Introducción

Un ataque de retención de bloques (BWH) es un comportamiento malicioso dirigido a grupos mineros. En tal ataque, los mineros maliciosos dentro de la piscina deliberadamente retener bloques completos Cuando se encuentra y solo envíe acciones regulares de prueba de trabajo. Como resultado, los atacantes conservan casi todos sus ingresos mineros esperados al tiempo que hace que el grupo minero pierda posibles recompensas de bloque. Los ataques de retención de bloques no modifican los datos de blockchain, sino que interrumpen los ingresos del grupo minero y la confianza y la cooperación de daños entre los mineros.
Este documento proporciona un análisis en profundidad y multifacético de cómo los ataques de BWH afectan a los mineros, que cubren la pérdida de ingresos, la eficiencia minera, la gestión del grupo, las relaciones de confianza, la salud general de la red y otras dimensiones.

Impacto en los ingresos y la pérdida de ganancias

Los ataques de retención de bloque reducen directamente la producción de bloque del grupo de minería de víctimas, lo que afecta las ganancias de los mineros. Este impacto financiero se puede analizar en dos niveles: mineros individuales y el grupo minero en su conjunto.

1. Impacto en mineros honestos individuales

Cuando una piscina minera sufre de un ataque de BWH, los mineros honestos reciben menos recompensas porque la piscina genera menos bloques. El grupo parece "desafortunado" y experimenta intervalos más largos sin extraer con éxito un bloque. En los esquemas de distribución proporcionales o de PPLN (pago por día-n-shares), los mineros maliciosos aún recaudan pagos basados ​​en acciones sin contribuir con bloques completos, efectivamente diluyendo las recompensas de los mineros honestos.
Por ejemplo, en un grupo de minería de Bitcoin, si un atacante retiene 1 bloqueo completo de cada 1000 acciones encontradas, su ingreso personal se reduce en solo alrededor del 0.1%, pero el grupo pierde la recompensa de un bloque completo. Por lo tanto, los frutos del trabajo de los mineros honestos se incautan parcialmente, reduciendo significativamente sus ganancias y rentabilidad.

2. Impacto en la piscina minera en general

En el nivel de la piscina, cada bloque retenido da como resultado la pérdida de una recompensa minera (por ejemplo, 6.25 BTC más tarifas de transacción en Bitcoin). Este es un golpe financiero importante, especialmente si el atacante controla una proporción no desplegable de la tasa de hash total del grupo.
En Pago por acción (PPS) Modelos, el operador de la piscina paga a los mineros basados ​​en acciones presentadas, independientemente de la producción de bloqueo real. Por lo tanto, la causa de los bloques retenidos pérdidas financieras directas al operador. En modelos proporcionales/PPLNS, las recompensas solo se distribuyen si los bloques realmente se extraen; Los atacantes libres a la recolección de una parte de las ganancias de los mineros honestos sin contribuir con bloques completos.

La siguiente tabla resume cómo se manifiestan las pérdidas financieras bajo diferentes esquemas de pago:

3. Impacto en los ingresos de los atacantes

Curiosamente, los atacantes pueden ligeramente Aumentar sus ingresos generales.
Si los atacantes ejecutan simultáneamente sus propios grupos mineros o los mineros normalmente en otros lugares, debilitar a los competidores mejora su participación en la producción mundial de bloques. La investigación muestra que una gran piscina que ataca a otra gran piscina puede aumentar ligeramente sus ganancias totales.
Por ejemplo, si dos grupos tienen cada uno el 25% de la tasa de hash total de la red, y uno asigna el 4% de la tasa de hash de la red total para atacar al otro, las ganancias totales del atacante podrían aumentar en alrededor del 1.87%, mientras que los mineros honestos en el grupo atacado podrían perder alrededor del 10.2% de sus ganancias.

Cuadro:
Cuando dos grupos (A y B) tienen un 25% de participación en la red, y A ataques B a través de la retención de bloques:

• Línea azul: el cambio de ingresos del atacante (alcanza su punto máximo alrededor de +1.87% a la tasa de ataque de ~ 4%).

• Línea roja: los ingresos del minero de las víctimas caen (~ -10.2%).

• Línea verde: otros mineros no involucrados se benefician ligeramente debido a la tasa de hash efectiva de la red reducida temporalmente.

Por lo tanto, si bien la ganancia directa del atacante es limitada, la víctima sufre pérdidas sustanciales, haciendo que el bloqueo de bloque sea más de un tráfico de daños táctica en lugar de una estrategia altamente rentable.

