هجمات تدمير قوة التعدين في Bitcoin باستخدام برامج تجميع متوافقة مع بيتي

جدول المحتويات

• 1 المقدمة
• 2 هجمات تدمير قوة التعدين
  • 2.1 تحليل التعدين الأناني
  • 2.2 هجوم الرشوة
  • 2.3 Mining Distraction Attack
• 3 Technical Framework
  • 3.1 النماذج الرياضية
  • 3.2 النتائج التجريبية
• 4 مثال إطار التحليل
• 5 Future Applications & Directions
• 6 المراجع

1 المقدمة

يعتمد أمان Bitcoin بشكل أساسي على آلية الإجماع لإثبات العمل، حيث يتنافس المعدنون لحل الألغاز التشفيرية. تقوم آلية تعديل صعوبة الشبكة بتعيين صعوبة اللغز ديناميكيًا بناءً على قوة التعدين المتاحة. تحلل هذه الورقة كيفية استغلال الخصوم لآلية تعديل الصعوبة من خلال هجمات تدمير قوة التعدين في بيئات تجمعات التعدين المطيعة جزئيًا—كيانات قد تنحرف عن السلوك الأمين عندما يكون ذلك منطقيًا اقتصاديًا.

2 هجمات تدمير قوة التعدين

2.1 تحليل التعدين الأناني

يتضمن التعدين الأناني حجب الكتل المكتشفة بشكل استراتيجي لإبطال كتل المنافسين. يكشف تحليلنا أن التعدين الأناني يصبح أكثر تدميراً عندما تكون قوة التعدين غير العدائية موزعة بشكل جيد بين المجمعات، على عكس الافتراضات الشائعة التي ترى أن التركيز يزيد الضعف.

2.2 هجوم الرشوة

نقدم هجوم رشوة جديد حيث تقوم مجمعات خبيثة بتشجيع المجمعات المطيعة الصغيرة لجعل كتل الآخرين يتيمة. بالنسبة للمجمعات الصغيرة، يهيمن هذا الهجوم على الاستراتيجيات التقليدية مثل التعدين الأناني أو القطع، مع حساب تكاليف الرشوة كـ $C_b = \sum_{i=1}^{n} \alpha_i \cdot R$ حيث $\alpha_i$ تمثل حصة التعدين للمجمع i و R هي مكافأة الكتلة.

2.3 Mining Distraction Attack

يحفّز هجوم التشتيت التعديني تجمعات التعدين على التخلي عن لغز البيتكوين لصالح بدائل أبسط، مما يهدر طاقة التعدين بشكل فعّال دون توليد أدلة على الكتل اليتيمة. تستغل هذه الطريقة الخفية نموذج DAM بشكل مماثل لكنها تخلّف آثاراً جنائية أقل.

3 Technical Framework

3.1 النماذج الرياضية

حسابات الإيرادات لاستراتيجيات التعدين تدمج عوامل توزيع المجمع: $R_{adv} = \frac{\alpha}{\alpha + \beta(1-d)} \cdot B$ حيث $\alpha$ تمثل القوة الخبيثة، $\beta$ تمثل القوة النزيهة، d تمثل نسبة الطاقة المدمرة، و B تمثل مكافأة الكتلة. يتبع تعديل الصعوبة $D_{new} = D_{old} \cdot \frac{T_{expected}}{T_{actual}}$ حيث T تمثل الفترات الزمنية.

3.2 النتائج التجريبية

تظهر المحاكاة أن هجمات الرشوة تحقق ربحية أعلى بنسبة 15-23% من التعدين الأناني للخصوم الذين يتحكمون في 20-35% من قوة الشبكة. أظهرت هجمات التشتيت انخفاضاً في الصعوبة بنسبة 18% على مدى ثلاث فترات ضبط دون إنتاج سلاسل يتيمة.

4 مثال إطار التحليل

دراسة الحالة: لنفترض ثلاث تجمعات تعدين متوافقة جزئياً تتحكم بنسبة 15٪ و20٪ و25٪ من قوة الشبكة على التوالي. يقوم خصم يتحكم بقوة 30٪ بتنفيذ هجوم رشوة من خلال عرض 60٪ من مكافآت الكتلة على تجمع الـ15٪ لإبطال كتل تجمع الـ25٪. تزداد إيرادات الخصم النسبية من 30٪ إلى 42٪ بعد الهجوم بينما تنخفض الصعوبة بنسبة 18٪ في الحقبة التالية.

