Introduzione

Un attacco di ritenuta alla fonte di blocchi (BWH) è un comportamento dannoso mirato alle piscine minerarie. In un tale attacco, i minatori dannosi all'interno della piscina deliberatamente trattenere i blocchi completi quando si trova e inviare solo azioni regolari di prova del lavoro. Di conseguenza, gli aggressori mantengono quasi tutto il loro reddito minerario previsto, facendo perdere potenziali premi a blocchi. Gli attacchi alla fonte di blocco non modificano i dati blockchain ma interrompono i ricavi del pool di estrazione e danneggiano la fiducia e la cooperazione tra i minatori.
Questo documento fornisce un'analisi approfondita e sfaccettata di come gli attacchi BWH influenzano i minatori, copre la perdita di reddito, l'efficienza mineraria, la gestione del pool, le relazioni di fiducia, la salute generale della rete e altre dimensioni.

Impatto sul reddito e sulla perdita di profitto

Gli attacchi alla fonte di blocco riducono direttamente la produzione di blocco del pool di estrazione delle vittime, colpendo così i guadagni dei minatori. Questo impatto finanziario può essere analizzato a due livelli: singoli minatori e pool minerario nel suo insieme.

1. Impatto sui singoli minatori onesti

Quando una piscina mineraria soffre di un attacco BWH, i minatori onesti ricevono meno premi perché il pool genera meno blocchi. La piscina appare "sfortunato" e sperimenta intervalli più lunghi senza estrarre con successo un blocco. In schemi di distribuzione proporzionali o PPLN (pay-per-last-n-shares), i minatori dannosi raccolgono ancora pagamenti basati su azioni senza contribuire a blocchi completi, efficacemente diluire i frutti dei minatori onesti.
Ad esempio, in un pool di mining di bitcoin, se un utente malintenzionato trattene 1 blocco a pieno 1000 azioni trovate, il loro reddito personale è ridotto solo di circa lo 0,1%, ma il pool perde la ricompensa di un intero blocco. Pertanto, i frutti del lavoro dei minatori onesti sono parzialmente sequestrati, riducendo significativamente i loro guadagni e redditività.

2. Impatto sul pool minerario nel suo insieme

A livello di pool, ogni blocco trattenuto si traduce direttamente nella perdita di una ricompensa mineraria (ad esempio, 6,25 btc Plus tasse di transazione in bitcoin). Questo è un grave colpo finanziario, soprattutto se l'attaccante controlla una percentuale non trascurabile del tasso di hash totale del pool.
In Pay-per-share (PPS) Modelli, l'operatore del pool paga i minatori in base alle azioni presentate indipendentemente dalla produzione effettiva del blocco. Pertanto, i blocchi trattenuti causano Perdite finanziarie dirette all'operatore. In Modelli proporzionali/PPLNS, i premi sono distribuiti solo se i blocchi vengono effettivamente estratti; Gli aggressori FreeLoad raccogliendo una quota di guadagni dei minatori onesti senza contribuire a blocchi completi.

La tabella seguente riassume il modo in cui le perdite finanziarie si manifestano in diversi schemi di pagamento:

3. Impatto sulle entrate degli aggressori

È interessante notare che gli aggressori potrebbero leggermente Aumenta il loro reddito complessivo.
Se gli aggressori gestiscono contemporaneamente i propri pool minerari o i miei normalmente altrove, l'indebolimento dei concorrenti migliora la loro quota di produzione di blocchi globali. La ricerca mostra che una grande piscina che attacca un'altra grande piscina può aumentare leggermente i suoi guadagni totali.
Ad esempio, se due pool detengono ciascuno il 25% del tasso di hash totale della rete e uno assegna il 4% del tasso di hash di rete totale per attaccare l'altro, gli utili totali dell'attaccante potrebbero aumentare di circa l'1,87%, mentre i minatori onesti nel pool attaccato potrebbero perdere circa il 10,2% dei loro guadagni.

Grafico:
Quando due pool (A e B) hanno ciascuno una quota di rete del 25% e A attacca da B attraverso la ritenuta a blocchi:

• Linea blu: variazione delle entrate dell'attaccante (raggiunge il picco intorno al +1,87% al tasso di attacco ~ 4%).

