HaPPY-Mine: Mereka Bentuk Fungsi Ganjar Perlombongan untuk Penyahpusatan Rantaian Blok

Kandungan

1 Pengenalan

Ganjaran perlombongan rantaian blok mempunyai tujuan berganda: mensubsidi kos pelombong untuk mengamankan rantaian blok dan mencetak duit syiling baharu. Kriptokewangan sedia ada seperti Bitcoin dan Ethereum menggunakan model ganjaran statik yang telah menunjukkan kerentanan terhadap pemusatan disebabkan ketidaksimetrian kos pelombong. Kerangka HaPPY-Mine memperkenalkan fungsi ganjaran dinamik yang menyesuaikan diri dengan kadar hash sistem, menggalakkan penyahpusatan sambil mengekalkan sifat keselamatan.

2 Latar Belakang dan Kerja Berkaitan

2.1 Model Ganjaran Statik

Sistem rantaian blok semasa melaksanakan dua model ganjaran statik utama:

• Ganjaran tetap setiap blok: Ethereum yang berterusan 5 ETH setiap blok
• Model pengurangan separuh: Pengurangan ganjaran Bitcoin setiap 210,000 blok (~4 tahun)

Model-model ini telah dianalisis secara teori permainan, menunjukkan kewujudan keseimbangan unik tetapi terdedah kepada pemusatan.

2.2 Isu Pemusatan Perlombongan

Kos tidak simetri dalam operasi perlombongan mewujudkan tekanan pemusatan. Kajian oleh [11,15] mendokumenkan bagaimana pelombong yang mempunyai akses kepada elektrik kos rendah atau perkakasan khusus mendapat kelebihan tidak seimbang, membawa kepada penumpuan kadar hash.

3 Reka Bentuk HaPPY-Mine

3.1 Formulasi Matematik

Fungsi ganjaran HaPPY-Mine mengaitkan ganjaran blok dengan jumlah kadar hash sistem:

$R(H) = \frac{\alpha}{H^\beta}$ di mana:

• $R(H)$: Ganjaran blok sebagai fungsi jumlah kadar hash $H$
• $\alpha$: Parameter penskalaan
• $\beta$: Eksponen susutan (0 < $\beta$ < 1)

Ganjaran pelombong individu: $r_i = R(H) \cdot \frac{h_i}{H}$ di mana $h_i$ ialah kadar hash pelombong i.

3.2 Pelaksanaan Teknikal

Pelaksanaan memerlukan pelarasan dinamik ganjaran berdasarkan purata bergerak kadar hash rangkaian, dengan mekanisme untuk mencegah permainan melalui turun naik kadar hash pantas.

4 Analisis Keseimbangan

4.1 Kewujudan dan Keunikan

Di bawah model kos pelombong heterogen, HaPPY-Mine menjamin:

• Kewujudan keseimbangan untuk mana-mana set parameter yang sah
• Set pelombong yang menyertai yang unik
• Jumlah kadar hash sistem yang unik pada keseimbangan

4.2 Metrik Penyahpusatan

HaPPY-Mine menunjukkan penyahpusatan unggul berbanding model statik merentas pelbagai metrik:

• Bilangan peserta perlombongan aktif meningkat 25-40%
• Pengurangan pekali Gini 0.15-0.25
• Indeks Herfindahl-Hirschman (HHI) di bawah ambang 1500

5 Analisis Keselamatan

5.1 Rintangan Pakatan

HaPPY-Mine mengekalkan keselamatan terhadap serangan pakatan melalui struktur ganjaran berkadaran yang ditetapkan dalam [9]. Pelombong berpakat tidak boleh mendapat ganjaran tidak seimbang tanpa penyelarasan kos yang signifikan.

5.2 Perlindungan Serangan Sybil

Kerangka ini mewarisi rintangan sybil daripada fungsi ganjaran berkadaran umum. Membahagikan kadar hash merentas pelbagai identiti tidak meningkatkan ganjaran disebabkan perkadaran $\frac{h_i}{H}$.

6 Keputusan Eksperimen

Simulasi membandingkan HaPPY-Mine ($\beta=0.5$) dengan ganjaran statik gaya Bitcoin:

Rajah 1: Perbandingan taburan kadar hash menunjukkan HaPPY-Mine mengekalkan taburan lebih rata merentas saiz pelombong, manakala model statik memusatkan kadar hash dalam kalangan pelombong teratas.

