目錄
1 緒論
Bitcoin的 security 根本上依賴其工作量證明共識機制，礦工在此機制中競相解決密碼難題。網路難度調整機制（DAM）會根據可用算力動態設定難題難度。本文分析在存在輕度合規礦池（即當經濟效益合理時可能偏離誠實行為的實體）的環境中，攻擊者如何透過算力摧毀攻擊來利用DAM。
2 算力摧毀攻擊
2.1 自私挖礦分析
自私挖礦涉及策略性地隱藏已發現的區塊，使競爭對手的區塊淪為孤塊。我們的分析顯示，當非敵對算力在礦池間均勻分佈時，自私挖礦的破壞性反而更強，這與「算力集中會增加脆弱性」的普遍假設相反。
2.2 賄賂攻擊
我們提出一種新型賄賂攻擊：敵對礦池透過激勵輕度合規礦池將他人區塊孤立化。對小型礦池而言，此攻擊效果優於自私挖礦或削價競爭等傳統策略，其賄賂成本計算公式為 $C_b = \sum_{i=1}^{n} \alpha_i \cdot R$，其中 $\alpha_i$ 代表礦池 i 的算力占比，R 為區塊獎勵。
2.3 挖礦干擾攻擊
挖礦分散攻擊激勵礦池放棄比特幣的難題，轉而選擇更簡單的替代方案，實質上浪費了算力卻不會產生孤塊證據。這種隱蔽手法同樣利用了DAM，但留下的鑑識痕跡更少。
3 Technical Framework
3.1 數學模型
挖礦策略的收益計算納入礦池分配因子：$R_{adv} = \frac{\alpha}{\alpha + \beta(1-d)} \cdot B$，其中 $\alpha$ 為敵對算力，$\beta$ 為誠實算力，d 為摧毀算力百分比，B 為區塊獎勵。難度調整遵循 $D_{new} = D_{old} \cdot \frac{T_{expected}}{T_{actual}}$，其中 T 代表時間週期。
3.2 實驗結果
模擬結果顯示，當攻擊者控制20-35%的網路算力時，賄賂攻擊的獲利能力比自私挖礦高出15-23%。干擾攻擊在三個難度調整週期內實現了18%的難度降低，且未產生孤塊鏈。
關鍵實驗發現
- 賄賂攻擊獲利能力：相較傳統自私挖礦提升 +18.5%
- 最佳敵對算力範圍：網絡算力的 25-40%
- 難度降低可達成範圍：兩個週期內降低15-22%
4 分析框架範例
個案研究： 假設有三個算力佔比分別為15%、20%和25%的合規礦池。控制30%算力的攻擊者透過向15%礦池提供60%區塊獎勵，要求其孤立25%礦池的區塊。攻擊後攻擊者的相對收益從30%提升至42%，而難度在下一週期下降18%。
5 Future Applications & Directions
未來研究應探索跨鏈干擾攻擊，即攻擊者同時針對共享挖礦演算法的多種加密貨幣。結合即時難度調整與礦池行為監控的防禦機制是極具潛力的發展方向。隨著Foundry USA與AntPool等礦池算力日益集中（至2024年合計控制約55%算力），系統對這類攻擊的脆弱性正持續加劇。
6 參考文獻
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
- Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable
- Gervais, A., et al. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains
- Bitcoin Mining Council Q4 2023 Report
Expert Analysis: Core Insight, Logical Flow, Strengths & Flaws, Actionable Insights
核心洞察： 這項研究揭露了比特幣的根本經濟脆弱性——當礦池表現出半理性行為時，難度調整機制本身就會成為攻擊媒介。本文最重要的貢獻在於闡明，看似微小的協議特徵如何為破壞而非建設算力創造出巨大的經濟誘因。
邏輯脈絡： 論證從既有的自私挖礦概念系統性地推進到新穎的賄賂與干擾攻擊。作者正確指出礦池分佈比集中度更為關鍵——這個反直覺的發現挑戰了傳統認知。其數學模型精準展現了「微小合規行為」如何將有限的敵對力量轉化為不成比例的影響力。
Strengths & Flaws: 本文的優勢在於其現實的威脅模型，承認礦工並非完全無私。然而，它低估了賄賂攻擊的協調成本，且忽略了區塊鏈分析技術（如 Chainalysis 開發的工具）偵測此類模式的能力。干擾攻擊的概念確實新穎，但缺乏對實際實施挑戰的分析。
可行建議： Bitcoin 開發者應考慮依照 Bitcoin Improvement Proposal 320 的建議，修改難度調整演算法以納入孤塊率指標。礦池必須實施更嚴格的區塊來源驗證，交易所則應監控異常的孤塊模式。研究表明，像 Ethereum 這類權益證明系統可能天生就能抵抗此類攻擊——考慮到 Ethereum 已成功從 PoW 過渡，此發現值得深入探討。
這項研究與更廣泛的區塊鏈安全文獻相連結，特別是Gervais等人關於PoW漏洞的研究，以及《CycleGAN》論文中關於激勵操縱的經濟分析。隨著礦池集中化持續加劇（四大礦池控制約80%的比特幣算力），這類攻擊變得日益可行。本論文為持續進行的區塊鏈安全軍備競賽中的攻擊方與防禦方，提供了關鍵見解。