Analyse complète de l'impact des attaques de retenue de blocs contre les mineurs

Introduction

Une attaque de retenue de bloc (BWH) est un comportement malveillant ciblant les pools d'exploitation. Dans une telle attaque, les mineurs malveillants dans la piscine retenir des blocs complets lorsqu'ils sont trouvés et ne soumettent que des actions de preuve de travail régulières. En conséquence, les attaquants conservent presque tous leurs revenus miniers attendus tout en faisant perdre aux récompenses potentielles de blocs potentiels. Les attaques de retenue de blocs ne modifient pas les données de la blockchain mais perturbent les revenus du pool d'exploitation et les dommages et la coopération entre les mineurs.
Ce document fournit une analyse approfondie et multifacée de la façon dont les attaques de BWH affectent les mineurs, couvrant la perte de revenus, l'efficacité minière, la gestion du pool, les relations de confiance, la santé globale des réseaux et d'autres dimensions.

Impact sur le revenu et la perte de profit

Les attaques de retenue de blocs réduisent directement la production de bloc du pool d'exploitation des victimes, affectant ainsi les revenus des mineurs. Cet impact financier peut être analysé à deux niveaux: les mineurs individuels et le pool minière dans leur ensemble.

1. Impact sur les mineurs honnêtes individuels

Lorsqu'une piscine minière souffre d'une attaque BWH, les mineurs honnêtes reçoivent moins de récompenses car la piscine génère moins de blocs. La piscine apparaît "malchanceuse" et éprouve des intervalles plus longs sans réussir à exploiter un bloc. Dans les régimes de distribution proportionnels ou PPLN (pay-per-last-n-nares), les mineurs malveillants collectent toujours des paiements en actions sans contribuer à des blocs complets, Diluer les récompenses des mineurs honnêtes.
Par exemple, dans une piscine d'extraction de Bitcoin, si un attaquant retient 1 bloc complet sur 1000 actions trouvées, son revenu personnel n'est réduit qu'environ 0,1%, mais la piscine perd la récompense d'un bloc entier. Ainsi, les fruits du travail des mineurs honnêtes sont partiellement saisis, réduisant considérablement leurs bénéfices et leur rentabilité.

2. Impact sur la piscine minière dans son ensemble

Au niveau de la piscine, chaque bloc retenu entraîne directement la perte d'une récompense minière (par exemple, 6,25 BTC plus des frais de transaction dans Bitcoin). Il s'agit d'un coup financier majeur, surtout si l'attaquant contrôle une proportion non négligeable du taux de hachage total de la piscine.
Dans Pay-per-share (PPS) Modèles, l'opérateur de pool paie les mineurs en fonction des actions soumises, quelle que soit la production réelle de blocs. Par conséquent, les blocs refusés pertes financières directes à l'opérateur. Dans Modèles proportionnels / PPLNS, les récompenses ne sont distribuées que si les blocs sont réellement extraits; Les attaquants Freeload en collectant une part du bénéfice des mineurs honnêtes sans contribuer de blocs complets.

Le tableau ci-dessous résume comment les pertes financières se manifestent dans les différents régimes de paiement:

3. Impact sur les revenus des attaquants

Fait intéressant, les attaquants pourraient légèrement augmenter leur revenu global.
Si les attaquants gèrent simultanément leurs propres piscines minières ou les mines normalement ailleurs, affaiblir les concurrents améliore leur part de la production mondiale de blocs. La recherche montre qu'une grande piscine attaquant une autre grande piscine peut légèrement augmenter ses revenus totaux.
Par exemple, si deux pools détiennent chacun 25% du taux de hachage total du réseau et que l’un alloue 4% du taux de hachage du réseau total pour attaquer l’autre, le bénéfice total de l’attaquant pourrait augmenter d’environ 1,87%, tandis que les mineurs honnêtes dans le pool attaqué pourraient perdre environ 10,2% de leurs bénéfices.

Graphique:
Lorsque deux pools (A et B) ont chacun une part de réseau de 25% et une attaque B à travers la retenue à un bloc:

• Ligne bleue: la variation des revenus de l'attaquant (culmine autour de + 1,87% à ~ 4% de taux d'attaque).

• Ligne rouge: les revenus des mineurs de la piscine de victime (~ -10,2%).

• Ligne verte: d'autres mineurs non impliqués bénéficient légèrement en raison du taux de hachage effectif du réseau temporairement réduit.

Ainsi, bien que le gain direct de l'attaquant soit limité, la victime subit des pertes substantielles, faisant en sorte que le blocage retient davantage un dommage tactique plutôt qu'une stratégie très rentable.

