鉱夫に対するブロック源泉徴収攻撃の影響に関する包括的な分析

導入

ブロック源泉徴収（BWH）攻撃は、マイニングプールをターゲットにする悪意のある動作です。このような攻撃では、プール内の悪意のある鉱夫が故意に 完全なブロックを差し控えます 見つかった場合、定期的な証明株式のみを提出します。その結果、攻撃者は予想される採掘収入のほぼすべてを保持しながら、採掘プールに潜在的なブロック報酬を失います。ブロックの源泉徴収攻撃は、ブロックチェーンデータを変更するのではなく、採掘プールの収益を混乱させ、鉱夫間の信頼と協力を損傷します。
このドキュメントは、BWH攻撃が鉱夫にどのように影響するかについての詳細な多面的な分析を提供し、収入の損失、鉱業効率、プール管理、信頼関係、全体的なネットワークの健康、およびその他の次元をカバーします。

収入と利益の損失への影響

ブロックの源泉徴収攻撃は、被害者の採掘プールのブロック出力を直接減らし、それにより鉱山労働者の収益に影響を与えます。この経済的影響は、個々の鉱山労働者と鉱業プール全体の2つのレベルで分析できます。

1。個々の正直な鉱夫への影響

マイニングプールがBWH攻撃に苦しんでいる場合、プールの生成が少ないため、正直な鉱山労働者はより少ない報酬を受け取ります。プールは「不運」に見え、ブロックを正常にマイニングすることなく、より長い間隔を経験します。比例またはPPLN（Pay-Per-last-n-shares）分布スキームでは、悪意のある鉱夫が完全なブロックを効果的に貢献することなく株式ベースの支払いを収集します 正直な鉱山労働者の報酬を希釈します.
たとえば、ビットコインマイニングプールでは、攻撃者が発見された1000株ごとに1ブロックを源泉徴収している場合、個人収入は約0.1％しか削減されませんが、プールはブロック全体の報酬を失います。したがって、正直な鉱山労働者の成果は部分的に押収され、収入と収益性を大幅に減らします。

2。マイニングプール全体への影響

プールレベルでは、すべての源泉徴収ブロックが直接採掘報酬を失うことになります（たとえば、ビットコインの6.25 BTCと取引料金）。これは、特に攻撃者がプールの総ハッシュレートの無視できない割合を制御する場合、大きな財政的打撃です。
で ペイパーシェア（PPS） モデル、プールオペレーターは、実際のブロック生産に関係なく、提出された株式に基づいて鉱夫を支払います。したがって、源泉徴収されたブロックは原因です 直接的な財政的損失 オペレーターに。で 比例/PPLNモデル、報酬は、ブロックが実際に採掘されている場合にのみ分散されます。攻撃者は、完全なブロックを貢献することなく、正直な鉱山労働者の収入のシェアを収集することでフリーロードします。

以下の表は、金融の損失がさまざまな支払いスキームの下でどのように現れるかをまとめたものです。

3。攻撃者の収益への影響

興味深いことに、攻撃者は少しかもしれません 全体的な収入を増やします.
攻撃者が同時に独自の採掘プールを実行している場合、または他の場所で鉱山を採掘する場合、競合他社を弱めると、グローバルブロック生産のシェアが向上します。調査によると、別の大きなプールを攻撃する大きなプールは、総収益をわずかに増加させる可能性があります。
たとえば、2つのプールがそれぞれネットワークの総ハッシュレートの25％を保持し、1つが他方を攻撃するためにネットワークハッシュレートの4％を割り当てると、攻撃者の総収益は約1.87％増加する可能性がありますが、攻撃されたプールの正直な鉱山労働者は収益の約10.2％を失う可能性があります。

