Karatasi hii inashughulikia dosari muhimu katika usawa wa motisha wa Bitcoin, iliyotajwa kwanza na Eyal na Sirer (2014). Ingawa mbinu yao ya SM1 ilionyesha uchimbaji wa kujihini wenye faida, utafiti huu unathibitisha kuwa sio bora kabisa. Tunawasilisha mfano uliojumuishwa na algorithm ya kupata sera bora za uchimbaji wa kujihini, tukianzisha mipaka madhubuti zaidi kuhusu faida na kufunua kizingiti cha chini cha nguvu ya hesabu kwa mashambulizi yanayofaulu kuliko yale yaliyojulikana hapo awali.
Kuelewa uchimbaji wa kujihini kunahitaji msingi katika utaratibu wa makubaliano wa Bitcoin na mifano ya mashambulizi ya awali.
Bitcoin inategemea makubaliano ya Uthibitisho wa Kazi (PoW) ambapo wachimbaji wanashindana kutatua fumbo la kisiri. Wa kwanza kutatua fumbo hutangaza bloku mpya, akidai zawadi ya bloku na ada za manunuzi. Itifaki inahitaji utangazaji wa bloku mara moja. Kanuni ya mnyororo mrefu zaidi hutatua matawi.
Mbinu ya SM1 ya Eyal na Sirer inahusisha mchimbaji kushika bloku iliyochimbwa mpya, na kuunda mnyororo wa kibinafsi. Mshtakiwa hutangaza bloku kwa busara ili kuacha bloku za wakweli, akidai sehemu isiyolingana ya zawadi. Uchambuzi wao ulipendekeza kizingiti cha faida cha takriban 25% ya kiwango cha hash cha mtandao kwa mshtakiwa aliye na muunganisho mzuri.
Tunapanua mfano wa uchimbaji wa kujihini kuwa mfumo wa Mchakato wa Uamuzi wa Markov (MDP), ukiruhusu utafiti kamili zaidi wa nafasi ya mbinu.
Hali ya mfumo imefafanuliwa kwa uongozi wa mnyororo wa kibinafsi wa mshtakiwa juu ya mnyororo wa umma. Vitendo vinajumuisha: Kukubali (kuacha mnyororo wa kibinafsi), Kuzidi (kutangaza ili kushinda mnyororo wa umma), Kungoja (kuendelea kuchimba kibinafsi), na Kufanana (kutangaza kutosha tu kufanana). Mfano unajumuisha nguvu ya hesabu ya mshtakiwa $α$ na kipengele cha kuenea kwa mtandao $γ$.
Tunatengeneza tatizo kama MDP isiyo na mwisho yenye punguzo. Kwa kutumia algorithm za kurudia thamani au sera, tunahesabu sera bora $π^*$ ambayo inaongeza mapato ya jamaa ya mshtakiwa $R(α, γ, π)$. Matokeo ya algorithm yanaamua kitendo bora (Kungoja, Kukubali, Kuzidi, Kufanana) kwa kila hali inayowezekana (uongozi $l$).
~23%
Sehemu ya hash inayohitajika kwa faida (Mfano Wetu)
~25%
Sehemu ya hash inayohitajika kwa faida (SM1)
>0%
Hutoweka chini ya mifano halisi ya ucheleweshaji
Mbinu zetu bora hutoa kizingiti cha chini cha faida kuliko SM1. Kwa kipengele cha kawaida cha kuenea ($γ=0.5$), kizingiti kinashuka kutoka takriban 25% hadi 23%. Tofauti hii ya 2% ni muhimu, ikileta wapotofu wengi zaidi katika eneo lenye faida.
Sera zilizopatikana zinashinda SM1 kabisa. Uboreshaji mkuu ni "kujiondoa kwa shambulio" lenye busara zaidi—kujua hasa wakati wa kuacha mnyororo wa kibinafsi (Kukubali) ili kupunguza hasara, badala ya kudumu kama SM1 inavyofanya mara nyingi. Tabia hii ya kukabiliana inaongeza mapato yanayotarajiwa kwa thamani zote za $α$ na $γ$.