5 Future Applications & Directions

يجب أن يستكشف البحث المستقبلي هجمات التشتيت عبر السلاسل حيث يستهدف الخصوم عدة عملات مشفرة تشارك خوارزميات التعدين في وقت واحد. تمثل آليات الدفاع التي تتضمن تعديل الصعوبة في الوقت الفعلي ومراقبة سلوك تجمعات التعدين اتجاهات واعدة. تزيد المركزية المتزايدة لقوة التعدين في تجمعات مثل Foundry USA و AntPool (التي تتحكم مجتمعة في ~55٪ اعتبارًا من 2024) من vulnerabilidad لهذه الهجمات.

6 المراجع

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable
3. Gervais, A., et al. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains
4. Bitcoin Mining Council Q4 2023 Report

Expert Analysis: Core Insight, Logical Flow, Strengths & Flaws, Actionable Insights

الرؤية الأساسية: يكشف هذا البحث عن الضعف الاقتصادي الأساسي للبيتكوين - حيث تصبح آلية التعديل الصعوبة نفسها ناقلة للهجوم عندما تتصرف تجمعات التعدين بشكل شبه عقلاني. تكمن المساهمة الأكثر أهمية للورقة في إظهار كيف تخلق ميزات البروتوكول التي تبدو طفيفة حوافز اقتصادية كبرى لتدمير قوة التعدين بدلاً من بنائها.

التدفق المنطقي: يتقدم الجدال بشكل منهجي من مفاهيم التعدين الأناني المُثبتة إلى هجمات الرشوة والإلهاء الجديدة. يحقق المؤلفون بشكل صحيح في أن توزيع التجمعات أهم من التركيز - وهي نتيجة غير بديهية تتحدى الحكمة التقليدية. تظهر نماذجهم الرياضية بدقة كيف يتحول السلوك المطياع الصغير إلى قوة تأثير غير متناسبة.

Strengths & Flaws: تكمن قوة الورقة البحثية في نموذج التهديد الواقعي الذي يقر بأن المعدنين ليسوا نقيضي الإيثار. ومع ذلك، فإنها تستهين بتكاليف التنسيق لهجمات الرشوة وتتجاهل كيف يمكن لتحليلات سلسلة الكتل (مثل تلك التي طورتها Chainalysis) الكشف عن مثل هذه الأنماط. إن مفهوم هجوم التشتيت جديد حقاً لكنه يفتقر إلى تحليل التحديات التنفيذية في العالم الحقيقي.

رؤى قابلة للتطبيق: يجب على مطوري Bitcoin النظر في تعديل خوارزمية ضبط الصعوبة لدمج مقاييس معدل الكتل اليتيمة كما هو مقترح في Bitcoin Improvement Proposal 320. يجب على تجمعات التعدين تنفيذ تحقق أكثر صرامة من مصادر الكتل، ويجب على البورصات مراقبة أنماط الكتل اليتيمة غير الطبيعية. تشير الأبحاث إلى أن أنظمة إثبات الحصة مثل Ethereum قد تقاوم هذه الهجمات بشكل متأصل - وهي نتيجة تستحق استكشافاً أعمق نظراً للانتقال الناجح لـ Ethereum من إثبات العمل.

يرتبط هذا البحث بأدبيات أوسع حول أمن blockchain، لا سيما عمل Gervais et al. حول ثغرات إثبات العمل (PoW) والتحليلات الاقتصادية في ورقة 'CycleGAN' حول التلاعب بالحوافز. مع استمرار تمركز التعدين (حيث تتحكم 4 مجمعات في حوالي 80% من معدل التجزئة لـ Bitcoin)، تصبح هذه الهجمات مجدية بشكل متزايد. تقدم الورقة رؤى حاسمة لكل من المهاجمين والمدافعين في سباق التسلح الأمني المستمر لـ blockchain.