Impacto en la dificultad y la eficiencia minera

Los ataques de retención de bloques también afectan los indicadores de dificultades minera y la eficiencia general de la minería:

1. Desechos de hashrate

Los ataques de BWH causan significativos desperdicio de energía computacional: Los atacantes encuentran bloques válidos, pero se niegan a publicarlos, lo que resulta en enormes cantidades de electricidad desperdiciada y energía hash sin contribuir al crecimiento de blockchain.
Así, el Eficiencia de las contribuciones de tasa de hash de la unidad a la red disminuye. Si se desperdicia una porción sustancial de la potencia total del hash de la red a través de la retención, el esfuerzo computacional real necesario para generar cada bloque aumenta, lo que lleva a un mayor consumo de energía para mantener la red a una velocidad de bloqueo constante.

2. Fluctuaciones a corto plazo en dificultades mineras

La retención de bloque se ralentiza Velocidad de producción de bloque real Porque parte de la capacidad minera no da como resultado bloques válidos.
Antes del siguiente ajuste de dificultad, los mineros honestos pueden notar que los bloques se encuentran con menos frecuencia, lo que significa que el La dificultad temporalmente se vuelve demasiado alta en relación con el poder de hashing efectivo. Sin embargo, la participación de los mineros honestos en las recompensas de bloqueo mejora ligeramente porque la contribución del atacante se desperdicia.
Con el tiempo, cuando la red detecta la producción prolongada de bloques lentos, ajustará la dificultad minera hacia abajo Para restaurar el intervalo de bloque normal.
Por lo tanto, si persisten los ataques de retención, la red se recalibrará a un nivel de dificultad más bajo, lo que refleja la caída en el poder minero efectivo. Desde la perspectiva de un minero honesto, hay un aumento de dificultad temporal durante el período de ataque, seguido de un disminución de la dificultad minera después.

Sin embargo, cuando los ataques se detienen, la disminución de la dificultad puede hacer que la tasa de bloqueo se acelere temporalmente hasta que la dificultad aumente nuevamente a nuevos niveles de equilibrio. Ataques y paradas frecuentes causa volatilidad en intervalos de bloque y dificultad minera, socavando la estabilidad de la red y la previsibilidad.

3. Disminución del margen de seguridad de la red

Si bien los ataques de retención de bloques no representan las mismas amenazas directas que el 51% de los ataques, efectivamente Reducir la tasa de hash efectiva real asegurando la cadena de bloques.
Cada bloque retenido podría haber agregado el trabajo acumulativo que asegura la cadena de bloques, pero en su lugar se desperdició. A largo plazo, la retención acumulada masiva significa que para un nivel dado de entrada de energía, la acumulación de seguridad de la red es menor de lo que debería ser.
En esencia, los ataques de retención de bloques hacen que la red pagar el costo de la minería sin obtener beneficios de seguridad completos, reduciendo la eficiencia general del consenso de prueba de trabajo.

Impacto en las operaciones y gestión de la piscina minera

Los ataques de retención de bloques introducen desafíos operativos y de seguridad significativos para los grupos mineros:

1. Daño a la reputación de la piscina y presión de pago

Cuando una piscina minera experimenta mala suerte consistente al encontrar bloques, su reputación sufre.
Si los ataques de retención no se detectan, la producción de bloque de la piscina permanece persistentemente más baja de lo esperado, lo que hace que los mineros sospechen de problemas de gestión o internos deficientes y posiblemente migren a otros grupos.
Esto es especialmente crítico para piscinas más pequeñas, donde algunos bloques faltantes pueden causar pánico y desgaste del minero.

En Modelos de pago de PPS, Bloques retenidos causa pérdidas directas a los operadores de la piscina, ya que deben pagar a los mineros por sus acciones incluso sin las recompensas de bloque correspondientes. Con el tiempo, si no se detecta, esto podría conducir a insolvencia financiera.

2. Detección de mineros maliciosos

Para contrarrestar los ataques ocultos, los operadores de la piscina deben implementar Monitoreo estadístico y análisis de comportamiento herramientas.
Pueden monitorear las acciones presentadas de cada minero y la probabilidad esperada de búsqueda de bloque con el tiempo.
Si un minero presenta una gran cantidad de acciones pero nunca presenta bloques completos a pesar de las expectativas estadísticas, puede ser marcado como sospechoso.
Sin embargo, esta detección es difícil porque el comportamiento de retención se asemeja mala suerte natural.
Los atacantes también pueden dividir su poder de hash en múltiples cuentas ("minería sybil") para evitar sospechas, haciendo que la detección puramente estadística sea menos efectiva.

