Tespit Edilemeyen Bencil Madencilik: Blockchain Güvenlik Açıkları Analizi

İçindekiler

1 Giriş

Blockchain protokolleri, iş kanıtı mutabakatıyla korunan merkeziyetsiz, tamamen sıralı işlem defterleri sağlamayı amaçlamaktadır. Nakamoto'nun orijinal Bitcoin teknik belgesi, %50'den fazla hash gücüne sahip madencilerin protokolden saparak kâr elde edebileceğini belirtmiş, ancak bunun eşik değer olduğunu varsaymıştır. Eyal ve Sirer'in çığır açan çalışması, bencil madenciliğin toplam hash gücünün sadece >1/3'ü ile karlı olabileceğini göstermiş, sonraki araştırmalar bu oranı yaklaşık %32.9'a kadar düşürmüştür.

2 Arka Plan ve İlgili Çalışmalar

2.1 Bencil Madenciliğin Temelleri

Bencil madencilik, özel zincirler oluşturmak için yeni kazılan blokları stratejik olarak gizlemeyi, ardından dürüst madencilerin bloklarını öksüz bırakmak için bunları seçici şekilde açığa çıkarmayı içerir. Bu, saldırganların blockchain'in doğal çatallanma çözümleme mekanizmasını manipüle ederek orantısız ödüller kazanmasına olanak tanır.

2.2 İstatistiksel Tespit Edilebilirlik Sorunu

Geleneksel bencil madenciliğin temel pratik sınırlaması istatistiksel tespit edilebilirliktir. Oluşturulan öksüz blokların deseni, sadece doğal ağ gecikmeleriyle açıklanamaz, bu da saldırının blockchain analizi yoluyla tespit edilebilir olmasını sağlar.

3 Tespit Edilemeyen Bencil Madencilik Stratejisi

3.1 Matematiksel Çerçeve

Önerilen strateji, ağ gecikmesi olan dürüst madencilerin her yükseklikte β′ olasılığıyla bağımsız olarak öksüz bloklar ürettiği stilize edilmiş bir modelde çalışır. Tespit edilemeyen bencil madencilik stratejisi, β > β′ olasılığıyla öksüz bloklar üreterek desenleri doğal ağ koşullarından istatistiksel olarak ayırt edilemez hale getirir.

Temel matematiksel ilişkiler:

• Beklenen ödül oranı: $R_{selfish} = \frac{\alpha(1-\alpha)^2(4\alpha+\beta(1-2\alpha))-\alpha^3}{1-\alpha(1+(2-\alpha)\alpha)}$
• Tespit olasılığı: $P_{detect} = 1 - \prod_{i=1}^{n} (1 - |\beta_i - \beta'_i|)$
• Karlılık koşulu: $\beta < 0.5$ için $\alpha > \frac{1-2\beta}{4-2\beta}$

3.2 Uygulama Algoritması

Strateji, istatistiksel tespit edilemezliği korurken kârı en üst düzeye çıkarmak için blok açıklamalarının zamanlamasını dikkatle ayarlamayı içerir.

4 Deneysel Sonuçlar

Deneysel simülasyonlar, tespit edilemeyen bencil madencilik stratejisinin şunları başardığını göstermektedir:

• Toplam hash gücünün %38.2'sine sahip saldırganlar için kesin karlılık
• Tüm test edilen ağ koşullarında istatistiksel tespit edilemezlik
• Dürüst madenciliğe göre tutarlı performans iyileştirmesi

Deneysel kurulum, değişen hash gücü dağılımları ve ağ gecikmesi koşullarına sahip blockchain ağlarını simüle etmeyi içermiştir. Sonuçlar, önceki çalışmalarda kullanılan tespit algoritmalarının (öksüz blok kümeleme analizine dayalı olanlar gibi) tespit edilemeyen bencil madencilik stratejisini istatistiksel anlamlılıkla tanımlamada başarısız olduğunu göstermiştir.

5 Teknik Analiz

6 Kod Uygulaması

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):
        """Yeni blok kaz ve yayınlayıp yayınlamamaya karar ver"""
        new_block = self.create_block()
        self.private_chain.append(new_block)
        
        # Blok yayınlama için karar mantığı
        if self.should_publish():
            self.publish_blocks()
            
    def should_publish(self):
        """Tespit edilemezlik için optimal yayınlama zamanlamasını belirle"""
        lead = len(self.private_chain) - self.public_chain_height
        
        # Doğal öksüz oranıyla eşleşmek için stratejik gecikme
        if lead >= 2 and random.random() < self.calculate_delay_probability():
            return True
        return False
        
    def calculate_delay_probability(self):
        """Hedef β'ya ulaşmak için yayınlama olasılığını hesapla"""
        # Matematiksel modelin uygulanması
        base_prob = self.beta / self.alpha
        adjustment = (self.beta - NATURAL_BETA) * ADJUSTMENT_FACTOR
        return max(0, min(1, base_prob + adjustment))

7 Gelecek Uygulamalar

Tespit edilemeyen bencil madencilik araştırmasının gelecekteki blockchain geliştirmesi için birkaç önemli etkisi vardır:

• Geliştirilmiş Tespit Algoritmaları: Doğal ağ davranışını taklit etme çabalarına rağmen ince manipülasyon desenlerini tanımlayabilen daha sofistike istatistiksel testlerin geliştirilmesi
• Mutabakat Protokolü İyileştirmeleri: Bencil madencilik stratejilerinin karlılığını azaltan blockchain mutabakat mekanizmalarındaki değişiklikler
• Çapraz Zincir Güvenliği: Bu bulguların, ortaya çıkan blockchain birlikte çalışabilirlik protokollerini ve çapraz zincir köprülerini güvence altına almak için uygulanması
• Düzenleyici Çerçeveler: Blockchain güvenliği ve madenci davranışı için düzenleyici standartların geliştirilmesine bilgi sağlama
• Makine Öğrenimi Savunması: Daha sağlam tespit sistemleri geliştirmek için rakip makine öğrenimi tekniklerinin potansiyel uygulamaları

8 Referanslar