• Linea rossa: i ricavi dei minatori di vittime del pool (~ -10,2%).

• Linea verde: altri minatori non coinvolti beneficiano leggermente a causa del tasso di hash effettivo di rete temporaneamente ridotto.

Pertanto, mentre il guadagno diretto dell'attaccante è limitato, la vittima subisce perdite sostanziali, rendendo il blocco trattenendo più di un danno tattica piuttosto che una strategia altamente redditizia.

Impatto sulla difficoltà mineraria e sull'efficienza

Gli attacchi di ritenuta a blocchi influiscono inoltre indicatori di difficoltà di mining e efficienza complessiva:

1. Scasso di hashrate

Gli attacchi BWH causano significativi spreco di potenza computazionale: Gli aggressori trovano blocchi validi ma si rifiutano di pubblicarli, risultando in enormi quantità di elettricità sprecata e potenza di hash senza contribuire alla crescita della blockchain.
Quindi, il Efficienza dei contributi del tasso di hash unitario alla rete diminuisce. Se una parte sostanziale della potenza di hash di rete totale viene sprecata attraverso la ritenuta, l'effettivo sforzo computazionale necessario per generare aumenti di ogni blocco, portando a un maggiore consumo di energia per mantenere la rete a un tasso di blocco costante.

2. Fluttuazioni a breve termine in difficoltà mineraria

Blocco la ritenuta rallenta Velocità di produzione del blocco effettivo Perché parte della capacità di estrazione non provoca blocchi validi.
Prima del prossimo aggiustamento della difficoltà, i minatori onesti possono notare che i blocchi si trovano meno frequentemente, il che significa La difficoltà diventa temporaneamente troppo alta rispetto all'efficace potenza di hashing. Tuttavia, la quota dei minatori onesti di premi blocchi migliora leggermente perché il contributo dell'attaccante viene sprecato.
Nel tempo, quando la rete rileva una produzione di blocchi lenti prolungati, regolerà la difficoltà di estrazione verso il basso Per ripristinare l'intervallo di blocco normale.
Pertanto, se persistono gli attacchi trattenuti, la rete si ricalibra a un livello di difficoltà più basso, riflettendo il calo della potenza di mining efficace. Dal punto di vista di un onesto minatore, c'è un aumento temporaneo di difficoltà durante il periodo di attacco, seguito da un Abbassamento della difficoltà mineraria in seguito.

Quando gli attacchi si fermano, tuttavia, la riduzione della difficoltà può far accelerare temporaneamente il tasso di blocco fino a quando la difficoltà non risale a nuovi livelli di equilibrio. Attacchi e interruzioni frequenti causano Volatilità negli intervalli di blocco e difficoltà di mining, minando la stabilità e la prevedibilità della rete.

3. Diminuzione del margine di sicurezza della rete

Mentre gli attacchi alla fonte del blocco non rappresentano le stesse minacce dirette degli attacchi del 51%, sono efficacemente ridurre il tasso di hash effettivo effettivo proteggere la blockchain.
Ogni blocco trattenuto avrebbe potuto aggiungere al lavoro cumulativo che assicurava la blockchain ma è stato invece sprecato. A lungo termine, una massiccia ritenuta cumulativa significa che per un determinato livello di input di energia, l'accumulo di sicurezza della rete è inferiore a quello che dovrebbe essere.
In sostanza, gli attacchi alla fonte di blocco rendono la rete Paga il costo del mining senza raccogliere benefici per la sicurezza completi, riducendo l'efficienza complessiva del consenso delle prove del lavoro.

Impatto sulle operazioni e sulla gestione del pool minerario

Gli attacchi alla fonte di blocco introducono significative sfide operative e di sicurezza per i pool di estrazione:

1. Danno alla reputazione della piscina e alla pressione di pagamento

Quando una piscina mineraria subisce una sfortuna costante nel trovare blocchi, la sua reputazione soffre.
Se la trattenuta degli attacchi non viene rilevata, la produzione di blocchi del pool rimane persistentemente inferiore al previsto, causando i minatori a sospettare una cattiva gestione o problemi interni e possibilmente migrare verso altri pool.
Questo è particolarmente critico per piscine più piccole, dove alcuni blocchi mancanti possono causare l'attrito di panico e minatore.

