マイナーに対するブロック源泉徴収攻撃の影響の包括的分析

導入

Block Withholding (BWH) 攻撃は、マイニング プールを標的とした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マイナーが意図的に フルブロックを差し控える 見つかった場合は、通常のプルーフ・オブ・ワーク共有のみを送信してください。その結果、攻撃者は予想されるマイニング収入のほぼすべてを保持しながら、マイニングプールから潜在的なブロック報酬を失うことになります。ブロック源泉徴収攻撃はブロックチェーン データを変更しませんが、マイニング プールの収益を混乱させ、マイナー間の信頼と協力を損ないます。
この文書では、BWH 攻撃がマイナーにどのような影響を与えるかについて、収入損失、マイニング効率、プール管理、信頼関係、全体的なネットワークの健全性、その他の側面をカバーする詳細な多面的な分析を提供します。

収益および利益損失への影響

ブロック源泉徴収攻撃は、被害者のマイニングプールのブロック出力を直接減少させるため、マイナーの収益に影響を与えます。この財務上の影響は、個々のマイナーとマイニング プール全体の 2 つのレベルで分析できます。

1. 個人の正直なマイナーへの影響

マイニング プールが BWH 攻撃の被害を受けると、プールが生成するブロックが少なくなるため、正直なマイナーが受け取る報酬も少なくなります。プールは「不運」に見え、ブロックのマイニングが成功しない間隔が長くなります。比例または PPLNS (Pay-Per-Last-N-Shares) 分配スキームでは、悪意のあるマイナーは依然としてフルブロックを寄付せずにシェアベースの支払いを効率的に収集します。 正直なマイナーの報酬を薄める.
たとえば、ビットコイン マイニング プールで、攻撃者が見つかった 1000 株ごとに 1 ブロック全体を保留した場合、個人の収入は約 0.1% しか減少しませんが、プールは 1 ブロック全体の報酬を失います。したがって、誠実な鉱山労働者の労働の成果は部分的に没収され、収益と収益性が大幅に減少します。

2. マイニングプール全体への影響

プールレベルでは、保留されたすべてのブロックはマイニング報酬（例：6.25 BTC とビットコインの取引手数料）の損失に直接つながります。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部分を制御している場合には、経済的に大きな打撃となります。
で ペイ・パー・シェア（PPS） モデルでは、プール運営者は実際のブロック生成に関係なく、提出されたシェアに基づいてマイナーに支払います。したがって、保留されたブロックにより、 直接的な経済的損失 オペレーターに。で 比例/PPLNS モデル, 報酬はブロックが実際に採掘された場合にのみ配布されます。攻撃者は、フルブロックを寄付することなく、正直なマイナーの収益の分け前を集めることで居候します。

以下の表は、さまざまな支払いスキームの下で財務上の損失が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、攻撃者はわずかに 全体の収入を増やす.
攻撃者が同時に独自のマイニングプールを実行するか、他の場所で通常どおりマイニングを行う場合、競合他社が弱体化することで、世界のブロック生産におけるシェアが向上します。研究によると、大規模なプールが別の大規模なプールを攻撃すると、その総収益がわずかに増加す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、一方が他方の攻撃にネットワークの総ハッシュ レートの 4% を割り当てた場合、攻撃者の総収益は約 1.87% 増加する可能性がありますが、攻撃されたプール内の誠実なマイナーは収益の約 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 シェアを持っており、A がブロック ウィズホールドを通じて B を攻撃する場合:

• 青線: 攻撃者の収益の変化 (最大約 +1.87%、攻撃率が約 4%)。

• 赤線: 被害者プールのマイナー収益は減少します (~-10.2%)。

• 緑の線: ネットワークの実効ハッシュ レートが一時的に低下するため、関与していない他のマイナーはわずかに利益を得ます。

したがって、攻撃者の直接の利益は限られていますが、被害者は多大な損失を被るため、ブロックの保留はより重要なものになります。 ダメージを与える 収益性の高い戦略ではなく、戦術です。

