[论文解读] Rationality is Self-Defeating in Permissionless Systems

Bryan Ford, Rainer Böhme|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 19被引用 14

一句话总结

本文认为，在无许可区块链系统中，理性假设是自毁性的，因为理性攻击者可以通过外部金融机制违反系统假设并获利，导致此类系统在实践中不安全。核心贡献是一个元循环论证，表明在开放、匿名系统中，理性无法确保安全，因此应采用拜占庭威胁模型，理性假设对安全而言是冗余的。

ABSTRACT

We outline a metacircular argument explaining why it is rational to be irrational when attacking open-world decentralized systems, and why systems whose security depend on rationality assumptions are insecure.

研究动机与目标

• 挑战一种广泛存在的假设，即理性（自利）能够保障无许可环境中的去中心化系统安全。
• 证明由于外部金融激励的存在，理性假设在开放系统中本质上是不稳定的。
• 论证依赖理性假设来保障安全的系统在根本上是不安全的，因为理性参与者可从破坏系统中获利。
• 表明在无许可系统中，理性假设相较于拜占庭模型并无实际安全优势。
• 主张应设计系统以抵御任意拜占庭行为，而非依赖理性假设。

提出的方法

• 提出一种元循环论证：任何基于行为假设（如理性）的系统，都可能被理性攻击者通过违反这些假设而攻击，从而获利。
• 利用相互关联的金融系统生态系统（如衍生品、跨链市场）作为机制，使理性攻击者能通过破坏目标系统的行为假设而获得外部收益。
• 分析开放、无许可系统中身份薄弱的特性，使攻击者可保持匿名，并在不直接承担目标系统损失的情况下获利。
• 类比哥德尔不完备定理，将理性假设视为在自指系统中本质上不稳定的结构。
• 对比理性模型与拜占庭模型，表明理性假设并未降低所需的安全阈值。
• 分析现实中的攻击案例（如自私挖矿、交易隐瞒），作为理性行为在有利可图时仍可构成敌意行为的证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果理性参与者能通过违反理性假设获利，无许可系统是否能在理性假设下保持安全？
• RQ2 外部金融市场在多大程度上使理性攻击者能够破坏假设参与者理性的系统？
• RQ3 为何理性假设不足以保障开放、匿名的去中心化系统的安全？
• RQ4 理性假设对无许可共识协议的安全阈值有何影响？
• RQ5 是否存在一种实用方法，可在不依赖理性假设的前提下维持无许可系统的安全？

主要发现

• 在开放、无许可系统中，理性假设是自毁性的，因为理性攻击者可从违反系统的行为假设中获利。
• 理性攻击者可利用外部金融系统（如衍生品、跨链市场）通过破坏目标系统的理性假设来获取利润。
• 仅针对理性对手设计安全的系统实际上并不安全，因为理性参与者在有利可图时可采取拜占庭行为。
• 外部金融激励的存在意味着理性行为可能导致拜占庭结果，从而使理性假设对安全而言变得冗余。
• 即使身份薄弱或成本极低，只要参与是开放且匿名的，该论证依然成立。
• 唯一消除此威胁的方法是使系统能抵御任意拜占庭行为，或通过强身份和执法机制封闭系统。