チャート：
2つのプール（AとB）がそれぞれ25％のネットワークシェアを持ち、A a aittle Bをブロック源泉徴収して攻撃する場合：

• ブルーライン：攻撃者の収益は変化します（約4％の攻撃率で約1.87％）。

• 赤いライン：被害者プールの鉱山労働者の収益低下（〜10.2％）。

• グリーンライン：他の関与していない鉱山労働者は、一時的にネットワークの効果的なハッシュレートを一時的に低下させたため、わずかに利益を得ます。

したがって、攻撃者の直接的な利益は限られていますが、被害者は大きな損失を被り、ブロックがより多くの源泉徴収を行うようになります ダメージディーリング 非常に収益性の高い戦略ではなく戦術。

マイニングの難易度と効率への影響

ブロック源泉徴収攻撃は、マイニング難易度の指標と全体的な採掘効率にも影響します。

1。ハッシュレート廃棄物

BWH攻撃は重要です 計算能力の無駄：攻撃者は有効なブロックを見つけますが、それらを公開することを拒否し、ブロックチェーンの成長に貢献することなく、膨大な量の無駄な電力とハッシュパワーをもたらします。
したがって、 ユニットハッシュレートの寄与の効率 ネットワークに減少します。総ネットワークハッシュパワーのかなりの部分が源泉徴収によって無駄になった場合、各ブロックを生成するために必要な実際の計算努力が増加し、定常ブロックレートでネットワークを維持するためのエネルギー消費量が増加します。

2。マイニングの難易度の短期的な変動

ブロックの源泉徴収は遅くなります 実際のブロック生産速度 採掘能力の一部が有効なブロックをもたらさないためです。
次の難易度の調整の前に、正直な鉱山労働者はブロックの頻度が少ないことに気付くかもしれません。 難易度は一時的に高すぎます 効果的なハッシュパワーに比べて。ただし、攻撃者の貢献が無駄になっているため、正直な鉱山労働者のブロック報酬はわずかに改善されます。
時間が経つにつれて、ネットワークが長時間の遅いブロック生産を検出すると、マイニングの難易度を調整します 下向き 通常のブロック間隔を復元します。
したがって、源泉徴収攻撃が続く場合、ネットワークは効果的なマイニングパワーの低下を反映して、より低い難易度レベルに再調整します。正直な鉱山労働者の観点からは、攻撃期間中に一時的な困難が増加し、その後に マイニングの難易度の低下 その後。

ただし、攻撃が停止すると、難易度が低下すると、難易度が再び新しい平衡レベルに上昇するまで、ブロックレートが一時的に加速する可能性があります。頻繁な攻撃と停止の原因 ブロック間隔とマイニングの難易度のボラティリティ、ネットワークの安定性と予測可能性を損なう。

3。ネットワークセキュリティマージンの減少

ブロックの源泉徴収攻撃は51％の攻撃と同じ直接的な脅威をもたらさないが、それらは効果的に 実際の効果的なハッシュレートを減らします ブロックチェーンの保護。
源泉徴収ブロックは、ブロックチェーンを確保する累積作業に追加できたかもしれませんが、代わりに無駄になりました。長期にわたって、大規模な累積源泉徴収とは、特定のレベルのエネルギー入力について、ネットワークのセキュリティの蓄積が本来よりも低いことを意味します。
本質的に、ブロック源泉徴収攻撃がネットワークを作ります 完全なセキュリティ給付を享受することなく、採掘の費用を支払う、仕事の証明のコンセンサスの全体的な効率を低下させます。

マイニングプールの運用と管理への影響

ブロック源泉徴収攻撃は、採掘プールに重要な運用上およびセキュリティの課題をもたらします。

1。プールの評判と支払い圧力の損傷

鉱業プールがブロックを見つける際に一貫した不運を経験すると、その評判は低下します。
源泉徴収攻撃が検出されない場合、プールのブロック生産は予想よりも持続的に低いままであり、鉱夫は貧弱な管理や内部の問題を疑い、おそらく他のプールに移行します。
これは特に重要です 小さなプール、いくつかの欠落ブロックがパニックとマイナーの消耗を引き起こす可能性があります。

で PPSペイアウトモデル、源泉徴収されたブロックが原因です 直接損失 プールオペレーターに、対応するブロックの報酬がなくても、鉱山労働者に株式を支払わなければなりません。時間が経つにつれて、検出されない場合、これはにつながる可能性があります 経済的破産.

