HaPPY-Mine: Blok Zinciri Merkeziyetsizliği için Madencilik Ödül Fonksiyonu Tasarımı

İçindekiler

1 Giriş

Blok zinciri madencilik ödülleri çift amaçlıdır: blok zincirini güvence altına almak için madencilerin maliyetlerini sübvanse eder ve yeni coin'ler basar. Bitcoin ve Ethereum gibi mevcut kripto paralar, asimetrik madenci maliyetleri nedeniyle merkezileşmeye karşı savunmasızlık gösteren statik ödül modelleri kullanır. HaPPY-Mine çerçevesi, güvenlik özelliklerini korurken merkeziyetsizliği teşvik etmek için sistem hash oranına uyum sağlayan dinamik bir ödül fonksiyonu sunar.

2 Arka Plan ve İlgili Çalışmalar

2.1 Statik Ödül Modelleri

Mevcut blok zinciri sistemleri iki ana statik ödül modeli uygular:

• Blok başına sabit ödül: Ethereum'un blok başına sabit 5 ETH'si
• Yarılanma modeli: Bitcoin'in her 210.000 blokta (~4 yıl) ödül azalması

Bu modeller oyun teorisi açısından analiz edilmiş, benzersiz denge varlığı gösterirken merkezileşmeye karşı savunmasızlık sergilemiştir.

2.2 Madencilik Merkezileşme Sorunları

Madencilik operasyonlarındaki asimetrik maliyetler merkezileşme baskıları yaratır. [11,15] çalışmaları, düşük maliyetli elektriğe veya özel donanıma erişimi olan madencilerin orantısız avantajlar elde ederek hash oranı konsantrasyonuna nasıl yol açtığını belgelemektedir.

3 HaPPY-Mine Tasarımı

3.1 Matematiksel Formülasyon

HaPPY-Mine ödül fonksiyonu blok ödülünü toplam sistem hash oranına sabitler:

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

• $R(H)$: Toplam hash oranı $H$'nin fonksiyonu olarak blok ödülü
• $\alpha$: Ölçekleme parametresi
• $\beta$: Bozunma üssü (0 < $\beta$ < 1)

Bireysel madenci ödülü: $r_i = R(H) \cdot \frac{h_i}{H}$ burada $h_i$ madenci i'nin hash oranıdır.

3.2 Teknik Uygulama

Uygulama, hızlı hash oranı dalgalanmaları yoluyla oyun oynamayı önleyen mekanizmalarla birlikte, ağ hash oranının hareketli ortalamasına dayalı olarak ödüllerin dinamik ayarlanmasını gerektirir.

4 Denge Analizi

4.1 Varlık ve Benzersizlik

Heterojen madenci maliyet modeli altında, HaPPY-Mine şunları garanti eder:

• Herhangi bir geçerli parametre seti için denge varlığı
• Benzersiz katılımcı madenciler seti
• Dengedeki benzersiz toplam sistem hash oranı

4.2 Merkeziyetsizlik Metrikleri

HaPPY-Mine, birden fazla metrikte statik modellere kıyasla üstün merkeziyetsizlik gösterir:

• Aktif madencilik katılımcılarının sayısı %25-40 arttı
• Gini katsayısında 0.15-0.25 azalma
• Herfindahl-Hirschman Endeksi (HHI) 1500 eşiğinin altında

5 Güvenlik Analizi

5.1 Anlaşma Direnci

HaPPY-Mine, [9]'da oluşturulan orantılı ödül yapısı aracılığıyla anlaşma saldırılarına karşı güvenliği korur. Anlaşan madenciler, önemli maliyet koordinasyonu olmadan orantısız ödüller kazanamaz.

5.2 Sybil Saldırısı Koruması

Çerçeve, genelleştirilmiş orantılı ödül fonksiyonlarından sybil direncini miras alır. Hash oranını birden fazla kimlik arasında bölmek, $\frac{h_i}{H}$ orantılılığı nedeniyle ödülleri artırmaz.

6 Deneysel Sonuçlar

HaPPY-Mine ($\beta=0.5$) ile Bitcoin tarzı statik ödüllerin karşılaştırıldığı simülasyonlar:

Şekil 1: Hash oranı dağılım karşılaştırması, HaPPY-Mine'in madenci boyutları arasında daha düz dağılım koruduğunu, statik modellerin ise hash oranını üst düzey madenciler arasında yoğunlaştırdığını göstermektedir.

7 Uygulama ve Kod Örnekleri

HaPPY-Mine ödül hesaplaması için Sözde Kodu:

function calculateBlockReward(totalHashrate, alpha, beta) {
    // Mevcut toplam hash oranına dayalı ödül hesapla
    reward = alpha / (totalHashrate ** beta);
    return reward;
}

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

// Örnek kullanım
const ALPHA = 1000;  // Ölçekleme parametresi
const BETA = 0.5;    // Bozunma üssü

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

8 Gelecek Uygulamalar ve Yönelimler

HaPPY-Mine prensipleri kripto para madenciliğinin ötesine uzanabilir:

• DeFi protokolleri: Likidite madenciliğinde dinamik ödül dağıtımı
• DAO yönetişimi: Merkezileşmeye dirençli oy gücü tahsisi
• Kenar bilişim: Dağıtık bilgi işlem ağlarında kaynak tahsisi
• Çapraz zincir uygulamaları: Adil kaynak dağıtımı gerektiren birlikte çalışabilirlik protokolleri

Gelecek araştırma yönelimleri arasında uyarlanabilir $\beta$ parametreleri, çok boyutlu maliyet modelleri ve proof-of-stake hibrit sistemleriyle entegrasyon bulunmaktadır.