In Modelli di pagamento PPS, trattenuti i blocchi causati Perdite dirette per raggruppare gli operatori, poiché devono pagare i minatori per le loro azioni anche senza corrispondenti premi blocchi. Nel tempo, se non rilevato, questo potrebbe portare a insolvenza finanziaria.

2. Rilevamento del minatore dannoso

Per contrastare gli attacchi nascosti, gli operatori del pool devono essere distribuiti Monitoraggio statistico e analisi del comportamento utensili.
Possono monitorare le azioni presentate da ciascun minatore e la probabilità prevista per la ricerca di blocchi nel tempo.
Se un minatore presenta un gran numero di azioni ma non presenta mai blocchi completi nonostante le aspettative statistiche, possono essere contrassegnati come sospetti.
Tuttavia, questo rilevamento è difficile perché ricorda il comportamento Futto naturale.
Gli aggressori possono anche dividere il loro potere di hashing su più account ("Sybil Mining") per evitare sospetti, rendendo meno efficace il rilevamento puramente statistico.

3. Restrizioni di ammissione e meccanismi di fiducia

Alcune piscine rispondono stringendo criteri di appartenenza, richiedendo una verifica dell'identità, depositi o onboarding più severi di KYC (Conosci il tuo cliente) per prevenire l'infiltrazione da parte dei concorrenti.
Altri propongono meccanismi punitivi: Penalizzare leggermente tutti i premi di tutti i minatori se si rileva una ritenuta a blocchi, incoraggiando così la supervisione collettiva.
Tuttavia, questo rischia di punire ingiustamente minatori innocenti e può essere controverso.

Un'altra misura difensiva è Regolazione della struttura della ricompensa:

• Bonus crescenti per i minatori che presentano blocchi completi.

• Ridurre la proporzione di pagamento basata su azioni pura.

In alternativa, la proposta di "azioni ignari" suggerisce che i minatori dovrebbero presentare prove senza sapere se hanno trovato un blocco completo, prevenendo la ritenuta selettiva. Tuttavia, l'implementazione di tali soluzioni richiederebbe importanti cambiamenti del protocollo (ad esempio, forchette difficili), che sono difficili da distribuire.

4. Aumento della complessità e dei costi di gestione

In generale, gli attacchi alla fonte di blocco forzano i pool a bilanciamento apertura e sicurezza.
Mentre le piscine minerarie cercano di crescere ammettendo più minatori, devono anche difendersi dalle minacce nascoste, aumentando la complessità operativa e le spese generali.
I pool di grandi dimensioni possono permettersi sistemi di rilevamento avanzati, ma i pool più piccoli spesso mancano di risorse, rendendoli più vulnerabili.

Impatto sulle relazioni di fiducia e cooperazione

Blocca gli attacchi trattenuti danneggiano gravemente la fiducia tra minatori e pool, nonché tra le piscine stesse:

1. Fidati tra minatori e pool

I pool di mining operano tradizionalmente in base a Cooperazione reciproca e condivisione della ricompensa equa.
I minatori contribuiscono al potere di hashing e i pool distribuiscono premi in base ai loro contributi.
Tuttavia, la ritenuta a blocchi rivela che anche quando tutti seguono le regole nominali, alcuni attori interni potrebbero agire egoisticamente a spese degli altri.
Questo crea diffidare Tra i minatori:

• Ci sono sabotatori interni?

• L'operatore della piscina è in grado di rilevare e prevenire comportamenti dannosi?

Se un pool non riesce a spiegare una sfortuna costante o implementare contromisure efficaci, i minatori onesti possono perdere fiducia e andarsene.
D'altra parte, gli operatori di pool possono anche diventare eccessivamente sospettosi di tutti i membri, portando a procedure di verifica invadenti che erodono ulteriormente la fiducia della comunità.