3. Restricciones de admisión y mecanismos de confianza

Algunas piscinas responden apretando criterios de membresía, requiriendo la verificación de identidad de KYC (conoce a su cliente), depósitos o incorporación más estricta para evitar la infiltración por parte de los competidores.
Otros proponen mecanismos punitivos: Penalizando todas las recompensas de los mineros ligeramente si se detecta la retención de bloques, lo que fomenta la supervisión colectiva.
Sin embargo, esto corre el riesgo de castigar injustamente a mineros inocentes y puede ser controvertido.

Otra medida defensiva es Ajuste de la estructura de recompensa:

• Aumento de bonos para los mineros que envían bloques completos.

• Reduciendo la proporción de pago basada en acciones puras.

Alternativamente, la propuesta de "acciones ajenas" sugiere que los mineros deben presentar pruebas sin saber si encontraron un bloqueo completo, evitando la retención selectiva. Sin embargo, la implementación de tales soluciones requeriría Cambios principales de protocolo (por ejemplo, horquillas duras), que son difíciles de implementar.

4. Aumento de la complejidad y costos de la gestión

En general, los ataques de retención de bloques fuerzan a los grupos para equilibrar Apertura y seguridad.
Si bien las piscinas mineras buscan crecer admitiendo más mineros, también deben defenderse de las amenazas ocultas, aumentando la complejidad operativa y los gastos generales.
Las grandes piscinas pueden proporcionar sistemas de detección avanzados, pero las piscinas más pequeñas a menudo carecen de recursos, lo que los hace más vulnerables.

Impacto en las relaciones de confianza y cooperación

Los ataques de retención de bloque dañan severamente la confianza entre mineros y piscinas, así como entre las propias piscinas:

1. Confianza entre mineros y piscinas

Las piscinas mineras operan tradicionalmente en base a cooperación mutua y compartir recompensas justas.
Los mineros contribuyen con el poder de hash, y las piscinas distribuyen recompensas en función de sus contribuciones.
Sin embargo, la retención de bloques revela que incluso cuando todos siguen las reglas nominales, algunos actores internos podrían actuar egoístamente a expensas de otros.
Esto crea desconfianza Entre los mineros:

• ¿Hay saboteadores internos?

• ¿El operador de la piscina es capaz de detectar y prevenir el comportamiento malicioso?

Si un grupo no explica la mala suerte consistente o implementa contramedidas efectivas, los mineros honestos pueden perder confianza y irse.
Por otro lado, los operadores de la piscina también pueden sospechar demasiado de todos los miembros, lo que lleva a procedimientos de verificación intrusivos que erosionan aún más la confianza de la comunidad.

2. Confianza entre piscinas

Idealmente, diferentes grupos mineros compiten pero no se sabotan activamente entre sí.
Sin embargo, la retención de bloques presenta hostilidad estratégica entre piscinas.
Las grandes piscinas pueden infiltrarse y atacar a las piscinas más pequeñas o rivales para debilitar a los competidores, interrumpiendo el espíritu de una competencia saludable.

La falta de confianza desalienta intercambio de información y esfuerzos de colaboración como mejorar los protocolos mineros (por ejemplo, Stratum V2) o coordinar las respuestas a los ataques del 51%.
Sin una fuerte solidaridad de la industria, el ecosistema minero se vuelve fragmentado y vulnerable.

El análisis de la teoría de juegos muestra que si no hay castigos o regulaciones externas, La retención de bloques mutuos puede convertirse en un equilibrio de Nash: Aunque lastime a todos, los actores racionales aún pueden elegir atacar en lugar de arriesgar la pérdida unilateral.

Por lo tanto, la retención de bloques puede impulsar grupos de minería desde un entorno cooperativo en un carrera armamentista destructiva, dañando todo el sector minero.

3. Impacto en la comunidad minera

La desconfianza generalizada también perjudica el comunidad minera más amplia:

• Los mineros se vuelven menos dispuestos a compartir conocimientos o apoyar nuevas iniciativas de piscina.

• Nuevos protocolos o mejoras que requieren consenso de mineros enfrentan una mayor resistencia.

• Los mineros pequeños o medianos pueden preferir unirse solo a las piscinas más grandes, creyendo que ofrecen una mejor protección contra los ataques ocultos.

Esto refuerza Dinámica de "ganador-consumo, donde las grandes piscinas crecen más a expensas de la descentralización, contra el espíritu original de las redes blockchain.

