ब्लॉकचेन स्वार्थी माइनिंग: मल्टी-पूल विश्लेषण और सुरक्षा निहितार्थ

विषय सूची

1. परिचय

ब्लॉकचेन तकनीक ने, बिटकॉइन के 2008 में परिचय के बाद से, अपने प्रूफ-ऑफ-वर्क (PoW) सहमति तंत्र के माध्यम से विकेंद्रीकृत प्रणालियों में क्रांति ला दी है। हालांकि, PoW की सुरक्षा को रणनीतिक माइनिंग व्यवहारों, विशेष रूप से स्वार्थी माइनिंग, से महत्वपूर्ण चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। यह पेपर इस महत्वपूर्ण प्रश्न को संबोधित करता है कि कैसे कई दुर्व्यवहारी माइनिंग पूल स्वार्थी माइनिंग रणनीतियों की लाभप्रदता को प्रभावित करते हैं।

स्वार्थी माइनिंग में माइनर निजी चेन बनाए रखते हैं और रणनीतिक रूप से ब्लॉक्स प्रकट करते हैं ताकि उनकी वास्तविक कम्प्यूटेशनल शक्ति की तुलना में असमान रूप से अधिक पुरस्कार प्राप्त कर सकें। जबकि पिछले शोध एकल स्वार्थी माइनरों पर केंद्रित थे, हमारा कार्य इस विश्लेषण को कई प्रतिस्पर्धी पूलों तक विस्तारित करता है, जिससे ब्लॉकचेन सुरक्षा खतरों का अधिक यथार्थवादी मूल्यांकन प्रदान किया जा सके।

2. पृष्ठभूमि और संबंधित कार्य

2.1 ब्लॉकचेन और प्रूफ-ऑफ-वर्क

बिटकॉइन की ब्लॉकचेन सुरक्षा क्रिप्टोग्राफिक हैश पज़ल्स पर निर्भर करती है, जिन्हें गहन कम्प्यूटेशन के माध्यम से हल किया जाता है। माइनर वैध ब्लॉक्स खोजने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, और सफल माइनरों को क्रिप्टोकरेंसी पुरस्कार प्राप्त होते हैं। PoW सहमति लगभग 90% सार्वजनिक ब्लॉकचेन के लिए आधार के रूप में कार्य करती है।

2.2 स्वार्थी माइनिंग के मूल सिद्धांत

ईयाल और सिरर के महत्वपूर्ण कार्य ने प्रदर्शित किया कि स्वार्थी माइनिंग तब लाभप्रद हो जाती है जब एक माइनर कुल हैश दर का 25% से अधिक नियंत्रित करता है। मार्कोव डिसीजन प्रोसेसेज (MDP) का उपयोग करके बाद के शोध ने इस सीमा को लगभग 23.21% तक कम कर दिया। हालांकि, इन अध्ययनों ने एकल स्वार्थी माइनर माना, जिसमें कई प्रतिस्पर्धी पूलों के यथार्थवादी परिदृश्य पर ध्यान नहीं दिया गया।

3. कार्यप्रणाली और मॉडल

3.1 मार्कोव चेन फॉर्मूलेशन

हम सार्वजनिक और निजी चेन के बीच स्टेट ट्रांजिशन को चित्रित करने के लिए एक नया मार्कोव चेन मॉडल स्थापित करते हैं। यह मॉडल एक ईमानदार पूल पर विचार करता है जो सभी ईमानदार माइनरों का प्रतिनिधित्व करता है और दो स्वार्थी माइनिंग पूल जो एक-दूसरे के दुर्व्यवहारी भूमिकाओं से अनजान हैं।

स्टेट स्पेस को निजी और सार्वजनिक चेन की सापेक्ष लंबाई द्वारा परिभाषित किया जाता है, जिसमें ट्रांजिशन माइनिंग घटनाओं और रणनीतिक ब्लॉक रिवीलेशन द्वारा ट्रिगर होते हैं।

3.2 स्टेट ट्रांजिशन विश्लेषण

हमारा विश्लेषण चेन स्टेट्स में परिवर्तन को ट्रिगर करने वाली सभी संभावित घटनाओं का विस्तृत विवरण प्रस्तुत करता है, जिनमें शामिल हैं:

• ईमानदार माइनर सार्वजनिक चेन पर नए ब्लॉक ढूंढते हैं
• स्वार्थी माइनर अपनी निजी चेन का विस्तार करते हैं
• निजी चेन का रणनीतिक रूप से प्रकटीकरण
• चेन पुनर्गठन और अनाथ ब्लॉक