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や全体的なマイニング効率にも影響を与えます。

1. ハッシュレートの無駄

BWH 攻撃は重大な問題を引き起こす 計算能力の無駄遣い：攻撃者は有効なブロックを見つけても公開を拒否するため、ブロックチェーンの成長に貢献することなく、膨大な量の電力とハッシュパワーが無駄になります。
したがって、 ユニットハッシュレート貢献の効率 ネットワークへの接続が減少します。ネットワーク全体のハッシュ パワーのかなりの部分が保留によって浪費されると、各ブロックの生成に必要な実際の計算量が増加し、ネットワークを安定したブロック レートに維持するためのエネルギー消費量が増加します。

2. 採掘難易度の短期変動

ブロックの保留が遅くなる 実際のブロック生成速度 マイニング容量の一部が有効なブロックにならないためです。
次の難易度調整の前に、正直なマイナーはブロックが見つかる頻度が減っていることに気づくかもしれません。 一時的に難易度が高くなりすぎる 実効ハッシュパワーと比較して。ただし、攻撃者の貢献が無駄になるため、正直なマイナーのブロック報酬の取り分はわずかに向上します。
時間の経過とともに、ネットワークが長時間にわたる遅いブロック生成を検出すると、マイニングの難易度が調整されます。 下向き 通常のブロック間隔に戻します。
したがって、保留攻撃が続く場合、ネットワークは有効なマイニング能力の低下を反映して、より低い難易度に再調整されます。正直なマイナーの観点から見ると、攻撃期間中に一時的に難易度が上昇し、その後に 採掘難易度の低下 その後。

ただし、攻撃が停止すると、難易度が低下したため、難易度が再び新しい平衡レベルに上昇するまで、ブロック率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 ブロック間隔の変動性とマイニングの難易度、ネットワークの安定性と予測可能性が損なわれます。

3. ネットワークセキュリティマージンの低下

ブロック保留攻撃は、51% 攻撃ほど直接的な脅威をもたらすわけではありませんが、事実上、 実際の実効ハッシュレートを下げる ブロックチェーンの保護。
保留された各ブロックは、ブロックチェーンを保護するための累積的な作業が追加される可能性がありましたが、代わりに無駄になりました。長期的に見ると、大量の累積源泉徴収は、特定のレベルのエネルギー入力に対して、ネットワークのセキュリティ累積が本来よりも低いことを意味します。
本質的に、ブロック保留攻撃はネットワークを セキュリティ上の利点を十分に享受せずにマイニングのコストを支払う、Proof-of-Work コンセンサスの全体的な効率が低下します。

マイニングプールの運営と管理への影響

ブロック源泉徴収攻撃は、マイニング プールに重大な運用上およびセキュリティ上の課題をもたらします。

1. プールの評判の低下と支払い圧力

マイニングプールがブロックを見つける際に不運が続くと、その評判は傷つきます。
源泉徴収攻撃が検出されない場合、プールのブロック生成は予想よりも低い状態が継続し、マイナーが不適切な管理または内部問題を疑い、他のプールに移行する可能性があります。
これは特に重要です 小さいプール、いくつかのブロックが欠けていると、パニックやマイナーの減少が引き起こされる可能性があります。

で PPS 支払いモデル、保留されたブロックの原因 直接損失 対応するブロック報酬がなくても、マイナーにシェアの代金を支払わなければならないため、オペレーターをプールするためです。検出されないまま時間が経つと、次のような問題が発生する可能性があります。 財政破綻.

2. 悪意のあるマイナーの検出

隠れた攻撃に対抗するには、プール運営者は以下を展開する必要があります。 統計監視と行動分析 ツール。
各マイナーが提出したシェアと予想されるブロック発見確率を長期にわたって監視できます。
マイナーが大量のシェアを送信しても、統計的な予想にもかかわらず完全なブロックを送信しない場合、疑わしいとしてフラグが立てられる可能性があります。
ただし、源泉徴収の動作は次のようなものであるため、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ハッシュパワーを複数のアカウントに分割し (「シビルマイニング」)、純粋に統計的な検出の効果を低下させることもあります。

3. 入場制限と信頼メカニズム

一部のプールは締め付けることで対応します 会員基準、競合他社による侵入を防ぐために、KYC (Know Your Customer) 本人確認、デポジット、またはより厳格なオンボーディングを要求します。
他の人が提案する 懲罰的メカニズム: ブロック源泉徴収が検出された場合、すべてのマイナーの報酬にわずかなペナルティを課し、集団的な監視を奨励します。
ただし、これは無実の鉱山労働者を不当に罰する危険があり、物議を醸す可能性があります。

