecoin 和 Peercoin 均存在初始连接机制薄弱的问题：仅有少数种子节点可靠，大量硬编码的 IP 地址不可达或位于防火墙后。