2。悪意のあるマイナー検出

隠された攻撃に対抗するには、プールオペレーターが展開する必要があります 統計的監視と行動分析 ツール。
彼らは、各鉱山労働者の提出された株式と、時間の経過とともに予想されるブロック調査確率を監視できます。
鉱山労働者が多数の株式を提出しているが、統計的な期待にもかかわらずフルブロックを提出しない場合、疑わしいとフラグが立てられる可能性があります。
ただし、源泉徴収行動は似ているため、この検出は困難です 自然な不運.
攻撃者は、疑いを避けるために、複数のアカウント（「Sybil Mining」）にハッシュパワーを分割することもでき、純粋に統計的検出が効果的ではありません。

3。入学制限と信頼メカニズム

一部のプールは締めて応答します メンバーシップ基準、競合他社による浸透を防ぐために、KYC（顧客を知っている）IDの確認、預金、またはより厳格なオンボーディングを要求します。
他の人は提案します 懲罰的メカニズム：ブロックの源泉徴収が検出された場合、すべての鉱山労働者の報酬をわずかに罰し、集団的監視を促進します。
しかし、これは罪のない鉱山労働者を不当に罰するリスクを負い、物議を醸す可能性があります。

別の防御尺度は次のとおりです 報酬構造調整:

• フルブロックを提出する鉱夫のボーナスの増加。

• 純粋な株式ベースの支払い率を減らす。

あるいは、「忘却の株式」提案は、鉱山労働者が完全なブロックを見つけたかどうかを知らずに証明を提出する必要があることを示唆しています。ただし、そのようなソリューションを実装するには必要です 主要なプロトコルの変更 （例えば、ハードフォーク）、展開が困難です。

4.管理の複雑さとコストの増加

一般に、ブロックの源泉徴収攻撃により、プールがバランスを取るようになります 開放性とセキュリティ.
鉱業プールは、より多くの鉱山労働者を認めることで成長しようとしていますが、隠された脅威からも守らなければなりません。運用上の複雑さとオーバーヘッドの増加です。
大規模なプールは高度な検出システムを提供する可能性がありますが、小さなプールはリソースが不足しているため、より脆弱になります。

信頼関係と協力関係への影響

攻撃の源泉徴収攻撃は、鉱山労働者とプール間の信頼をひどく損傷します。

1。鉱夫とプールの間の信頼

マイニングプールは伝統的に基づいて動作します 相互協力と公正な報酬の共有.
鉱夫はハッシュパワーを寄付し、プールは貢献に基づいて報酬を分配します。
しかし、ブロックの源泉徴収は、誰もが名目上の規則に従っていても、一部の内部アクターが他の人を犠牲にして利己的に行動する可能性があることを明らかにしています。
これは作成します 不信 鉱夫の間：

• 内部の妨害者はいますか？

• プールオペレーターは悪意のある行動を検出して防止できますか？

プールが一貫した不運を説明したり、効果的な対策を実施したりすることに失敗した場合、正直な鉱夫は自信を失い、去る可能性があります。
一方、プールオペレーターはすべてのメンバーを過度に疑い、コミュニティの信頼をさらに侵食する侵入的検証手順につながる可能性があります。

2。プール間の信頼

理想的には、さまざまなマイニングプールが競合しますが、互いに積極的に妨害しないでください。
ただし、ブロック源泉徴収が導入されます 戦略的敵意 プールの間。
大きなプールは、より小さなプールまたはライバルのプールを潜入して攻撃する可能性があります 競合他社を弱める、健康的な競争の精神を混乱させます。

信頼の欠如は落胆します 情報共有 そして 共同作業 マイニングプロトコルの改善（層V2など）や51％の攻撃に対する調整応答など。
産業の強い連帯がなければ、マイニングエコシステムは断片化され、脆弱になります。