もう一つの防御策は、 報酬構造の調整:

• フルブロックを提出したマイナーのボーナスを増加します。

• 純粋な株式ベースの支払い割合を削減します。

あるいは、「Oblivious Shares」提案では、マイナーは完全なブロックを見つけたかどうかを知らずに証拠を提出する必要があり、選択的な源泉徴収を防ぐことができます。ただし、そのようなソリューションを実装するには、 主要なプロトコルの変更 (ハードフォークなど)、デプロイが困難です。

4. 管理の複雑さとコストの増加

一般に、保留攻撃をブロックすると、プールのバランスが強制されます。 オープン性とセキュリティ.
マイニングプールはより多くのマイナーを受け入れて成長を目指していますが、運用の複雑さとオーバーヘッドの増加という隠れた脅威からも防御する必要があります。
大規模なプールには高度な検出システムが備わっている可能性がありますが、小規模なプールではリソースが不足していることが多く、より脆弱になります。

信頼関係と協力関係への影響

ブロック源泉徴収攻撃は、マイナーとプールの間だけでなく、プール自体の間の信頼にも重大なダメージを与えます。

1. マイナーとプール間の信頼

マイニングプールは伝統的に以下に基づいて運営されています。 相互協力と公正な報酬の分配.
マイナーはハッシュパワーを提供し、プールはその貢献に基づいて報酬を分配します。
しかし、ブロック源泉徴収は、誰もが名目上のルールに従っている場合でも、一部の内部関係者が他の関係者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。
これにより、 不信 マイナーの間では:

• 内部妨害者はいますか?

• プール運営者は悪意のある行為を検出して防止することができますか?

プールが一貫した不運を説明できなかったり、効果的な対策を講じなかったりすると、正直なマイナーは自信を失い、退職する可能性があります。
その一方で、プール運営者はすべてのメンバーに対して過度に疑念を抱き、コミュニティの信頼をさらに損なう煩わしい検証手順につながる可能性もあります。

2. プール間の信頼

理想的には、異なるマイニング プールが競合しますが、互いに積極的に妨害しないようにします。
ただし、ブロック源泉徴収により、 戦略的敵意 プールの間。
大規模なプールは、小規模なプールや競合するプールに侵入して攻撃する可能性があります。 競争相手を弱体化させる、健全な競争の精神を破壊します。

信頼の欠如はやる気を失わせる 情報共有 そして 協力的な取り組み たとえば、マイニング プロトコル (Stratum V2 など) の改善や 51% 攻撃への対応の調整などです。
業界の強力な連帯がなければ、採掘エコシステムは断片化され、脆弱になります。

ゲーム理論の分析によると、外部からの罰や規制がなければ、 相互ブロック源泉徴収はナッシュ均衡になる可能性がある: たとえそれが全員を傷つけたとしても、合理的な行為者は一方的な損失の危険を冒すよりも攻撃を選択するかもしれません。

したがって、ブロック源泉徴収により、マイニングプールが 協力的な環境 に 破壊的な軍拡競争、鉱業部門全体に損害を与えます。

3. マイナーコミュニティへの影響

一般化した不信感もまた、 より広範なマイニングコミュニティ:

• マイナーは知識を共有したり、新しいプールの取り組みをサポートしたりすることに消極的になります。

• マイナーの合意を必要とする新しいプロトコルや改善は、より大きな抵抗に直面します。

• 小規模または中規模のマイナーは、隠れた攻撃に対する保護がより優れていると信じて、最大のプールのみに参加することを好む場合があります。

これは強化します 「勝者総取り」のダイナミクス、ブロックチェーンネットワークの本来の精神に反して、分散化を犠牲にして大規模なプールがさらに大きくなります。

ネットワーク全体の健全性とセキュリティへの影響

マクロの観点から見ると、ブロック源泉徴収は 51% 攻撃のようにブロックチェーン トランザクションの整合性を直接侵害するものではありませんが、その累積的な影響により依然としてリスクが生じます。