Impacto en la salud y seguridad general de la red

Desde una perspectiva macro, mientras que la retención de bloques no compromete directamente la integridad de la transacción de blockchain como un ataque del 51%, sus efectos acumulativos aún plantean riesgos:

1. Centralización y pérdida de descentralización

La retención de bloques exacerba la centralización minera.
Las piscinas pequeñas son más vulnerables a tales ataques y pueden luchar para sobrevivir, mientras que las grandes piscinas pueden absorber los ataques mejor o incluso perpetrarlos contra los competidores.
De este modo, el fuerte crece más fuerte, conduciendo a concentración de hashrate en manos de algunos jugadores principales.
Dicha concentración debilita la resistencia de la red a los ataques del 51% y socava los principios de descentralización fundamentales para las criptomonedas.

2. Disminución de la eficiencia y estabilidad de la red

Como se discutió anteriormente, la retención de los ataques de los ataques desperdició el poder de hashing, lo que resulta en Un mayor consumo de energía por bloque válido.
Los intervalos de bloque se vuelven más erráticos debido a las tasas de hash efectivas fluctuantes.
Aunque el mecanismo de ajuste de dificultad de Bitcoin eventualmente restaura el equilibrio, la inestabilidad a corto plazo socava la previsibilidad para mineros y usuarios.

La retención de bloques frecuentes podría desanimar a los mineros de una participación continua, especialmente si la rentabilidad se vuelve impredecible, lo que lleva a más Hashrate disminuye y un perfil de seguridad más débil para la cadena de bloques.

3. Protocolo y respuesta comunitaria

La existencia de ataques de BWH expone fallas de incentivos en el consenso de prueba de trabajo, situaciones en las que los mineros racionales tienen un incentivo para dañar la red para obtener ganancias personales.
Esto ha provocado discusiones sobre actualizaciones de protocolo o rediseños:

• Conceptos como "acciones ajenas".

• Mecanismos de penalización por comportamiento malicioso.

• Cambios estructurales a recompensas mineras.

Sin embargo, la implementación de tales soluciones a menudo requiere cambios fundamentales a los protocolos mineros, que son difíciles, controvertidos y lentos para desplegarse.

Por lo tanto, en el futuro previsible, la retención de bloques sigue siendo un amenaza latente requiriendo vigilancia de mineros, operadores de piscinas y desarrolladores.

4. Desperciado energético y preocupaciones ambientales

Dado que la minería de prueba de trabajo ya consume energía masiva, la retención de bloque empeora las críticas ambientales por desgaste de electricidad sin contribuir a la seguridad de blockchain.
Esta ineficiencia podría alimentar el escrutinio regulatorio y reforzar los argumentos contra Bitcoin y otras criptomonedas basadas en POW.

5. Riesgos ocultos y acumulativos

La retención de bloques es un amenaza interna y sigilosa - No inmediatamente catastrófico, sino gradualmente erosionando la robustez de la red.
Determina la alineación entre los incentivos de los mineros individuales y el bien colectivo de la red.
Debido a su naturaleza sigilosa, La retención de bloques prolongada puede pasar desapercibida, causando pérdidas y vulnerabilidades inadecuadas hasta que se acumula un daño significativo.

Otros impactos y consideraciones importantes

Además de los efectos primarios discutidos anteriormente, los ataques de retención de bloques traen varias consecuencias notables adicionales:

1. Impacto asimétrico en grupos de diferentes tamaños

Bloquear la retención de daños desproporcionados piscinas mineras más pequeñas:

• Las piscinas más pequeñas tienen frecuencias de búsqueda de bloque más bajas, por lo que incluso un solo bloque retenido puede afectar severamente sus ingresos.

• A menudo carecen de mecanismos avanzados de detección y seguridad, haciéndolos objetivos fáciles.

Por el contrario, grandes piscinas son más resistentes:

• Un solo bloque faltante representa un porcentaje menor de sus ganancias totales.

• Pueden pagar defensas y sistemas de detección sofisticados.

Además, las grandes piscinas pueden usar ataques de retención de bloques como arma competitiva para Suprimir aún más las piscinas más pequeñas, Acelerar la centralización minera.

2. Impacto asimétrico en mineros individuales

• Mineros a gran escala A menudo operan sus propias piscinas privadas o participan en grupos de primer nivel, protegiéndose de los ataques ocultos.

• Mineros a pequeña escala o aficionadosque dependen de las piscinas públicas para obtener ingresos estables, son más vulnerables a las ganancias reducidas causadas por los ataques de BWH.

Por lo tanto, la retención de bloques aumenta los riesgos mineros e incertidumbres para los pequeños participantes, expulsándolos del mercado y concentrando aún más el poder minero entre unos pocos jugadores grandes.