2. Fidati tra i pool

Idealmente, diversi pool minerari competono ma non si sabotano attivamente.
Tuttavia, la ritenuta a blocchi introduce ostilità strategica tra piscine.
Le pozze di grandi dimensioni possono infiltrarsi e attaccare pool più piccoli o rivali a indebolire i concorrenti, interrompendo lo spirito di una sana competizione.

La mancanza di fiducia scoraggia Condivisione delle informazioni E sforzi collaborativi come il miglioramento dei protocolli di mining (ad es. Stratum V2) o coordinare le risposte agli attacchi del 51%.
Senza una forte solidarietà del settore, l'ecosistema minerario diventa frammentato e vulnerabile.

L'analisi della teoria dei giochi mostra che se non ci sono punizioni o regolamenti esterni, La ritenuta a blocchi reciproci può diventare un equilibrio di Nash: Anche se fa male a tutti, gli attori razionali potrebbero ancora scegliere di attaccare piuttosto che rischiare la perdita unilaterale.

Pertanto, la ritenuta a blocchi può guidare i pool di estrazione da un ambiente cooperativo in a corsa agli armamenti distruttivi, danneggiare l'intero settore minerario.

3. Impatto sulla comunità dei minatori

La sfiducia generalizzata fa anche male al comunità mineraria più ampia:

• I minatori diventano meno disposti a condividere conoscenze o supportare nuove iniziative di pool.

• Nuovi protocolli o miglioramenti che richiedono il consenso del minatore affrontano una maggiore resistenza.

• I minatori di piccole o medie dimensioni potrebbero preferire ad unirsi alle solo più grandi piscine, credendo di offrire una migliore protezione contro gli attacchi nascosti.

Questo rafforza Dinamica "vincitore-take-all", dove grandi pool si ingrandiscono a spese del decentramento, contro lo spirito originale delle reti blockchain.

Impatto sulla salute e sulla sicurezza complessive della rete

Da una prospettiva macro, mentre la ritenuta a blocchi non compromette direttamente l'integrità delle transazioni blockchain come un attacco del 51%, i suoi effetti cumulativi comportano ancora rischi:

1. Centralizzazione e perdita di decentramento

La ritenuta a blocco esacerba la centralizzazione mineraria.
Piccole piscine sono più vulnerabili a tali attacchi e possono lottare per sopravvivere, mentre i grandi pool possono assorbire gli attacchi meglio o addirittura perpetrarli contro i concorrenti.
Così, il forte diventa più forte, portando a Concentrazione di hashrate Nelle mani di alcuni importanti giocatori.
Tale concentrazione indebolisce la resistenza della rete agli attacchi del 51% e mina i principi di decentramento fondamentali alle criptovalute.

2. Riduzione dell'efficienza e stabilità della rete ridotta

Come discusso in precedenza, la ritenuta alla fonte di attacchi rifiuti il ​​potere di hashing, risultando Consumo di energia più elevato per blocco valido.
Gli intervalli di blocco diventano più irregolari a causa di tassi di hash efficaci fluttuanti.
Sebbene il meccanismo di regolazione della difficoltà di Bitcoin alla fine ripristinino l'equilibrio, instabilità a breve termine mina la prevedibilità per minatori e utenti.

La frequente ritenuta a blocchi potrebbe scoraggiare i minatori dalla partecipazione continua, soprattutto se la redditività diventa imprevedibile, portando ulteriormente Hashrate diminuisce e un profilo di sicurezza più debole per la blockchain.

3. Protocollo e risposta della comunità

L'esistenza di attacchi BWH espone difetti di incentivazione nel consenso delle prove del lavoro-situazioni in cui i minatori razionali hanno un incentivo a danneggiare la rete per guadagno personale.
Ciò ha innescato discussioni sugli aggiornamenti o riprogettazioni del protocollo:

• Concetti come "azioni ignari".

• Meccanismi di penalità per il comportamento dannoso.

• Cambiamenti strutturali ai premi minerari.

Tuttavia, l'implementazione di tali soluzioni richiede spesso cambiamenti fondamentali ai protocolli di mining, che sono difficili, controversi e lenti da distribuire.

Pertanto, per il prossimo futuro, la ritenuta a blocchi rimane a minaccia latente richiedere vigilanza da minatori, operatori di piscina e sviluppatori.