Chini ya mfano unaojumuisha ucheleweshaji wa kuenea kwa mtandao, kizingiti cha faida hutoweka kwa ufanisi. Hata wachimbaji wenye nguvu ya hash isiyo na maana ($α \rightarrow 0$) wana motisha ya uwezekano wa kushika bloku mara kwa mara, kwani ucheleweshaji huunda matawi ya asili ambayo wanaweza kutumia. Hii inafunua usawa duni wa motisha katika makubaliano ya Nakamoto.
Kiini cha uchambuzi ni mfano wa mpito wa hali na kazi ya mapato. Mapato ya jamaa $R$ ya mshtakiwa mwenye nguvu ya hash $α$ anayefuata sera $π$ ni:
$R(α, γ, π) = \frac{\text{Bloku zinazotarajiwa kupatikana na mshtakiwa}}{\text{Jumla ya bloku zinazotarajiwa kuundwa}}$
Hali ni uongozi $l$. Uwezekano wa mpito unategemea $α$ na wachimbaji wakweli kupata bloku. Kwa mfano, kutoka kwa hali $l=1$:
Chati Muhimu 1: Mapato ya Jamaa dhidi ya Nguvu ya Hash (α)
Chati ya mstari inayolinganisha mapato ya jamaa $R$ ya sera bora (kutoka kwa algorithm yetu) dhidi ya sera ya SM1 na uchimbaji wa kweli. Mkunjo wa sera bora uko juu kabisa ya mkunjo wa SM1 kwa $α > 0$ yote. Mikunjo hii inakatiza mstari wa uchimbaji wa kweli (ambapo $R = α$) katika sehemu tofauti, ikionyesha kwa macho kizingiti cha chini cha sera bora.
Chati Muhimu 2: Mchoro wa Mpito wa Hali
Grafu inayoongozwa inayoonyesha hali (l=0,1,2,...) na vitendo bora (vilivyowekwa lebo kwenye kingo: Kungoja, Kuzidi, Kukubali, Kufanana) kama ilivyoamuliwa na algorithm kwa ($α$, $γ$) maalum. Mchoro huu unaonyesha wazi mantiki ya uamuzi isiyo ya kawaida, kama vile kukubali kutoka kwa uongozi wa 1 chini ya hali fulani—hatua isiyo ya kawaida isiyoko katika SM1.
Hali: Bwawa la uchimbaji "AlphaPool" linaudhibiti $α = 0.24$ ya kiwango cha hash cha mtandao. Kipengele cha kuenea kwa mtandao ni $γ=0.6$ (kumaanisha AlphaPool hujifunza 60% ya bloku za kweli mara moja).
Mbinu ya SM1: AlphaPool ingefuata kanuni madhubuti: kuchimba kibinafsi kwa uongozi, kutangaza ili kuzidi wakati umeongoza kwa 2. Uchambuzi unaonyesha hii inatoa $R_{SM1} \approx 0.239$, ambayo ni chini ya sehemu yake ya hash (0.24), na kufanya isiwe na faida ikilinganishwa na uchimbaji wa kweli.
Sera Bora (kutoka kwa algorithm yetu): Sera iliyohesabiwa $π^*$ inaweza kuamuru: Kutoka kwa uongozi wa 1, ikiwa bloku ya kweli imepatikana, mara moja Kufanana (kutangaza) ili kuunda usawa na kushindana katika raundi inayofuata, badala ya kungoja. Mabadiliko haya madogo hubadilisha uwezekano wa mpito. Mapato yanayotokana ni $R_{opt} \approx 0.242$, ambayo ni kubwa kuliko 0.24. Shambulio linakuwa na faida.
Ufahamu: Kesi hii inaonyesha jinsi uamuzi bora, unaotegemea hali, unaweza kugeuza sehemu ya hash isiyo na faida kwa nadharia kuwa yenye faida, kwa njia ya kutangaza bloku kwa busara.