Impact sur la difficulté et l'efficacité de l'exploitation

Les attaques de retenue de blocage ont également un impact sur les indicateurs de difficulté d'extraction et l'efficacité minière globale:

1. Déchets de hachage

Les attaques de BWH provoquent une importance importante gaspillage de puissance de calcul: Les attaquants trouvent des blocs valides mais refusent de les publier, entraînant d'énormes quantités d'électricité gaspillée et de hachage sans contribuer à la croissance de la blockchain.
Ainsi, le Efficacité des contributions des taux de hachage unitaire au réseau diminue. Si une partie substantielle de la puissance totale de hachage du réseau est gaspillée par la retenue, l'effort de calcul réel nécessaire pour générer chaque bloc augmente, conduisant à une consommation d'énergie plus élevée pour maintenir le réseau à un taux de bloc régulier.

2. Fluctuations à court terme dans les difficultés minières

La retenue du bloc ralentit vitesse de production de blocs réel Parce qu'une partie de la capacité minière n'entraîne pas de blocs valides.
Avant le prochain ajustement de difficulté, les mineurs honnêtes peuvent remarquer que les blocs sont trouvés moins fréquemment, ce qui signifie le La difficulté devient temporairement trop élevée par rapport au pouvoir de hachage efficace. Cependant, la part des mineurs honnêtes des récompenses de blocs améliore légèrement parce que la contribution de l'attaquant est gaspillée.
Au fil du temps, lorsque le réseau détecte la production prolongée de blocs lents, il ajustera la difficulté minière vers le bas Pour restaurer l'intervalle de bloc normal.
Ainsi, si la retenue des attaques persiste, le réseau recalibrera à un niveau de difficulté inférieur, reflétant la baisse de la puissance minière efficace. Du point de vue d'un mineur honnête, il y a une augmentation temporaire de difficulté pendant la période d'attaque, suivie d'un Abaissement des difficultés minières après.

Lorsque les attaques s'arrêtent cependant, la diminution de la difficulté peut entraîner une accélération temporaire du taux de bloc jusqu'à ce que la difficulté augmente à nouveau à de nouveaux niveaux d'équilibre. Des attaques et des arrêts fréquents provoquent Volatilité des intervalles de blocs et difficulté minière, miner la stabilité et la prévisibilité du réseau.

3. diminution de la marge de sécurité du réseau

Bien que les attaques de retenue de blocs ne représentent pas les mêmes menaces directes que 51% d'attaques, elles réduire le taux de hachage effectif réel sécuriser la blockchain.
Chaque bloc refoulé aurait pu ajouter aux travaux cumulatifs qui garantissent la blockchain mais ont plutôt été gaspillés. À long terme, une retenue cumulative massive signifie que pour un niveau donné d'entrée d'énergie, l'accumulation de sécurité du réseau est inférieure à ce qu'elle devrait l'être.
Essentiellement, les attaques de retenue de blocs font du réseau Payer le coût de l'exploitation sans récolter des prestations de sécurité complètes, Réduire l'efficacité globale du consensus de la preuve de travail.

Impact sur les opérations et la gestion des piscines minières

Les attaques de retenue de blocs introduisent des défis opérationnels et de sécurité importants pour les piscines minières:

1. Dommages à la réputation de la piscine et à la pression de paiement

Lorsqu'une piscine minière connaît une malchance cohérente pour trouver des blocs, sa réputation en souffre.
Si la retenue des attaques n'est pas détectée, la production de blocs de la piscine reste constamment plus faible que prévu, ce qui fait que les mineurs soupçonnent une mauvaise gestion ou des problèmes internes et éventuellement migrer vers d'autres pools.
Ceci est particulièrement critique pour piscines plus petites, où quelques blocs manquants peuvent provoquer la panique et l'attrition de mineurs.

Dans Modèles de paiement PPS, les blocs retenus causent pertes directes aux opérateurs de pool, car ils doivent payer les mineurs pour leurs actions même sans récompenses de bloc correspondantes. Au fil du temps, si non détecté, cela pourrait conduire à insolvabilité financière.

2. Détection de mineurs malveillants

Pour contrer les attaques cachées, les opérateurs de piscine doivent être déployés Surveillance statistique et analyse du comportement outils.
Ils peuvent surveiller les actions soumises de chaque mineur et la probabilité de recherche de bloc attendue au fil du temps.
Si un mineur soumet un grand nombre d'actions mais ne soumet jamais les blocs complets malgré les attentes statistiques, il peut être signalé comme suspect.
Cependant, cette détection est difficile car la retenue du comportement ressemble malchance naturelle.
Les attaquants peuvent également diviser leur pouvoir de hachage sur plusieurs comptes ("Sybil Mining") pour éviter les soupçons, ce qui rend la détection purement statistique moins efficace.