3. Motivaciones y riesgos de los atacantes

Las dos motivaciones principales para los atacantes son:

• Ganancia económica: debilitan a los competidores para aumentar relativamente su propia proporción de recompensas.

• Supresión estratégica: Force rival se acumula en problemas financieros o pérdida de reputación.

Sin embargo, los atacantes también enfrentan riesgos:

• Ellos sacrificar algunos de sus propios ingresos Al retener bloques.

• Los ataques pueden fallar si se ejecutan mal, lo que lleva a pérdidas netas.

• Si se descubren y se expone (incluso si es difícil), los atacantes arriesgan daño de reputación.

Los análisis actuales muestran que los atacantes solo logran ganancias significativas en condiciones específicas (por ejemplo, un gran grupo de ataque, tasa de hash relativa significativa).
En la mayoría de los escenarios del mundo real, Los ataques de retención de bloque producen retornos limitados o incluso negativos, que explica parcialmente por qué los ataques a gran escala son raros hoy en día.

4. Residuos energéticos e impacto ambiental

La retención de bloques exacerba las críticas de consumo de energía que ya enfrentan minería de prueba de trabajo.
Aumenta el uso de electricidad de la red sin aumentar la seguridad de blockchain - El trabajo computacional desperdiciado simplemente se descarta.

A medida que la eficiencia energética y el impacto climático se convierten en problemas públicos cada vez más críticos, cualquier factor que empeora la ineficiencia minera invita mayor escrutinio regulatorio y social.

5. Potencial para ataques compuestos

La retención de bloques podría combinarse con otras estrategias de ataque para un mayor daño.
Los ejemplos incluyen:

• Minería egoísta + retención de bloques ("autodevaluamiento"): Combinando los dos para maximizar las ganancias del atacante mientras suprime a los competidores.

• Bloquear ataques de doble sumisión: Venta en secreto a los bloqueos retirados de regreso a la piscina de víctimas.

Aunque tales ataques híbridos son en su mayoría teóricos hoy en día, demuestran cómo las amenazas internas y externas podrían entrelazar En futura competencia minera.

La comunidad minera debe permanecer alerta con las combinaciones de ataque en evolución que explotan las vulnerabilidades de la confianza.

Conclusión

En resumen, los ataques de retención de bloques, aunque sigilosos y no inmediatamente catastróficos, tienen impactos negativos extensos en el ecosistema de minería de criptomonedas:

• Para mineros individuales y piscinas mineras, causar pérdida de ingresos directos y Dilución de recompensa injusta.

• Para el proceso minero, ellos RECURSOS DE COMPUTACIÓN DE ESCARACIÓN y Dificultad de minería desestabilitar.

• Para la gestión de la piscina, ellos aumentar la complejidad operativa y Forzar controles de membresía más estrictos.

• Para la confianza de la comunidad, ellos erosionar confianza Entre mineros y piscinas por igual, dañando el espíritu cooperativo.

• Para la salud de la red, ellos acelerar la centralización minera, empeorar la ineficiencia energética, y disminuir la seguridad efectiva de la cadena de bloques.

• Para las preocupaciones ambientales, ellos daños adicionales la reputación de Bitcoin como un sistema intensivo en energía.

Aunque las instancias del mundo real de los ataques de retención de bloques a gran escala son actualmente raros (principalmente porque las ganancias son limitadas), la mera existencia de esta vulnerabilidad revela defectos de incentivos en sistemas de prueba de trabajo actuales.

Las estrategias de mitigación deben involucrar una combinación de:

• Mejores prácticas de seguridad interna en las piscinas mineras.

• Cooperación y transparencia impulsadas por la comunidad.

• Potencios actualizaciones de nivel de protocolo para eliminar o reducir el incentivo para tales ataques.

En última instancia, solo Esfuerzos multipurado que combinan soluciones técnicas, organizativas y éticas Puede minimizar los impactos negativos de la retención de bloques y garantizar la salud y la prosperidad a largo plazo de las redes de criptomonedas.

Referencias

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   (Primera descripción de la retención de bloques, también conocida como ataque de ocultación de bloques.)

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   (Publicación de blog personal que simula la retención de bloques mutuos y las ganancias de cuantificación y las pérdidas.)

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   (Propone estrategias de defensa basadas en penalización.)

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   (Discusión sobre los riesgos del dominio del grupo minero y las amenazas de descentralización.)

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   (Discusión comunitaria sobre impactos y motivaciones del mundo real detrás de la retención de bloques.)