9 Özgün Analiz

HaPPY-Mine çerçevesi, büyük kripto paraları rahatsız eden temel merkezileşme baskılarını ele alarak blok zinciri teşvik tasarımında önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Bitcoin teknik incelemesinde ve Eyal ile Sirer'in [15] sonraki çalışmalarında analiz edildiği gibi oyun teorisi çalışmalarında analiz edilen geleneksel statik ödül modelleri, ölçek ekonomileri ve asimetrik maliyet yapıları nedeniyle merkezileşmeye doğal eğilimler yaratır. Ödülleri sistem hash oranına sabitleme yeniliği, bireysel madenci teşviklerini ağ genelindeki merkeziyetsizlik hedefleriyle uyumlu hale getiren kendi kendini düzenleyen bir mekanizma sunar.

Bu yaklaşım, dinamik ayarlamanın statik politikaların yerini aldığı AlphaGo ve sonraki AI sistemlerinde kullanılan pekiştirmeli öğrenme teknikleri gibi diğer alanlardaki uyarlanabilir kontrol sistemleriyle kavramsal benzerlikler paylaşmaktadır. Matematiksel formülasyon $R(H) = \frac{\alpha}{H^\beta}$, hash oranı konsantrasyonunu önlemek için gerekli olan azalan getirileri zarif bir şekilde yakalar, tıpkı kaynak tahsisini yönetmek için benzer fonksiyonel formlar kullanan ağ ekonomilerindeki tıkanıklık fiyatlandırma mekanizmaları gibi.

Ethereum'un proof-of-stake'e planlanan geçişi veya Bitcoin'in periyodik yarılanması gibi mevcut çözümlere kıyasla, HaPPY-Mine ayrık değişiklikler yerine sürekli ayarlama sunar. Bu pürüzsüz uyarlama, sürekli parametre güncellemelerinin salınımı önlediği ve kararlı yakınsamayı teşvik ettiği—bu durumda, merkeziyetsiz dengeye doğru—TensorFlow ve PyTorch gibi modern makine öğrenimi çerçevelerinde kullanılan gradyan tabanlı optimizasyon tekniklerine benzer.

Makinede oluşturulan güvenlik özellikleri, temel orantılı ödül fonksiyonları çalışması üzerine inşa edilerek güvenlik garantilerini dinamik ortamlara genişletir. Bu katkı, Blockchain Security Alliance gibi kuruluşların ve kriptoekonomik savunmasızlıkları inceleyen akademik kurumların belgelediği blok zinciri ağlarına yönelik son saldırılar göz önüne alındığında özellikle önemlidir. Anlaşma ve sybil direnci özellikleri, dikkatlice tasarlanmış teşvik mekanizmalarının madenci davranışı hakkında dışsal varsayımlara güvenmeden nasıl sağlam güvenlik sağlayabileceğini göstermektedir.

İleriye bakıldığında, HaPPY-Mine'ın altında yatan prensipler kripto paranın ötesinde daha geniş dağıtık sistem tasarımını etkileyebilir. MIT Digital Currency Initiative ve Stanford Blockchain Research Center gibi kurumların son yayınlarında belirtildiği gibi, sistemleri ölçeklendirirken merkeziyetsizliği koruma zorluğu sayısız Web3 uygulamasını etkilemektedir. Çerçevenin matematiksel titizliği ve ampirik doğrulaması, onu merkeziyetsiz sistem teşviklerindeki gelecek çalışmalar için bir referans noktası konumuna getirmektedir.

10 Referanslar

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Eşler Arası Elektronik Nakit Sistemi
2. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Çoğunluk Yeterli Değil: Bitcoin Madenciliği Savunmasızdır. Financial Cryptography
3. Kiayias, A., vd. (2016). Ouroboros: Kanıtlanabilir Güvenli Proof-of-Stake Blok Zinciri Protokolü. Crypto
4. Kiffer, L., vd. (2018). Bitcoin Madencilik Oyununun Oyun Teorik Analizi. WEIS
5. Buterin, V. (2014). Ethereum: Yeni Nesil Akıllı Sözleşme ve Merkeziyetsiz Uygulama Platformu
6. Gencer, A. E., vd. (2018). Bitcoin ve Ethereum Ağlarında Merkeziyetsizlik. FC
7. Sompolinsky, Y., & Zohar, A. (2015). Bitcoin'de Yüksek Oranlı İşlem İşleme Güvenliği. Financial Cryptography
8. Bonneau, J., vd. (2015). SoK: Bitcoin ve Kripto Paralar için Araştırma Perspektifleri ve Zorluklar. IEEE S&P
9. Pass, R., & Shi, E. (2017). Fruitchains: Adil Bir Blok Zinciri. PODC
10. Carlsten, M., vd. (2016). Blok Ödülü Olmadan Bitcoin'in İstikrarsızlığı Üzerine. ACM CCS