3. Restrictions d'admission et mécanismes de confiance

Certaines piscines réagissent en resserrant critères d'adhésion, nécessitant une vérification de l'identité KYC (Connaissez votre client), des dépôts ou des intérêts plus stricts pour éviter l'infiltration par les concurrents.
D'autres proposent mécanismes punitifs: pénalisation légèrement les récompenses de toutes les mineurs si la retenue du bloc est détectée, encourageant ainsi la surveillance collective.
Cependant, cela risque de punir injustement les mineurs innocents et peut être controversé.

Une autre mesure défensive est Réglage de la structure de récompense:

• Des bonus croissants pour les mineurs qui soumettent des blocs complets.

• Réduire la proportion de paiement basée sur des actions pures.

Alternativement, la proposition des "actions inconscientes" suggère que les mineurs devraient soumettre des preuves sans savoir s'ils ont trouvé un bloc complet - empêchant la retenue sélective. Cependant, la mise en œuvre de telles solutions nécessiterait Changements de protocole majeurs (par exemple, Forks dur), qui sont difficiles à déployer.

4. Complexité et coûts de gestion accrus

En général, les attaques de retenue de blocage obligent les piscines à équilibrer ouverture et sécurité.
Alors que les piscines minières cherchent à se développer en admettant plus de mineurs, ils doivent également se défendre contre les menaces cachées - augmentant la complexité opérationnelle et les frais généraux.
Les grandes piscines peuvent se permettre des systèmes de détection avancés, mais les petits pools manquent souvent de ressources, ce qui les rend plus vulnérables.

Impact sur les relations de confiance et de coopération

Les attaques de retenue de blocage endommagent gravement la confiance entre les mineurs et les piscines, ainsi que parmi les piscines elles-mêmes:

1. Faites confiance entre les mineurs et les piscines

Les piscines minières fonctionnent traditionnellement en fonction de coopération mutuelle et partage de récompense équitable.
Les mineurs contribuent au pouvoir de hachage et les pools distribuent des récompenses en fonction de leurs contributions.
Cependant, la retenue de Block révèle que même lorsque tout le monde suit les règles nominales, certains acteurs internes pourraient agir égoïstement au détriment des autres.
Cela crée méfiance parmi les mineurs:

• Y a-t-il des saboteurs internes?

• L'opérateur de la piscine est-il capable de détecter et de prévenir un comportement malveillant?

Si une piscine ne parvient pas à expliquer la malchance cohérente ou à mettre en œuvre des contre-mesures efficaces, les mineurs honnêtes peuvent perdre confiance et partir.
D'un autre côté, les opérateurs de piscine peuvent également devenir trop méfiants envers tous les membres, conduisant à des procédures de vérification intrusives qui érodent davantage la confiance communautaire.

2. Faites confiance entre les pools

Idéalement, différentes piscines minières rivalisent mais ne se sabotent pas activement.
Cependant, la retenue de blocs présente hostilité stratégique entre les piscines.
De grandes piscines peuvent s'infiltrer et attaquer des piscines plus petites ou rivales pour affaiblir les concurrents, perturbant l'esprit d'une concurrence saine.

Le manque de confiance décourage Partage d'informations et efforts de collaboration tels que l'amélioration des protocoles miniers (par exemple, la strate V2) ou la coordination des réponses à 51% d'attaques.
Sans solide solidarité de l'industrie, l'écosystème minière devient fragmenté et vulnérable.

L'analyse de la théorie des jeux montre que s'il n'y a pas de punitions ou de réglementations externes, La retenue de bloc mutuel peut devenir un équilibre de Nash: Même si cela fait mal à tout le monde, les acteurs rationnels pourraient toujours choisir d'attaquer plutôt que de risquer une perte unilatérale.

Ainsi, la retenue à blocs peut provoquer des piscines d'exploitation à partir d'un environnement coopératif en un Race de destructrice des armements, nuire à l'ensemble du secteur minier.

3. Impact sur la communauté des mineurs

La méfiance généralisée nuise également au Communauté minière plus large:

• Les mineurs deviennent moins disposés à partager des connaissances ou à soutenir de nouvelles initiatives de piscine.

• De nouveaux protocoles ou améliorations nécessitant un consensus de mineur sont confrontés à une plus grande résistance.