ゲーム理論分析は、外部の罰や規制がない場合、 相互ブロックの源泉徴収は、ナッシュの平衡になる可能性があります：それがすべての人を傷つけたとしても、合理的な俳優は一方的な損失を危険にさらすよりも攻撃することを選択するかもしれません。

したがって、ブロックの源泉徴収は、aからマイニングプールを駆動できます 協同環境 に 破壊的な武器競争、鉱業セクター全体を傷つけます。

3。マイナーコミュニティへの影響

一般化された不信感も痛い より広い鉱業コミュニティ:

• 鉱夫は、知識を共有したり、新しいプールイニシアチブをサポートする意思がなくなります。

• マイナーのコンセンサスを必要とする新しいプロトコルまたは改善は、より大きな抵抗に直面しています。

• 中規模または中規模の鉱夫は、隠された攻撃に対するより良い保護を提供すると信じて、最大のプールのみに参加することを好むかもしれません。

これは強化されます 「Winner-Take-All」ダイナミクス、地方分権化を犠牲にして大きなプールが大きくなる - ブロックチェーンネットワークの元の精神に対して。

ネットワーク全体の健康とセキュリティへの影響

マクロの観点からは、ブロックの源泉徴収は51％の攻撃のようなブロックチェーントランザクションの整合性を直接妥協しませんが、累積的な効果は依然としてリスクをもたらします。

1。中央集権化と分散化の喪失

源泉徴収の源泉徴収採掘の集中化。
小さなプールはそのような攻撃に対してより脆弱であり、生き残るのに苦労する可能性がありますが、大きなプールは攻撃をよりよく吸収したり、競合他社に対してそれらを犯したりすることさえあります。
したがって、 強い成長が強くなります、に導きます ハッシュレート濃度 数人の主要なプレーヤーの手に。
このような集中は、ネットワークの抵抗を51％の攻撃に対する抵抗を弱め、暗号通貨の基礎となる分散化の原則を損ないます。

2。ネットワークの効率と安定性の低下

前述のように、源泉徴収攻撃はハッシュパワーを無駄にし、 有効なブロックごとのエネルギー消費量が多い.
効果的なハッシュレートが変動するため、ブロック間隔はより不安定になります。
ビットコインの難易度調整メカニズムは最終的に平衡を回復しますが、短期的な不安定性 予測可能性を損ないます 鉱夫とユーザー向け。

頻繁なブロックの源泉徴収は、特に収益性が予測不可能になった場合、鉱山労働者が継続的な参加を思いとどまらせる可能性があります。 ハッシュレートは減少します ブロックチェーンのセキュリティプロファイルが弱い。

3。プロトコルとコミュニティの対応

BWH攻撃の存在は、職場の証明コンセンサスにインセンティブの欠陥をさらします。合理的な鉱山労働者が個人的な利益のためにネットワークに害を及ぼすインセンティブを持っている状況です。
これにより、プロトコルのアップグレードまたは再設計に関する議論がトリガーされました。

• 「Oblivious Shares」などの概念。

• 悪意のある行動に対するペナルティメカニズム。

• マイニング報酬の構造的変化。

ただし、そのようなソリューションを実装するには、多くの場合必要です 基本的な変更 採掘プロトコルには、困難で物議を醸し、展開が遅い。

したがって、近い将来、ブロックの源泉徴収は残ります 潜在的な脅威 鉱夫、プールオペレーター、開発者からの警戒が必要です。

4。エネルギーの浪費と環境への懸念

仕事の証明採掘はすでに大規模なエネルギーを消費しているため、ブロックの差し控えは環境の批判を悪化させます 電気を無駄にします ブロックチェーンのセキュリティに貢献することなく。
この非効率性は、規制の精査を促進し、ビットコインや他のPOWベースの暗号通貨に対する議論を強化する可能性があります。