Uundaji wa Itifaki na Ukingo: Kazi hii hutoa zana ya kujaribu maboresho yanayopendekezwa ya Bitcoin (k.m., GHOST, itifaki za Blockchain Zinazojumuisha) dhidi ya uchimbaji bora wa kujihini, sio SM1 tu. Uchambuzi wa ukingo ulipendekezwa na Eyal na Sirer unaonyesha kuwa haufanyi kazi kama ilivyotarajiwa, na kuongoza utafiti wa baadaye kuelekea uboreshaji thabiti zaidi.
Zaidi ya Bitcoin: Mfumo wa MDP unatumika kwa blockchain nyingine za Uthibitisho wa Kazi (k.m., Litecoin, Bitcoin Cash) na unaweza kubadilishwa ili kusoma tabia ya busara katika mifumo ya Uthibitisho wa Hisa (PoS), ambapo mashambulizi sawa ya "kushika bloku" au "kutofautisha" yanaweza kuwepo.
Mashambulizi Yanayochanganyika: Kazi ya baadaye lazima iwe mfano wa mwingiliano kati ya uchimbaji wa kujihini na mashambulizi ya matumizi mara mbili. Mchimbaji wa kujihini mwenye mnyororo wa kibinafsi ana jukwaa la asili la kujaribu matumizi mara mbili, na kwa uwezekano kuongeza manufaa ya mshtakiwa na kupunguza kikwazo kwa mashambulizi yote mawili.
Kutawanyika kwa Mamlaka na Mienendo ya Bwawa: Kizingiti cha chini kinaongeza shinikizo la katikati. Mabwawa makubwa yanahimizwa kutumia mbinu hizi bora, na wachimbaji wadogo wanahimizwa kujiunga nao kwa ajili ya mapato thabiti, na kuunda mzunguko wa maoni unaodhoofisha kutawanyika kwa mamlaka—msingi wa usalama wa Bitcoin.
Sapirshtein na wenzake wamewasilisha somo bora la kujaribu itifaki, wakipita zaidi ya shambulio maalum (SM1) ili kuiga nafasi nzima ya mbinu za uchimbaji wa kujihini. Ufunuo wao wa msingi ni mkali: muundo wa motisha wa Bitcoin haujavunjika tu kwa 25% ya nguvu ya hash—una udhaifu wa asili, na nyufa zinaenda karibu zaidi na uso kuliko Satoshi alivyowaza. "Kizingiti cha faida" sio ukuta mgumu; ni mteremko ambao mbinu bora inaweza kuuondoa hadi karibu sifuri chini ya hali halisi za mtandao. Hii inabadilisha uchimbaji wa kujihini kutoka kwa tatizo la "mshtakiwa mkubwa" kuwa usawa duni wa motisha wa kimfumo, unaoendelea.
Mantiki ya karatasi hii ni kamili na ya kuharibu. 1) Ujumlishaji wa Mfano: Wanatambua SM1 kama sehemu moja katika nafasi kubwa ya mbinu. Kwa kuweka tatizo kama Mchakato wa Uamuzi wa Markov (MDP)—mbinu yenye sifa katika AI na nadharia ya udhibiti, sawa na mifumo iliyotumika katika kazi za kuvunja mpya kama karatasi ya CycleGAN kwa kuchunguza nafasi za tafsiri ya picha—wanawezesha utafiti wa nafasi hii kwa utaratibu. 2) Suluhisho la Algorithm: Algorithm ya kurudia thamani sio zana tu; ni utaratibu wa uthibitisho. Haichukui sera; inapata ile bora kutoka kanuni za msingi. 3) Ushinikizo wa Kizingiti: Matokeo yana wazi: mbinu bora zinashinda SM1, na kupunguza kizingiti cha faida. 4) Uvunjaji wa Ucheleweshaji: Hatua ya mwisho, kujumuisha ucheleweshaji wa mtandao, ndio mwisho. Inaonyesha kuwa katika ulimwengu usio wa papo hapo (yaani, ukweli), motisha ya kiuchumi ya kupotoka mara kwa mara kutoka kwa itifaki ni jumla, sio ya kipekee.