4. Sprenagi energetici e preoccupazioni ambientali

Poiché il mining di prova del lavoro consuma già un'energia massiccia, il blocco della ritenuta a peggio peggiora le critiche ambientali di sprecare elettricità senza contribuire alla sicurezza blockchain.
Questa inefficienza potrebbe alimentare il controllo normativo e rafforzare le argomentazioni contro le criptovalute basate su Bitcoin e altre criptovalute basate su Pow.

5. Rischi nascosti e cumulativi

La ritenuta a blocchi è un Minaccia interna e furtiva - Non immediatamente catastrofico, ma gradualmente erodendo la robustezza della rete.
Indebolisce l'allineamento tra gli incentivi dei singoli minatori e il bene collettivo della rete.
A causa della sua natura furtiva, La ritenuta al blocco prolungata può passare inosservata, causando perdite e vulnerabilità inosservate fino a quando non si accumulano danni significativi.

Altri impatti e considerazioni importanti

Oltre agli effetti primari discussi in precedenza, gli attacchi alla fonte del blocco portano diverse conseguenze notevoli:

1. Impatto asimmetrico su pool di dimensioni diverse

Blocca la ritenuta in modo sproporzionatamente danneggiato piscine minerarie più piccole:

• I pool più piccoli hanno frequenze di ricerca di blocchi più basse, quindi anche un singolo blocco trattenuto può avere un forte impatto sulle loro entrate.

• Spesso mancano di meccanismi di rilevamento e sicurezza avanzati, rendendoli facili obiettivi.

Al contrario, grandi piscine sono più resilienti:

• Un singolo blocco mancante rappresenta una percentuale minore dei loro guadagni totali.

• Possono permettersi difese sofisticate e sistemi di rilevamento.

Inoltre, le grandi piscine possono utilizzare gli attacchi alla fonte di blocchi come arma competitiva per sopprimere ulteriormente le pozze più piccole, accelerare la centralizzazione mineraria.

2. Impatto asimmetrico sui singoli minatori

• Minatori su larga scala Spesso gestiscono i propri pool privati ​​o partecipa a pool di alto livello, proteggendosi da attacchi nascosti.

• Minatori su piccola scala o hobbista, che fanno affidamento su pool pubblici per un reddito stabile, sono più vulnerabili ai guadagni ridotti causati dagli attacchi BWH.

Pertanto, la ritenuta a blocchi aumenta i rischi e le incertezze per i piccoli partecipanti, spingendoli fuori dal mercato e concentrando ulteriormente il potere minerario tra alcuni grandi attori.

3. Motivazioni e rischi degli aggressori

Le due motivazioni principali per gli aggressori sono:

• Guadagno economico: indebolire i concorrenti per aumentare relativamente la propria quota di premi.

• Soppressione strategica: Forzare i pool rivali in difficoltà finanziarie o perdita di reputazione.

Tuttavia, anche gli aggressori affrontano rischi:

• Essi sacrifica un po 'del proprio reddito Quando si trattiene i blocchi.

• Gli attacchi possono fallire se eseguiti male, portando a perdite nette.

• Se scoperto ed esposto (anche se difficile), gli aggressori rischiano danno reputazionale.

Le analisi attuali mostrano che gli aggressori ottengono un profitto significativo solo in condizioni specifiche (ad esempio, un grande pool di attacchi, un tasso di hash relativo significativo).
Nella maggior parte degli scenari del mondo reale, Gli attacchi alla fonte di blocco producono rendimenti limitati o addirittura negativi, il che spiega in parte perché gli attacchi su larga scala sono rari oggi.

4. Scasso di energia e impatto ambientale

La ritenuta a blocchi aggrava le critiche al consumo di energia che già affrontano il mining di prova del lavoro.
Aumenta l'utilizzo dell'elettricità della rete Senza aumentare la sicurezza blockchain - Il lavoro computazionale sprecato viene semplicemente scartato.

Man mano che l'efficienza energetica e l'impatto climatico diventano questioni pubbliche sempre più critiche, qualsiasi fattore che peggiora l'inefficienza del mining invita maggiore controllo normativo e sociale.