5。隠された累積リスク

ブロック源泉徴収は次のとおりです 内部、ステルスの脅威 - すぐに壊滅的ではありませんが、ネットワークの堅牢性を徐々に侵食します。
それは、個々の鉱山労働者のインセンティブとネットワークの集合的な利益との間の整合を弱めます。
そのステルス性のために、 長時間のブロック源泉徴収は気付かれない場合があります、大きな損傷が蓄積するまで気付かれない損失と脆弱性を引き起こします。

その他の重要な影響と考慮事項

上記の主要な効果に加えて、ブロックの源泉徴収攻撃は、いくつかの追加の注目すべき結果をもたらします。

1。さまざまなサイズのプールへの非対称的な影響

源泉徴収の源泉徴収をブロックします 小さなマイニングプール:

• 小さなプールのブロック調査周波数は低いため、1つの差し控えられたブロックでも収益に大きな影響を与える可能性があります。

• 多くの場合、高度な検出とセキュリティメカニズムが欠けているため、ターゲットを容易にします。

対照的に、 大きなプール より回復力があります：

• 1つの欠落ブロックは、総収益の割合が少ないことを表しています。

• 彼らは洗練された防御と検出システムを買う余裕があります。

さらに、大きなプールは、競争力のある武器としてブロック源泉徴収攻撃を使用できます より小さなプールをさらに抑制します、加速マイニング集中化。

2。個々の鉱山労働者への非対称的な影響

• 大規模な鉱夫 多くの場合、独自のプライベートプールを運営したり、一流のプールに参加したりして、隠された攻撃から身を守ります。

• 小規模または愛好家の鉱夫、安定した収入のために公共のプールに依存している人は、BWH攻撃によって引き起こされる収益の減少に対して最も脆弱です。

したがって、ブロックの源泉徴収は、少数の参加者のマイニングリスクと不確実性を高め、数人の大手プレーヤーの間で採掘力をさらに集中させます。

3。攻撃者の動機とリスク

攻撃者の2つの主な動機は次のとおりです。

• 経済的利益：競合他社を弱めて、自分の報酬のシェアを比較的増やします。

• 戦略的抑制：ライバルのプールを財政難や評判の喪失に強制します。

ただし、攻撃者もリスクに直面しています。

• 彼らは 自分の収入の一部を犠牲にします ブロックを源泉徴収するとき。

• 不十分に実行された場合、攻撃が故障し、純損失につながる可能性があります。

• 発見されて暴露された場合（困難であっても）、攻撃者はリスクがあります 評判の損害.

現在の分析では、攻撃者は特定の条件（例：大規模な攻撃プール、有意な相対的なハッシュレート）でのみ意味のある利益を達成していることが示されています。
ほとんどの実際のシナリオでは、 ブロック源泉徴収攻撃は、限られた、または否定的なリターンをもたらします、これは、今日の大規模な攻撃がなぜまれであるのかを部分的に説明しています。

4。エネルギー廃棄物と環境への影響

ブロックの源泉徴収は、すでに仕事の証明採掘に直面しているエネルギー消費批判を悪化させます。
ネットワークの電力使用量が増加します ブロックチェーンセキュリティを増やすことなく - 無駄な計算作業は単に破棄されます。

エネルギー効率と気候への影響がますます重要な公共の問題になるにつれて、マイニングの非効率性を悪化させる要因が招待されます より大きな規制と社会の精査.

5。複合攻撃の可能性

ブロックの源泉徴収は、より大きなダメージを得るために他の攻撃戦略と組み合わせることができます。
例は次のとおりです。

• 利己的なマイニング +ブロック源泉徴収（「自己保有」）：競合他社を抑制しながら攻撃者の利益を最大化するために2つを組み合わせます。

• 二重提出攻撃をブロックします：密かに差し控えられたブロックを犠牲者のプールに戻します。

このようなハイブリッド攻撃は今日ではほとんど理論的ですが、内部および外部の脅威がどのようにできるかを示しています 絡み合っています 将来の鉱業競争で。

鉱業コミュニティは、信頼の脆弱性を活用する進化する攻撃の組み合わせに警戒し続けなければなりません。

結論

要約すると、ブロックの源泉徴収攻撃は、ステルスであり、すぐに壊滅的ではありませんが、暗号通貨マイニングエコシステムに大きな悪影響を及ぼします。

• 個々の鉱山労働者と鉱業プールの場合、彼ら 直接所得の損失を引き起こします そして 不当な報酬希釈.

