區塊鏈:區塊鏈中的自私挖礦

編者按：本文來自：以太坊愛好者，作者：IttayEyal，翻譯：阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。工作量證明區塊鏈實現了一種形式的狀態機復制系統。不像傳統的SMR協議，PoW區塊鏈是開放的，即，任何人都可以加入這個協議，而且系統也會用經濟利益來激勵參與者遵守協議。因此，同樣迥異于傳統SMR協議的地方是，在推理區塊鏈的安全性時，僅僅假設惡意參與者的數量往往并不能得到答案。關鍵是要問一問，礦工是否真的有足夠的動機來遵守所在的協議。這就是本文要討論的東西。為使討論更具體一些，我們把討論的語境限定為中本聰的比特幣協議。Ling已經提供了一些相關的背景知識，以及一個對惡意敵手的安全性分析。在我們的分析中，我們準備把這個系統描述為礦工之間的一個游戲。游戲

游戲玩家就是出塊的礦工。這個游戲是按回合來進行的，每一回合都有一個礦工可以出一個區塊，其他礦工可以發布這個區塊。同時，游戲中的消息是同步傳播的，因此，所有礦工都會收到上一輪發布的區塊。這樣當然是簡化了現實，例如，這個模型忽略了系統中挖礦總算力的緩慢變化，也忽略了偶爾會發生的出塊沖突。雖然如此，這個模型作為一階近似，也足夠了。協議的規定是讓每一個礦工都在最長鏈上出塊，或者，如果分叉中的兩條鏈長度相同，他們就跟隨自己先接收到的那條鏈。游戲中的每一個玩家都致力于最大化自己的收益——這個就是TA的效用函數了。具體來說，我們還假設這是一個infinite-horizon游戲，即，隨著游戲時間不斷趨近于無限，一個礦工的收益就是其平均出塊比例。這就代表，密碼學貨幣形式的獎勵是按礦工所出的區塊發給出塊礦工的。注意，主鏈之外的區塊不會進入礦工的收益。重要觀察

A股收盤：深證區塊鏈50指數上漲1.28%:金色財經消息，A股收盤，上證指數報3514.47點，收盤上漲1.07%，深證成指報14663.55點，收盤上漲0.88%，深證區塊鏈50指數報3660.29點，收盤上漲1.28%。區塊鏈板塊收盤下跌0.14%，數字貨幣板塊收盤上漲0.18%。[2021/8/24 22:33:45]

主鏈上的出塊比例就是對礦工收益的實時模擬。假設系統中的挖礦總算力是靜態不變的，系統每10分鐘出一個區塊，攻擊在一次難度調整完成后立即發動。假設一種出塊策略會導致網絡中一定比例的區塊被拋棄，比如所有礦工出的塊中有20%的塊會產生在主鏈之外，而且這個比例是穩定的。那么，雖然這個系統仍然是每10分鐘出一個塊，但只有80%會出在主鏈上，也就是主鏈的生長速度會變成每12.5分鐘延長一個塊，而不是每10分鐘延長一次。比特幣協議每出2016個塊會調整一次難度，如此一來，調整難度所需的時間也會比一般情形要長。一旦難度調整發生，難度又會下降，使得主鏈的出塊間隔重新變回10分鐘。這就意味著系統的整體出塊速度更高了，每8分鐘就能出一個塊。所以，一個礦工如果有算力占全網比例為α，且在主鏈上出塊的占比為α′>α，則其每小時收益會與α′成比例。自私挖礦算法

在美上市區塊鏈中概股漲多跌少，嘉楠科技上漲10.19%:今日美股行情，三大股指均上漲，在美上市區塊鏈中概股漲多跌少。嘉楠科技上漲10.19%，人人網上漲3.30%，寺庫下跌1.22%，迅雷上漲3.07%，獵豹移動上漲1.04%，蘭亭集勢上漲4.08%，中網載線上漲1.49%，億邦國際上漲5.34%。[2020/12/28 15:55:45]