5. potenziale per attacchi composti

La ritenuta a blocchi potrebbe essere combinata con altre strategie di attacco per maggiori danni.
Esempi includono:

• Mining egoista + Block Helfinging ("Autusticamento"): combinando i due per massimizzare i profitti degli attaccanti sopprimendo i concorrenti.

• Blocca gli attacchi a doppia presentazione: Vendendo segretamente blocchi trattenuti al pool di vittime.

Sebbene tali attacchi ibridi siano per lo più teorici oggi, dimostrano come potrebbero essere minacce interne ed esterne intrecciare in futura concorrenza mineraria.

La comunità mineraria deve rimanere vigile delle combinazioni di attacchi in evoluzione che sfruttano le vulnerabilità della fiducia.

Conclusione

In sintesi, gli attacchi alla fonte di blocco - sebbene furti e non immediatamente catastrofici - hanno ampi impatti negativi sull'ecosistema di mining di criptovaluta:

• Per i singoli minatori e le piscine minerarie, loro Causa perdita di reddito diretto E diluizione ingiusta per la ricompensa.

• Per il processo di mining, loro Risorse computazionali dei rifiuti E destabilizzare la difficoltà mineraria.

• Per la gestione del pool, loro Aumenta la complessità operativa E forzare i controlli di appartenenza più rigorosi.

• Per la fiducia della comunità, loro erodere la fiducia Tra minatori e pool, danneggiando lo spirito cooperativo.

• Per la salute della rete, loro accelerare la centralizzazione mineraria, peggiorare l'inefficienza energetica, E diminuire la sicurezza effettiva della blockchain.

• Per le preoccupazioni ambientali, loro Ulteriori danni alla reputazione di Bitcoin come sistema ad alta intensità di energia.

Sebbene le istanze del mondo reale di attacchi alla fonte di blocchi su larga scala siano attualmente rari (principalmente perché i profitti sono limitati), la semplice esistenza di questa vulnerabilità Rivela difetti di incentivi Negli attuali sistemi di prova di lavoro.

Le strategie di mitigazione devono comportare una combinazione di:

• Migliori pratiche di sicurezza interna nei pool di estrazione.

• Cooperazione e trasparenza guidate dalla comunità.

• Potenziali aggiornamenti a livello di protocollo per eliminare o ridurre l'incentivo per tali attacchi.

Alla fine, solo Sforzi multi-prima che combinano soluzioni tecniche, organizzative ed etiche può ridurre al minimo gli impatti negativi della ritenuta alla fonte dei blocchi e garantire la salute a lungo termine e la prosperità delle reti di criptovaluta.

Riferimenti

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   (Descrive gli attacchi alla fonte del blocco della piscina mineraria e le loro condizioni di redditività.)

2. Rosenfeld, M. (2011). Analisi dei sistemi di ricompensa mineraria in bitcoin. Bitcoil.
   (Prima descrizione della ritenuta a blocchi, nota anche come attacco a nascita a blocchi.)

3. Dave Hudson (2014). Guerre da biliardo.
   (Post di blog personali che simula la trattenuta e quantificazione dei blocchi reciproci.)

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   (Discute la competizione di piscina mineraria e le strategie di attacco nascoste.)

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   (Un brief tecnico che discute degli attacchi alla fonte di blocchi e delle potenziali mitigazioni.)

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   (L'analisi dei giochi evolutiva sui cambiamenti della strategia dei pool minerari in diversi meccanismi di punizione.)

7. Chen Hao et al. (2022). "Un metodo di difesa basato sul comportamento del minatore contro gli attacchi alla fonte di blocchi." (Documento della conferenza, link non disponibile al pubblico)
   (Propone strategie di difesa basate sulla penalità.)

8. Odaily Planet Daily (2022). Esplorare il futuro del mining di Bitcoin: le pool di miniere diventeranno un problema? (in cinese).
   (Discussione sui rischi del dominio del pool minerario e delle minacce al decentramento.)

9. Bitcoin Stackexchange (2013). In che modo la trattenuta del blocco è una minaccia per le piscine minerarie?.
   (Discussione della comunità sugli impatti e le motivazioni del mondo reale dietro la ritenuta a blocchi.)