1. 集中化​​と分散化の喪失

ブロック源泉徴収はマイニングの集中化を悪化させます。
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、大規模なプールは攻撃をよりよく吸収し、競合他社に対して攻撃を実行することさえできます。
したがって、 強い者はさらに強くなる、につながる ハッシュレート濃度 数人の大手プレーヤーの手に渡ります。
このような集中は、51% 攻撃に対するネットワークの耐性を弱め、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

前述したように、保留攻撃はハッシュパワーを浪費し、その結果、 有効なブロックあたりのエネルギー消費量が増加する.
有効ハッシュ レートが変動するため、ブロック間隔はさらに不規則になります。
ビットコインの難易度調整メカニズムは最終的には均衡を回復しますが、短期的には不安定になります 予測可能性を損なう マイナーとユーザー向け。

ブロック源泉徴収が頻繁に行われると、特に収益性が予測できなくなった場合、マイナーが継続的に参加する意欲をそぐ可能性があり、さらなる収益低下につながる可能性があります。 ハッシュレートの低下 そして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、Proof-of-Work コンセンサスにおけるインセンティブの欠陥、つまり合理的なマイナーが個人的な利益のためにネットワークに損害を与えるインセンティブを持っている状況を明らかにします。
これは、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を引き起こしました。

• 「忘却の株」のような概念。

• 悪意のある行為に対するペナルティメカニズム。

• マイニング報酬の構造変更。

ただし、このようなソリューションを実装するには、多くの場合、 根本的な変化 マイニングプロトコルは難しく、議論の余地があり、導入に時間がかかります。

したがって、予見可能な将来においては、ブロック保留は引き続き行われます。 潜在的な脅威 マイナー、プール運営者、開発者には警戒が必要です。

4. エネルギーの浪費と環境への懸念

Proof-of-Work マイニングはすでに大量のエネルギーを消費しているため、ブロックの保留により環境批判がさらに悪化します。 電気の無駄遣い ブロックチェーンのセキュリティには貢献しません。
この非効率性は規制の監視を強化し、ビットコインやその他の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. 隠れた累積リスク

ブロック源泉徴収は、 内部のステルス的な脅威 — すぐに壊滅的な影響を与えるわけではありませんが、ネットワークの堅牢性が徐々に損なわれます。
これにより、個々のマイナーのインセンティブとネットワーク全体の利益の間の連携が弱まります。
そのステルス性の性質により、 長期にわたるブロック保留は気づかれない可能性があります、重大な損害が蓄積するまで気づかれない損失や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

ブロック保留攻撃は、上で説明した主な影響に加えて、さらにいくつかの注目すべき結果をもたらします。

1. 異なるサイズのプールに対する非対称的な影響

ブロックの保留は不当に害を及ぼします 小規模なマイニングプール:

• プールが小さいとブロックの検出頻度が低くなるため、保留されたブロックが 1 つでもあると収益に重大な影響を与える可能性があります。

• 多くの場合、高度な検出およびセキュリティ メカニズムが欠如しているため、簡単に標的にされます。

対照的に、 大きなプール より回復力があります:

• ブロックが 1 つ欠けていると、総収益に占める割合は小さくなります。

• 彼らは高度な防御と検出システムを備えることができます。

さらに、大規模なプールは、ブロック ウィズホールド攻撃を競争上の武器として使用して、 より小さいプールをさらに抑制します、マイニングの集中化が加速します。

2. 個々のマイナーに対する非対称的な影響

• 大規模マイナー 多くの場合、独自のプライベート プールを運用したり、最上位プールに参加したりして、隠れた攻撃から身を守ります。

• 小規模または趣味のマイナー安定した収入を公的プールに依存している人々は、BWH 攻撃による収入の減少に対して最も脆弱です。

したがって、ブロック源泉徴収は小規模参加者のマイニングリスクと不確実性を増大させ、小規模参加者を市場から追い出し、少数の大規模参加者にマイニングパワーをさらに集中させます。

3. 攻撃者の動機とリスク

攻撃者の主な動機は次の 2 つです。

• 経済的利益：競合他社を弱体化させて、自社の報酬の取り分を相対的に増やします。

• 戦略的抑圧：ライバルグループを経済的困難や評判の低下に追い込む。

ただし、攻撃者は次のようなリスクにも直面します。

• 彼らは 自分の収入の一部を犠牲にする ブロックを保留するとき。

• 攻撃が下手に実行されると失敗し、純損失につながる可能性があります。

• 発見され公開されると（たとえ困難であっても）、攻撃者に危険が及ぶ 風評被害.