4. परिणाम और विश्लेषण

4.1 लाभप्रदता सीमाएं

हमारा गणितीय मॉडल लाभप्रदता सीमाओं के लिए क्लोज्ड-फॉर्म एक्सप्रेशन प्रदान करता है। सममित स्वार्थी माइनरों के लिए, न्यूनतम हैश दर आवश्यकता घटकर 21.48% हो जाती है, जो मूल 25% सीमा से काफी कम है।

हालांकि, असममित स्वार्थी माइनरों के बीच प्रतिस्पर्धा लाभप्रद सीमा को बढ़ा देती है, जिससे छोटे पूलों के लिए स्वार्थी माइनिंग रणनीतियों से लाभ उठाना अधिक कठिन हो जाता है।

4.2 क्षणिक व्यवहार विश्लेषण

लाभप्रद विलंब तब बढ़ता है जब स्वार्थी माइनरों की हैश दर घटती है। यह निष्कर्ष बताता है कि छोटे माइनिंग पूलों को स्वार्थी माइनिंग से लाभ प्राप्त करने के लिए अधिक समय तक प्रतीक्षा करनी पड़ सकती है, जिससे यह रणनीति सीमित कम्प्यूटेशनल संसाधनों वाले पूलों के लिए कम आकर्षक हो जाती है।

बाद की कठिनाई समायोजन के बिना, स्वार्थी माइनिंग कम्प्यूटेशनल शक्ति बर्बाद करती है और अल्पावधि में अलाभकारी हो जाती है।

5. तकनीकी कार्यान्वयन

5.1 गणितीय ढांचा

मार्कोव चेन मॉडल को ट्रांजिशन प्रायिकता मैट्रिक्स $P$ द्वारा दर्शाया जा सकता है, जिसमें स्टेट्स $S = \{s_1, s_2, ..., s_n\}$ होते हैं। स्थिर-अवस्था वितरण $\pi$ संतुष्ट करता है:

$$\pi P = \pi$$

$$\sum_{i=1}^{n} \pi_i = 1$$

स्वार्थी माइनिंग के लिए लाभप्रदता शर्त निम्न द्वारा दी जाती है:

$$R_{selfish} > R_{honest} = \alpha$$

जहां $\alpha$ माइनर की हैश दर अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है।

5.2 कोड कार्यान्वयन

स्वार्थी माइनिंग व्यवहार के सिमुलेशन के लिए यहां एक पायथन स्यूडोकोड कार्यान्वयन दिया गया है:

class SelfishMiningSimulator:
    def __init__(self, alpha, gamma=0.5):
        self.alpha = alpha  # स्वार्थी माइनर की हैश दर
        self.gamma = gamma  # स्वार्थी चेन अपनाने की प्रायिकता
        
    def simulate_round(self, state):
        """एक माइनिंग राउंड सिम्युलेट करें"""
        if random() < self.alpha:
            # स्वार्थी माइनर ब्लॉक ढूंढता है
            return self.selfish_found_block(state)
        else:
            # ईमानदार माइनर ब्लॉक ढूंढता है
            return self.honest_found_block(state)
    
    def calculate_profitability(self, rounds=10000):
        """दीर्घकालिक लाभप्रदता की गणना करें"""
        total_rewards = 0
        state = {'private_lead': 0, 'public_chain': 0}
        
        for _ in range(rounds):
            state = self.simulate_round(state)
            total_rewards += self.calculate_reward(state)
        
        return total_rewards / rounds

6. भविष्य के अनुप्रयोग और दिशाएं

इस शोध से प्राप्त अंतर्दृष्टि का ब्लॉकचेन सुरक्षा और सहमति तंत्र डिजाइन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। भविष्य के कार्य पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए:

• रीयल-टाइम में स्वार्थी माइनिंग व्यवहार के लिए पहचान तंत्र विकसित करना
• मल्टी-पूल स्वार्थी माइनिंग के प्रति प्रतिरोधी सहमति प्रोटोकॉल डिजाइन करना
• स्वार्थी माइनिंग लाभप्रदता पर नेटवर्क प्रसार विलंब के प्रभाव का अन्वेषण करना
• प्रूफ-ऑफ-स्टेक और हाइब्रिड सहमति तंत्रों के लिए विश्लेषण का विस्तार करना

जैसे-जैसे ब्लॉकचेन तकनीक एथेरियम 2.0 के प्रूफ-ऑफ-स्टेक और अन्य सहमति तंत्रों की ओर विकसित हो रही है, नेटवर्क सुरक्षा बनाए रखने के लिए इन हमले वैक्टर को समझना महत्वपूर्ण बना हुआ है।

मूल विश्लेषण

7. संदर्भ