Nguvu: Ukali wa njia ni wa juu kabisa. Mfano wa MDP ni zana sahihi kwa kazi hii, na kutoa msingi rasmi, unaoweza kuhesabiwa ambao ukosefu wa uchambuzi wa awali. Kuzingatia ucheleweshaji wa mtandao kunajaza pengo muhimu kati ya nadharia na mazoezi, na kufanana na uchunguzi kutoka kwa utafiti wa kipimo cha mtandao kama vile kutoka taasisi kama IC3 (Initiative for Cryptocurrencies & Contracts). Utumizi wa karatasi hii kama "kichanganuzi cha usalama" kwa marekebisho ya itifaki ni mchango mkubwa wa vitendo.
Dosari na Mapungufu ya Kuona: Uchambuzi, ingawa ni wa kina, bado ni mchezo wa wachezaji wawili (mshtakiwa dhidi ya "wengine" wakweli). Hauelewi kabisa usawa wa mabwawa mengi, unaodhihirisha Bitcoin ya leo. Nini hufanyika wakati mabwawa makubwa yote yanatumia mbinu bora za kujihini (au za kujifunza) dhidi ya kila mmoja? Mfano pia unarahisisha gharama ya kujiondoa kwa shambulio (kuacha bloku zako mwenyewe), ambazo zinaweza kuwa na gharama zisizo za kawaida za kisaikolojia au za sifa kwa mabwawa. Zaidi ya hayo, kama ilivyotajwa na utafiti wa baadaye (k.m., Gervais et al., 2016), uchambuzi unachukulia $α$ thabiti; kwa kweli, nguvu ya hash inaweza kutoroka mnyororo unaoonwa kama umeshambuliwa, na kubadilisha sehemu ya mshtakiwa.
Kwa Wasanidi wa Itifaki: Acha kurekebisha kwa SM1. Lazima ubuni kwa mbinu bora. Karatasi hii hutoa kiwango cha kulinganisha. Kurekebisha kwa kupendekezwa (k.m., kanuni mpya za uchaguzi wa matawi kama GHOST) lazima kukadiriwe dhidi ya mfumo huu wa MDP. Lengo linapaswa kuwa kufanya mbinu ya kweli kuwa usawa wa Nash kwa $α > 0$ yoyote, kizingiti cha juu zaidi kuliko kilichopo sasa.
Kwa Wachimbaji na Waendeshaji wa Bwawa: Hesabu imebadilika. Mwongozo wa usalama wa 25% umepitwa na wakati. Mabwawa yenye nguvu ya hash ya chini kama 20%, hasa yale yenye muunganisho mzuri ($γ$ kubwa), lazima sasa yazingatie msukumo wa kiuchumi wa kushika kwa busara. Athari za kimaadili na za nadharia ya michezo za kutotumia sera bora zinakuwa mjadala wa ukumbi.
Kwa Wawekezaji na Wadhibiti: Elewa kuwa bajeti ya usalama ya Bitcoin (zawadi za wachimbaji) iko chini ya aina ya shambulio la kiuchumi lenye busara zaidi kuliko lilivyokubaliwa hapo awali. Hatari ya katikati ya uchimbaji sio ya mstari; inategemea sehemu za mwisho za busara zilizofunuliwa na utafiti huu. Kufuatilia tabia ya bwawa na nyakati za kuenea kwa mtandao inakuwa kipimo muhimu cha usalama.
Kwa kumalizia, karatasi hii sio tu uboreshaji wa kitaaluma wa kazi ya awali; ni mabadiliko ya dhana. Inahamisha mjadala kutoka "Je, bwawa kubwa linaweza kudanganya?" hadi "Je, mbinu bora ya kila mtu, katika mtandao usio kamili, inavuta motisha ya itifaki mara kwa mara?" Jibu, kwa bahati mbaya, ni "kwa kiasi kikubwa." Wito wa uthibitisho sasa uko kwa watetezi kuonyesha kuwa makubaliano ya Nakamoto, katika umbo lake la sasa, yanaweza kufanywa kuwa sawa kwa motisha kwa kweli.