自私挖礦是一種投機挖礦算法，用于證明前述協議對小礦工并不公平。我們先來看看自私挖礦的機制，然后討論看看自私挖礦為什么以及何時會產生這樣的效果。一開始，自私的礦工會在最長鏈上挖礦，就像協議希望的那樣。不過，一旦TA挖出了一個區塊，TA會先把這個區塊藏起來，而不是立即發布出去，然后嘗試在這個秘密塊后繼續出塊，形成一個“秘密分支”。

曾因宣布進軍區塊鏈股價暴漲的Fantasy Network宣布放棄區塊鏈業務:據bitcoin.com消息，Fantasy Network公司宣布離開區塊鏈行業，轉向大麻業務。Fantasy Network公司去年12月10日宣布正研究在區塊鏈領域運營的可能性后，該公司的股價在幾天內上漲了數百個百分點。去年12月底，當時的以色列證券管理局主席Shmuel Hauser警告稱，要防止比特幣相關公司“借殼上市”，該公司的股價因此暴跌。隨著各國越來越多的監管行動，“區塊鏈”行業的炒作有正在消失的跡象。[2018/6/5]

與此同時，其它礦工會延長公開的那條鏈，這條鏈最終會變得更長，因為他們的挖礦算力占大頭。而自私挖礦的礦工會繼續延長其秘密分支，直到公開分支落后一個區塊。然后自私礦工就會把自己的秘密分支發布出來。

SYNC 2018區塊鏈系列活動會議于新加坡召開 MDT與諸多領域大咖進行深入探討:3月9日，由科技媒體Pingwest舉辦的SYNC 2018區塊鏈系列活動會議于新加坡召開。MDT量數代表黃何，火幣全球運營總監Herbert，ODYSSEY/OBike項目負責人Sophie，新加坡星展銀行DBS私人銀行副總監于珊珊一同前來參會。在會議現場MDT量數與銀行、虛擬貨幣交易所，通過不同立場探討了虛擬貨幣作為貨幣形態在科技領域的展望。[2018/3/12]

因為秘密分支更長，那么另一方就會認為這條才是主鏈，從這時開始，所有人都會跟隨自私礦工的分支，而其他礦工挖出的區塊會被拋棄——被忽略，并使得出塊礦工一無所獲。但這種策略也不是萬無一失——從開始秘密挖礦時起，自私礦工就一直承擔著風險。如果TA出了一個秘密區塊同時別的礦工也出了一個區塊，TA就不能靠發布這個秘密區塊來變成最長鏈；相反，此時會變成兩個同樣長的分支在競爭最長鏈。

自私礦工會嘗試延長自己的分支；為簡化分析，我們假設其他礦工也會嘗試延長自己所在的分支。如果TA能搶先出下一個塊，則TA的分支會變成最長鏈，然后下一次攻擊會在這條最長鏈的末端重新開始。如果其他礦工生出，那么自私礦工就屬于不利地位。在這種情況下，TA會放棄這次攻擊，尋找下一次機會。在這次攻擊中，TA的秘密分支會變成一條較短的分叉，使TA一無所獲。自私挖礦分析

乍一看，這種攻擊應該不會奏效——自私礦工的算力只占少數，必定是贏少輸多。不過，一個細致的分析表明，并不總是如此。這個游戲可以自然而然地描述成一個MarkovChain。通過計算自私礦工的出塊和其他礦工的出塊情況，我們可以計算出自私礦工的區塊在主鏈上的比例，其實就是其算力規模的函數。

我們可以看出，算力占比超過1/3的自私礦工可以通過違反協議及執行自私挖礦算法來提高自己的收益。結論

上述分析表面，當自私礦工的算力超過1/3時，自私挖礦的策略比誠實挖礦的策略收益高，但這是在樂觀的假設下的結果。想要更深度的分析，請看FinancialCrypto2013上的論文以及ACM2018會議上的論文。后續的研究，包括最近的一個，都使用馬爾可夫方法來確定誠實挖礦策略占優的算力閥值。感謝IttaiAbraham富有教益的反饋。

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