• Les petits ou moyens mineurs peuvent préférer ne rejoindre que les plus grandes piscines, estimant qu'ils offrent une meilleure protection contre les attaques cachées.

Cela renforce Dynamique "Winner-Take-All", où les grandes piscines grandissent au détriment de la décentralisation - contre l'esprit original des réseaux de blockchain.

Impact sur la santé et la sécurité globales du réseau

Du point de vue macro, bien que la retenue de blocage ne compromet pas directement l'intégrité des transactions de blockchain comme une attaque de 51%, ses effets cumulatifs présentent toujours des risques:

1. Centralisation et perte de décentralisation

La retenue de blocs exacerbe la centralisation de l'exploitation.
Les petites piscines sont plus vulnérables à de telles attaques et peuvent avoir du mal à survivre, tandis que les grandes piscines peuvent mieux absorber les attaques ou même les perpétrer contre les concurrents.
Ainsi, le fort se renforce, conduisant à concentration de hashrate entre les mains de quelques acteurs majeurs.
Une telle concentration affaiblit la résistance du réseau à 51% des attaques et sape les principes de décentralisation fondamentaux aux crypto-monnaies.

2. diminution de l'efficacité et de la stabilité du réseau

Comme discuté précédemment, la retenue Consommation d'énergie plus élevée par bloc valide.
Les intervalles de bloc deviennent plus erratiques en raison de la fluctuation des taux de hachage efficaces.
Bien que le mécanisme de réglage de la difficulté de Bitcoin finit par restaurer l'équilibre, l'instabilité à court terme sape la prévisibilité pour les mineurs et les utilisateurs.

La retenue à un bloc fréquent pourrait décourager les mineurs de la participation continue, surtout si la rentabilité devient imprévisible, conduisant à plus loin baisse du hashrate et un profil de sécurité plus faible pour la blockchain.

3. Protocole et réponse communautaire

L'existence d'attaques BWH expose les défauts incitatifs dans le consensus de la preuve de travail - des situations où les mineurs rationnels sont incités à nuire au réseau à des fins personnelles.
Cela a déclenché des discussions sur les mises à niveau du protocole ou la refonte:

• Des concepts comme les «partages inconscients».

• Mécanismes de pénalité pour comportement malveillant.

• Modifications structurelles des récompenses minières.

Cependant, la mise en œuvre de telles solutions nécessite souvent changements fondamentaux aux protocoles miniers, difficiles, controversés et lents à déployer.

Ainsi, dans un avenir prévisible, la retenue de blocs reste un menace latente nécessitant une vigilance des mineurs, des opérateurs de piscine et des développeurs.

4. gaspillage énergétique et préoccupations environnementales

Étant donné que l'extraction de la preuve de travail consomme déjà une énergie massive, la retenue de bloc aggrave les critiques environnementales par gaspiller l'électricité sans contribuer à la sécurité de la blockchain.
Cette inefficacité pourrait alimenter un examen réglementaire et renforcer les arguments contre le bitcoin et d'autres crypto-monnaies à base de POW.

5. Risques cachés et cumulatifs

La retenue de blocs est un menace interne et furtive - Pas immédiatement catastrophique, mais érodant progressivement la robustesse du réseau.
Il affaiblit l’alignement entre les incitations des mineurs individuels et le bien collectif du réseau.
En raison de sa nature furtive, La retenue de blocs prolongée peut passer inaperçu, provoquant des pertes et des vulnérabilités inaperçues jusqu'à ce que des dommages importants s'accumulent.

Autres impacts et considérations importants

Outre les principaux effets discutés ci-dessus, les attaques de retenue de blocs apportent plusieurs conséquences notables supplémentaires:

1. Impact asymétrique sur les pools de différentes tailles

Bloquer la retenue piscines minières plus petites:

• Les bassins plus petits ont des fréquences de recherche de blocs inférieures, donc même un seul bloc refoulé peut avoir un impact grave sur leurs revenus.

• Ils manquent souvent de mécanismes avancés de détection et de sécurité, ce qui en fait des cibles faciles.

En revanche, grandes piscines sont plus résilients:

• Un seul bloc manquant représente un pourcentage plus petit de leurs bénéfices totaux.

• Ils peuvent se permettre des défenses et des systèmes de détection sophistiqués.

De plus, les grandes piscines peuvent utiliser des attaques de retenue de blocs comme arme compétitive pour Supprimer davantage les plus petites piscines, accélérer la centralisation minière.

2. Impact asymétrique sur les mineurs individuels

• Mineurs à grande échelle exploitez souvent leurs propres piscines privées ou participez à des piscines de haut niveau, se protégeant des attaques cachées.

