Uchimbaji Madini ya Kinafsi Usioonekana: Uchambuzi wa Udhaifu wa Usalama wa Blockchain

Yaliyomo

1 Utangulizi

Itifaki za Blockchain zinalenga kutoa daftari zilizotawanyika, zilizoagizwa kabisa za manunuzi zinazodumishwa kupipa uthibitisho wa makubaliano ya kazi. Karatasi ya awali ya Nakamoto ya Bitcoin ilibainisha kuwa wachimbaji madini walio na uwezo wa kihisabati wa >50% wanaweza kufaidi kwa kukwepa itifaki, lakini ilidhania huu ndio kizingiti. Kazi muhimu ya Eyal na Sirer ilionyesha kuwa uchimbaji madini ya kinafsi una faida kwa zaidi ya 1/3 tu ya uwezo wa kihisabati, na utafiti unaofuata ulipunguza hii hadi takriban 32.9%.

2 Msingi na Kazi Zinazohusiana

2.1 Misingi ya Uchimbaji Madini ya Kinafsi

Uchimbaji madini ya kinafsi unajumuisha kukusua kwa mkakati vitalu vipya vilivyochimbwa ili kuunda minyororo ya kibinafsi, kisha kufichua kwa kuchagua kuwatenga vitalu vya wachimbaji madini waaminifu. Hii inawaruhusu washambuliaji kupata malipo yasiyo sawa kwa kuendesha kwa hila utaratibu wa asili wa kutatua mgawanyiko wa blockchain.

2.2 Tatizo la Kugundulika kwa Takwimu

Kikomo cha kimsingi cha uchimbaji madini ya kinafsi wa kitamaduni ni uwezo wa kugundulika kwa takwimu. Muundo wa vitalu vilivyotengwa uliounda hauwezi kuelezewa tu na kucheleweshwa kwa asili kwa mtandao, na kufanya shambulio ligundulike kupitia uchambuzi wa blockchain.

3 Mkakati wa Uchimbaji Madini ya Kinafsi Usioonekana

3.1 Mfumo wa Kihisabati

Mkakati uliopendekezwa unafanya kazi katika mfano ulioboreshwa ambapo wachimbaji madini waaminifu walio na kucheleweshwa kwa mtandao hutoa vitalu vilivyotengwa kwa kila urefu kwa kujitegemea kwa uwezekano β′. Mkakati wa uchimbaji madini ya kinafsi usioonekana hutoa vitalu vilivyotengwa kwa uwezekano β > β′, na kufanya miundo iwe isiweze kutofautishwa kwa takwimu kutoka kwa hali ya asili ya mtandao.

Uhusiano muhimu wa kihisabati:

• Uwiano wa malipo yanayotarajiwa: $R_{selfish} = \frac{\alpha(1-\alpha)^2(4\alpha+\beta(1-2\alpha))-\alpha^3}{1-\alpha(1+(2-\alpha)\alpha)}$
• Uwezekano wa kugundulika: $P_{detect} = 1 - \prod_{i=1}^{n} (1 - |\beta_i - \beta'_i|)$
• Hali ya faida: $\alpha > \frac{1-2\beta}{4-2\beta}$ kwa $\beta < 0.5$

3.2 Algorithm ya Utekelezaji

Mkakati huu unajumuisha kuweka wakati wa ufichuo wa kuzuio kwa uangalifu ili kudumisha kutoweza kugundulika kwa takwimu huku ukikidhi faida.

4 Matokeo ya Majaribio

Uigizaji wa majaribio unaonyesha kuwa mkakati wa uchimbaji madini ya kinafsi usioonekana unafikia:

• Faida madhubuti kwa washambuliaji walio na 38.2% ya jumla ya uwezo wa kihisabati
• Kutoweza kugundulika kwa takwimu katika hali zote za mtandao zilizojaribiwa
• Uboreshaji thabiti wa utendaji kuliko uchimbaji madini wa uaminifu

Usanidi wa majaribio ulijumuisha kuiga mitandao ya blockchain na usambazaji tofauti wa uwezo wa kihisabati na hali ya kucheleweshwa kwa mtandao. Matokeo yalionyesha kuwa algorithm za kugundua zilizotumika katika kazi za awali (kama zile zinazotegemea uchambuzi wa kusanyiko wa vitalu vilivyotengwa) zilishindwa kutambua mkakati wa uchimbaji madini ya kinafsi usioonekana kwa umuhimu wa takwimu.

5 Uchambuzi wa Kiufundi

6 Utekelezaji wa Msimbo

class UndetectableSelfishMiner:
    def __init__(self, hashrate_ratio, target_beta):
        self.alpha = hashrate_ratio
        self.beta = target_beta
        self.private_chain = []
        self.public_chain_height = 0
        
    def mine_block(self):
        """Chimba kuzuio jipya na uamue kama uchapishwe"""
        new_block = self.create_block()
        self.private_chain.append(new_block)
        
        # Mantiki ya uamuzi kwa uchapishaji wa kuzuio
        if self.should_publish():
            self.publish_blocks()
            
    def should_publish(self):
        """Amua wakati bora wa kuchapisha kwa kutoweza kugundulika"""
        lead = len(self.private_chain) - self.public_chain_height
        
        # Kucheleweshwa kwa kimkakati ili kufanana na kiwango cha asili cha kutengwa
        if lead >= 2 and random.random() < self.calculate_delay_probability():
            return True
        return False
        
    def calculate_delay_probability(self):
        """Kokotoa uwezekano wa uchapishaji ili kufikia lengo β"""
        # Utekelezaji wa mfano wa kihisabati
        base_prob = self.beta / self.alpha
        adjustment = (self.beta - NATURAL_BETA) * ADJUSTMENT_FACTOR
        return max(0, min(1, base_prob + adjustment))

7 Matumizi ya Baadaye

Utafiti kuhusu uchimbaji madini ya kinafsi usioonekana una athari kadhaa muhimu kwa maendeleo ya blockchain ya baadaye:

• Algorithm Bora za Kugundua: Uundaji wa majaribio ya takwimu ya kisasa zaidi ambayo yanaweza kutambua miundo ya hila ya uingiliaji licha ya juhudi za kuiga tabia ya asili ya mtandao
• Uboreshaji wa Itifaki za Makubaliano: Marekebisho kwa utaratibu wa makubaliano wa blockchain ambayo hupunguza faida ya mikakati ya uchimbaji madini ya kinafsi
• Usalama wa Mnyororo Mwingi: Matumizi ya matokeo haya kuhakikisha itifaki zinazoingiliana za blockchain zinazokua na madaraja ya mnyororo mwingi
• Mifumo ya Udhibiti: Kuelimisha maendeleo ya viwango vya udhibiti kwa usalama wa blockchain na tabia ya wachimbaji madini
• Ulinzi wa Kujifunza kwa Mashine: Matumizi ya uwezekano ya mbinu za kujifunza kwa mashine za pinzani ili kuunda mifumo thabiti zaidi ya kugundua

8 Marejeo