現在の分析では、攻撃者は特定の条件（大規模な攻撃プール、有意な相対ハッシュ レートなど）下でのみ有意義な利益を達成できることが示されています。
現実世界のほとんどのシナリオでは、 保留攻撃をブロックすると、限られた利益しか得られず、場合によってはマイナスの利益も得られます。これは、今日大規模な攻撃がまれである理由を部分的に説明します。

4. エネルギーの無駄と環境への影響

ブロックの源泉徴収は、Proof-of-Work マイニングがすでに直面しているエネルギー消費の批判をさらに悪化させます。
ネットワークの電力使用量が増加します ブロックチェーンのセキュリティを強化せずに — 無駄な計算作業は単純に破棄されます。

エネルギー効率と気候への影響が公共問題としてますます重要になるにつれ、採掘の非効率を悪化させるあらゆる要因が危険を招きます。 規制と社会の監視の強化.

5. 複合攻撃の可能性

ブロックの保留を他の攻撃戦略と組み合わせると、より大きなダメージを与えることができます。
例としては次のものが挙げられます。

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

• ダブルサブミッション攻撃をブロック: 保留されたブロックを密かに被害者プールに売り戻します。

このようなハイブリッド攻撃は、今日ではほとんどが理論上のものですが、内部および外部の脅威がどのように起こり得るかを示しています。 絡み合う 将来のマイニング競争で。

マイニング コミュニティは、信頼の脆弱性を悪用する進化する攻撃の組み合わせに常に警戒する必要があります。

結論

要約すると、ブロック源泉徴収攻撃は、ステルスであり直ちに壊滅的な影響を与えるものではありませんが、仮想通貨マイニング エコシステムに広範な悪影響を及ぼします。

• 個々のマイナーとマイニング プールの場合、 直接的な収入損失を引き起こす そして 不当な報酬の希薄化.

• マイニングプロセスに関しては、 計算リソースを無駄にする そして 採掘の難易度を不安定にする.

• プール管理では、 運用が複雑になる そして より厳格なメンバーシップ管理を強制する.

• コミュニティの信頼のために、彼らは 自信を蝕む 鉱山労働者とプールの両方の間で同様に協力的な精神が損なわれます。

• ネットワークの健全性のために、 マイニングの集中化を加速する, エネルギー効率の悪化、 そして ブロックチェーンの実効的なセキュリティを低下させる.

• 環境への配慮から、彼らは、 ビットコインの評判をさらに傷つける エネルギーを大量に消費するシステムとして。

現在のところ、大規模なブロック保留攻撃の現実の事例はまれですが (主に利益が限られているため)、この脆弱性が存在するだけで十分です。 インセンティブの欠陥を明らかにする 現在の Proof-of-Work システムでは。

緩和戦略には、以下の組み合わせが含まれる必要があります。

• マイニングプールにおける内部セキュリティ慣行の改善。

• コミュニティ主導の協力と透明性。

• このような攻撃に対するインセンティブを排除または軽減するためのプロトコル レベルのアップグレードの可能性。

結局のところ、ただ、 技術的、組織的、倫理的なソリューションを組み合わせた多角的な取り組み ブロック保留による悪影響を最小限に抑え、仮想通貨ネットワークの長期的な健全性と繁栄を確保できます。

参考文献

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   (相互ブロック源泉徴収をシミュレートし、損益を定量化する個人のブログ投稿。)

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   (マイニングプールの競争と隠れた攻撃戦略について説明します。)

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7. Odaily Planet Daily (2022)。 ビットコイン マイニングの未来を探る: マイニング プールは問題になるでしょうか? （中国語で）。
   (マイニングプールの支配と分散化の脅威のリスクについての議論。)

8. ビットコイン StackExchange (2013)。 ブロックの保留はマイニングプールにとってどのような脅威となるのでしょうか?.
   (ブロック源泉徴収の背後にある現実世界への影響と動機についてのコミュニティでのディスカッション。)