Blok Zinciri Bencil Madencilik: Çoklu Havuz Analizi ve Güvenlik Çıkarımları

İçindekiler

1. Giriş

Blok zinciri teknolojisi, Bitcoin'in 2008'de tanıtılmasından bu yana, İş İspatı (PoW) mutabakat mekanizması aracılığıyla merkeziyetsiz sistemlerde devrim yaratmıştır. Ancak PoW'nun güvenliği, stratejik madencilik davranışlarından, özellikle de bencil madencilikten kaynaklanan önemli zorluklarla karşı karşıyadır. Bu makale, birden fazla kural ihlali yapan madencilik havuzunun bencil madencilik stratejilerinin karlılığını nasıl etkilediği sorusunu ele almaktadır.

Bencil madencilik, madencilerin özel zincirler oluşturmasını ve gerçek hesaplama güçlerine kıyasla orantısız ödüller elde etmek için blokları stratejik olarak ifşa etmesini içerir. Önceki araştırmalar tek bir bencil madenciye odaklanırken, bizim çalışmamız bu analizi birden fazla rekabet eden havuza genişleterek blok zinciri güvenlik tehditlerinin daha gerçekçi bir değerlendirmesini sunmaktadır.

2. Arka Plan ve İlgili Çalışmalar

2.1 Blok Zinciri ve İş İspatı

Bitcoin'in blok zinciri güvenliği, yoğun hesaplamalarla çözülen kriptografik hash bulmacalarına dayanır. Madenciler geçerli bloklar bulmak için yarışır ve başarılı olan madenciler kripto para ödülleri alır. PoW mutabakatı, kamuya açık blok zincirlerinin yaklaşık %90'ının temelini oluşturur.

2.2 Bencil Madenciliğin Temelleri

Eyal ve Sirer'in çığır açan çalışması, bir madencinin toplam hash gücünün %25'inden fazlasını kontrol ettiğinde bencil madenciliğin karlı hale geldiğini göstermiştir. Markov Karar Süreçleri (MDP) kullanan sonraki araştırmalar bu eşiği yaklaşık %23.21'e düşürmüştür. Ancak bu çalışmalar tek bir bencil madencinin olduğunu varsaymış, birden fazla rekabet eden havuzun olduğu gerçekçi senaryoyu göz ardı etmiştir.

3. Metodoloji ve Model

3.1 Markov Zinciri Formülasyonu

Kamu ve özel zincirler arasındaki durum geçişlerini karakterize etmek için yeni bir Markov zinciri modeli oluşturduk. Model, tüm dürüst madencileri temsil eden bir dürüst havuz ve birbirlerinin kural ihlali yapan rollerinden habersiz iki bencil madencilik havuzunu dikkate almaktadır.

Durum uzayı, özel ve kamu zincirlerinin göreli uzunlukları ile tanımlanır ve geçişler madencilik olayları ve stratejik blok ifşaları tarafından tetiklenir.

3.2 Durum Geçiş Analizi

Analizimiz, zincir durumlarındaki değişiklikleri tetikleyen tüm olası olayları inceler, bunlar arasında:

• Dürüst madencilerin kamu zincirinde yeni bloklar bulması
• Bencil madencilerin özel zincirlerini genişletmesi
• Özel zincirlerin stratejik olarak ifşa edilmesi
• Zincir yeniden yapılandırmaları ve öksüz bloklar

4. Sonuçlar ve Analiz

4.1 Karlılık Eşikleri

Matematiksel modelimiz, karlılık eşikleri için kapalı form ifadeleri üretmektedir. Simetrik bencil madenciler için minimum hash oranı gereksinimi %21.48'e düşmekte, bu da orijinal %25'lik eşikten önemli ölçüde daha düşüktür.

Ancak asimetrik bencil madenciler arasındaki rekabet, karlı eşiği yükseltmekte ve daha küçük havuzların bencil madencilik stratejilerinden yararlanmasını zorlaştırmaktadır.

4.2 Geçici Davranış Analizi

Karlı gecikme, bencil madencilerin hash oranı azaldıkça artmaktadır. Bu bulgu, daha küçük madencilik havuzlarının bencil madencilikten kar elde etmek için daha uzun süre beklemesi gerektiğini, bu durumun stratejiyi sınırlı hesaplama kaynaklarına sahip havuzlar için daha az cazip hale getirdiğini göstermektedir.

Sonraki zorluk ayarlamaları olmadan, bencil madencilik hesaplama gücünü boşa harcar ve kısa vadede karlı olmaz.

5. Teknik Uygulama

5.1 Matematiksel Çerçeve

Markov zinciri modeli, durumlar $S = \{s_1, s_2, ..., s_n\}$ ile geçiş olasılık matrisi $P$ ile temsil edilebilir. Kararlı durum dağılımı $\pi$ aşağıdakileri sağlar:

$$\pi P = \pi$$

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

Bencil madencilik için karlılık koşulu şu şekilde verilir:

$$R_{bencil} > R_{dürüst} = \alpha$$

burada $\alpha$, madencinin hash oranı oranını temsil eder.

5.2 Kod Uygulaması

Aşağıda bencil madencilik davranışını simüle etmek için bir Python sözde kodu uygulaması bulunmaktadır:

class BencilMadencilikSimulatoru:
    def __init__(self, alpha, gamma=0.5):
        self.alpha = alpha  # bencil madencinin hash oranı
        self.gamma = gamma  # bencil zinciri benimseme olasılığı
        
    def tur_simule_et(self, durum):
        """Bir madencilik turunu simüle et"""
        if random() < self.alpha:
            # Bencil madenci blok bulur
            return self.bencil_blok_buldu(durum)
        else:
            # Dürüst madenci blok bulur
            return self.durust_blok_buldu(durum)
    
    def karlilik_hesapla(self, tur=10000):
        """Uzun vadeli karlılığı hesapla"""
        toplam_odul = 0
        durum = {'ozel_ondegelme': 0, 'genel_zincir': 0}
        
        for _ in range(tur):
            durum = self.tur_simule_et(durum)
            toplam_odul += self.odul_hesapla(durum)
        
        return toplam_odul / tur

6. Gelecek Uygulamalar ve Yönelimler

Bu araştırmadan elde edilen içgörüler, blok zinciri güvenliği ve mutabakat mekanizması tasarımı için önemli çıkarımlara sahiptir. Gelecekteki çalışmalar şunlara odaklanmalıdır:

• Gerçek zamanlı bencil madencilik davranışı için tespit mekanizmaları geliştirme
• Çoklu havuz bencil madenciliğine dayanıklı mutabakat protokolleri tasarlama
• Ağ yayılım gecikmelerinin bencil madencilik karlılığı üzerindeki etkisini araştırma
• Analizi Hisse İspatı ve hibrit mutabakat mekanizmalarına genişletme

Blok zinciri teknolojisi Ethereum 2.0'ın Hisse İspatı ve diğer mutabakat mekanizmalarına doğru evrildikçe, ağ güvenliğini sürdürmek için bu saldırı vektörlerini anlamak çok önemli olmaya devam etmektedir.

Orijinal Analiz

7. Referanslar