• Mineurs à petite échelle ou amateur, qui s'appuient sur des piscines publiques pour un revenu stable, sont les plus vulnérables à la réduction des revenus causés par les attaques de BWH.

Ainsi, la retenue de blocs augmente les risques miniers et les incertitudes pour les petits participants, les poussant hors du marché et concentrant davantage le pouvoir minier parmi quelques grands acteurs.

3. Motivations et risques des attaquants

Les deux principales motivations pour les attaquants sont:

• Gain économique: Affaiblit les concurrents pour augmenter relativement leur propre part de récompenses.

• Suppression stratégique: Force ses pochettes rivales dans des problèmes financiers ou une perte de réputation.

Cependant, les attaquants font également face à des risques:

• Ils sacrifier certains de leurs propres revenus Lors de la retenue des blocs.

• Les attaques peuvent échouer si elles sont mal exécutées, entraînant des pertes nettes.

• S'il est découvert et exposé (même s'il est difficile), les attaquants risquent dommages de réputation.

Les analyses actuelles montrent que les attaquants n'atteignent que des bénéfices significatifs dans des conditions spécifiques (par exemple, un grand pool d'attaque, un taux de hachage relatif significatif).
Dans la plupart des scénarios du monde réel, Les attaques de retenue de blocs rendent des rendements limités ou même négatifs, ce qui explique en partie pourquoi les attaques à grande échelle sont rares aujourd'hui.

4. Déchets d'énergie et impact environnemental

La retenue de blocs exacerbe les critiques de la consommation d'énergie étant déjà confrontées à l'extraction de la preuve du travail.
Il augmente l'utilisation de l'électricité du réseau sans augmenter la sécurité de la blockchain - Le travail de calcul gaspillé est simplement jeté.

À mesure que l'efficacité énergétique et l'impact climatique deviennent des problèmes publics de plus en plus critiques, tout facteur qui aggrave l'inefficacité des mines invite Examen réglementaire et social.

5. Potentiel d'attaques composées

La retenue à blocs pourrait être combinée avec d'autres stratégies d'attaque pour plus de dégâts.
Les exemples incluent:

• Minage égoïste + retenue de bloc ("auto-retenue"): combinant les deux pour maximiser les bénéfices de l'attaquant tout en supprimant les concurrents.

• Bloquer les doubles attaques de soumission: Vendre secrètement des blocs retenus à la piscine des victimes.

Bien que de telles attaques hybrides soient principalement théoriques aujourd'hui, ils démontrent comment les menaces internes et externes pourraient entrelacer dans la future concurrence minière.

La communauté minière doit rester attentive à l'évolution des combinaisons d'attaques qui exploitent les vulnérabilités de confiance.

Conclusion

En résumé, les attaques de retenue de blocs - bien que furtives et non immédiatement catastrophiques - ont des impacts négatifs importants sur l'écosystème minière de la crypto-monnaie:

• Pour les mineurs individuels et les piscines minières, ils provoquer une perte de revenu direct et dilution de récompense injuste.

• Pour le processus d'extraction, ils déchets les ressources informatiques et déstabiliser la difficulté minière.

• Pour la gestion de la piscine, ils Augmenter la complexité opérationnelle et Force les contrôles des adhésions plus strictes.

• Pour la confiance communautaire, ils Éroder la confiance Parmi les mineurs et les piscines, nuisant à l'esprit coopératif.

• Pour la santé du réseau, ils accélérer la centralisation des mines, aggraver l'inefficacité énergétique, et réduire la sécurité efficace de la blockchain.

• Pour les préoccupations environnementales, ils dommage supplémentaire la réputation de Bitcoin comme système à forte intensité d'énergie.

Bien que les cas réels d'attaques de retenue à grande échelle de blocage soient actuellement rares (principalement parce que les bénéfices sont limités), la simple existence de cette vulnérabilité révèle des défauts incitatifs Dans les systèmes de preuve de travail actuels.

Les stratégies d'atténuation doivent impliquer une combinaison de:

• De meilleures pratiques de sécurité intérieure dans les piscines minières.

• Coopération et transparence axées sur la communauté.

• Mises à niveau potentielles au niveau du protocole pour éliminer ou réduire l'incitation à de telles attaques.

En fin de compte, seulement efforts à plusieurs volets combinant des solutions techniques, organisationnelles et éthiques Peut minimiser les impacts négatifs de la retenue à la retenue des blocs et assurer la santé à long terme et la prospérité des réseaux de crypto-monnaie.

Références

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   (Discussion communautaire sur les impacts et les motivations du monde réel derrière la retenue de blocs.)