• 採掘プロセスのために、彼ら 廃棄物計算リソース そして マイニングの難しさを不安定にします.

• プール管理のために、彼ら 運用上の複雑さを高めます そして より厳格なメンバーシップコントロール.

• コミュニティの信頼のために、彼ら 自信を侵食します 鉱山労働者とプールの間で、協力的な精神を傷つけます。

• ネットワークの健康のために、彼ら マイニング集中化を加速します, エネルギーの非効率性を悪化させます、 そして ブロックチェーンの効果的なセキュリティを減らします.

• 環境上の懸念のために、彼ら ビットコインの評判をさらに損なう エネルギー集約型システムとして。

大規模なブロックの源泉徴収攻撃の現実世界のインスタンスは現在まれです（主に利益が限られているため）、この脆弱性の単なる存在は インセンティブの欠陥を明らかにします 現在の作業証明システムで。

緩和戦略には、以下の組み合わせが含まれなければなりません。

• マイニングプールでのより良い内部セキュリティプラクティス。

• コミュニティ主導の協力と透明性。

• そのような攻撃のインセンティブを排除または削減するための潜在的なプロトコルレベルのアップグレード。

最終的には、のみです 技術的、組織的、倫理的解決策を組み合わせた多面的な取り組み ブロックの源泉徴収のマイナスの影響を最小限に抑え、暗号通貨ネットワークの長期的な健康と繁栄を確保することができます。

参照

1. Eyal、I。、＆Sirer、E。G.（2014）。 過半数は十分ではありません。ビットコインマイニングは脆弱です. 金融暗号化とデータセキュリティ.
   (マイニングプールブロックの源泉徴収攻撃とその収益性条件について説明しています。)

2. Rosenfeld、M。（2011）。 ビットコインプールマイニング報酬システムの分析. ビットコイル.
   (ブロック隠し攻撃としても知られるブロック源泉徴収の最初の説明。)

3. デイブ・ハドソン（2014）。 プール戦争。
   (個人のブロックの源泉徴収と損失の源泉徴収と定量化をシミュレートする個人的なブログ投稿。)

4. Tencent Cloud Developerコミュニティ（2022）。 ビットコインマイニングの潜在的なインセンティブ （中国語）。
   (マイニングプールの競争と隠された攻撃戦略について説明します。)

5. Bitcoin Optech（2020）。 ブロック源泉徴収.
   (ブロックの源泉徴収攻撃と潜在的な軽減を議論する技術的な簡単な。)

6. Yang Qi et al。 （2023）。 ブロックチェーンマイニングゲームの進化的安定戦略。 応用科学.
   (さまざまな罰メカニズムの下で、マイニングプールの戦略の変化に関する進化ゲーム分析。)

7. Chen Hao et al。 （2022）。 「ブロックの源泉徴収攻撃に対する鉱夫の行動ベースの防御方法。」 （会議用紙、公開されていないリンク）
   (ペナルティベースの防衛戦略を提案します。)

8. Odaily Planet Daily（2022）。 ビットコインマイニングの未来を探る：鉱業プールは問題になりますか？ （中国語）。
   (採掘プールの支配と地方分権化の脅威のリスクに関する議論。)

9. Bitcoin stackexchange（2013）。 ブロックは、プールの採掘に対する脅威をどのように差し控えていますか？.
   (ブロックの源泉徴収の背後にある現実世界の影響と動機についてのコミュニティの議論。)