7 Pelaksanaan dan Contoh Kod

Kod pseudo untuk pengiraan ganjaran HaPPY-Mine:

function calculateBlockReward(totalHashrate, alpha, beta) {
    // Kira ganjaran berdasarkan jumlah kadar hash semasa
    reward = alpha / (totalHashrate ** beta);
    return reward;
}

function distributeReward(minerHashrate, totalHashrate, blockReward) {
    // Pengagihan berkadaran
    minerReward = blockReward * (minerHashrate / totalHashrate);
    return minerReward;
}

// Contoh penggunaan
const ALPHA = 1000;  // Parameter penskalaan
const BETA = 0.5;    // Eksponen susutan

let networkHashrate = getCurrentTotalHashrate();
let blockReward = calculateBlockReward(networkHashrate, ALPHA, BETA);
let minerReward = distributeReward(myHashrate, networkHashrate, blockReward);

8 Aplikasi dan Hala Tuju Masa Depan

Prinsip HaPPY-Mine boleh melangkaui perlombongan kriptokewangan:

• Protokol DeFi: Pengagihan ganjaran dinamik dalam perlombongan kecairan
• Pemerintahan DAO: Peruntukan kuasa mengundi tahan terhadap pemusatan
• Pengkomputeran tepi: Peruntukan sumber dalam rangkaian pengkomputeran teragih
• Aplikasi rantai silang: Protokol kebolehoperasian memerlukan pengagihan sumber yang adil

Hala tuju penyelidikan masa depan termasuk parameter $\beta$ adaptif, model kos pelbagai dimensi, dan integrasi dengan sistem hibrid buktikan-stake.

9 Analisis Asal

Kerangka HaPPY-Mine mewakili kemajuan signifikan dalam reka bentuk insentif rantaian blok, menangani tekanan pemusatan asas yang telah membelenggu kriptokewangan utama. Model ganjaran statik tradisional, seperti yang dianalisis dalam kajian teori permainan seperti yang dirujuk dalam kertas putih Bitcoin dan kerja susulan oleh Eyal dan Sirer [15], mewujudkan kecenderungan semula jadi ke arah pemusatan disebabkan ekonomi skala dan struktur kos tidak simetri. Inovasi mengaitkan ganjaran dengan kadar hash sistem memperkenalkan mekanisme kawal selia sendiri yang menyelaraskan insentif pelombong individu dengan matlamat penyahpusatan seluruh rangkaian.

Pendekatan ini berkongsi persamaan konseptual dengan sistem kawalan adaptif dalam domain lain, seperti teknik pembelajaran pengukuhan yang digunakan dalam AlphaGo dan sistem AI susulan, di mana pelarasan dinamik menggantikan polisi statik. Formulasi matematik $R(H) = \frac{\alpha}{H^\beta}$ dengan elegan menangkap pulangan berkurangan yang diperlukan untuk mencegah penumpuan kadar hash, sama seperti mekanisme penetapan kesesakan dalam ekonomi rangkaian yang menggunakan bentuk fungsi serupa untuk mengurus peruntukan sumber.

Berbanding penyelesaian sedia ada seperti peralihan dirancang Ethereum kepada buktikan-stake atau pengurangan separuh berkala Bitcoin, HaPPY-Mine menawarkan pelarasan berterusan berbanding perubahan diskret. Penyesuaian lancar ini menyerupai teknik pengoptimuman berasaskan kecerunan yang digunakan dalam kerangka pembelajaran mesin moden seperti TensorFlow dan PyTorch, di mana kemas kini parameter berterusan mencegah ayunan dan menggalakkan penumpuan stabil—dalam kes ini, ke arah keseimbangan terpencar.

Sifat keselamatan yang ditetapkan dalam kertas ini membina atas kerja asas dalam fungsi ganjaran berkadaran, melanjutkan jaminan keselamatan kepada persekitaran dinamik. Sumbangan ini amat relevan memandangkan serangan terkini pada rangkaian rantaian blok didokumenkan oleh organisasi seperti Blockchain Security Alliance dan institusi akademik yang mengkaji kerentanan kriptoekonomi. Sifat rintangan pakatan dan sybil menunjukkan bagaimana mekanisme insentif yang direka dengan teliti boleh menyediakan keselamatan teguh tanpa bergantung pada andaian luaran tentang tingkah laku pelombong.

Melihat ke hadapan, prinsip yang mendasari HaPPY-Mine boleh mempengaruhi reka bentuk sistem teragih yang lebih luas melangkaui kriptokewangan. Seperti yang dinyatakan dalam penerbitan terkini dari institusi seperti MIT Digital Currency Initiative dan Stanford Blockchain Research Center, cabaran mengekalkan penyahpusatan sambil menskala sistem menjejaskan banyak aplikasi Web3. Ketegasan matematik dan pengesahan empirikal kerangka ini memposisikannya sebagai titik rujukan untuk kerja masa depan dalam insentif sistem terpencar.

10 Rujukan

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. Financial Cryptography
3. Kiayias, A., et al. (2016). Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol. Crypto
4. Kiffer, L., et al. (2018). A Game-Theoretic Analysis of the Bitcoin Mining Game. WEIS
5. Buterin, V. (2014). Ethereum: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform
6. Gencer, A. E., et al. (2018). Decentralization in Bitcoin and Ethereum Networks. FC
7. Sompolinsky, Y., & Zohar, A. (2015). Secure High-Rate Transaction Processing in Bitcoin. Financial Cryptography
8. Bonneau, J., et al. (2015). SoK: Research Perspectives and Challenges for Bitcoin and Cryptocurrencies. IEEE S&P
9. Pass, R., & Shi, E. (2017). Fruitchains: A Fair Blockchain. PODC
10. Carlsten, M., et al. (2016). On the Instability of Bitcoin Without the Block Reward. ACM CCS