Czym jest samolubne wydobywanie w łańcuchu bloków?

Nie wszyscy górnicy kryptowalut działają dla większego dobra.

Decentralizacja ma kluczowe znaczenie w większości projektów i sieci na blockchainie. Bitcoin deleguje weryfikację transakcji do węzłów dysponujących mocą obliczeniową, zamiast polegać na organie centralnym. W przypadku blockchaina typu Proof of Work (PoW), takiego jak Bitcoin, proces ten nazywa się wydobywaniem. Uczestnicy zatwierdzają transakcje kryptowalutowe i otrzymują nagrody.

Bezpieczeństwo na blockchainie PoW zależy od założenia, że węzły pozostaną uczciwe i będą dzielić się nowymi blokami w łańcuchu. Ale nie można zagwarantować uczciwości każdego węzła. Niektórzy mogą nie publikować informacji o nowo odkrytych blokach, aby zdobyć więcej nagród w procesie zwanym samolubnym wydobywaniem.

Czym jest samolubne wydobywanie?

Samolubne wydobycie polega na tym, że górnik lub grupa górników podstępnie wstrzymuje nowe bloki w łańcuchu bloków, aby zmonopolizować nagrody za sprawdzanie poprawności bloków. Wydobywanie oznacza sprawdzanie transakcji w sieci Bitcoin w zamian za nagrodę blokową i opłaty transakcyjne. Na tym właśnie polega wydobywanie Bitcoinów.

Samolubne wydobycie ma miejsce, gdy górnik utrzymuje w tajemnicy informacje o nowo odkrytym bloku, aby zgromadzić więcej bloków niż w łańcuchu publicznym i zdobyć większość nagród za bloki.

Samolubni górnicy, jeśli uda im się przeprowadzić atak, mogą zmienić trajektorię blockchainu. Ich głównym celem jest osłabianie łańcucha publicznego poprzez tworzenie większej liczby bloków, wystarczającej do zdominowania głównego łańcucha i monopolizacji nagród za bloki. Kiedy już będą mogli zastąpić główny łańcuch swoim prywatnym łańcuchem, bloki i transakcje w obrębie bloków w łańcuchu będą zupełnie inne od tego, co zwykle powinno być rejestrowane.

Jak działa samolubne wydobywanie?

Aby zrozumieć samolubne wydobycie, ważne jest, aby zrozumieć, jak działa wydobycie blockchain. Kiedy wysyłasz kryptowaluty z jednego portfela do drugiego, transakcja jest grupowana z innymi, tworząc blok zaszyfrowany 64-cyfrową liczbą szesnastkową zwaną skrótem. Górnicy konkurują w rozwiązywaniu problemów, dysponując mocą obliczeniową niezbędną do odgadnięcia skrótu. Wybrany górnik zyskuje prawo do zatwierdzenia transakcji w tym bloku, dodania go do łańcucha publicznego i otrzymania nagrody.

Samolubny górnik będzie konkurował z innymi górnikami w odgadnięciu skrótu i zyskaniu prawa do dodania bloku do łańcucha bloków. Jednak zamiast dodawać (publikować) nowy blok, samolubny górnik ukrywa ten blok i kontynuuje wydobywanie na nim bloków. Bloki wydobywane samolubnie są ujawniane tylko w celu uzyskania maksymalnej nagrody za bloki.

Proces wydobycia zachodzi jednocześnie, a nie jednocześnie. W dużej sieci, takiej jak Bitcoin, przetwarzane są tysiące transakcji. Aby zaoszczędzić czas, transakcje są grupowane w bloki. Górnicy rywalizują o to, jak najszybciej rozwiązać skrót dla bloku, więc to oni dodadzą go do łańcucha.

Kiedy jednak samolubny górnik wydobywa i ukrywa blok, nie chowa go pod korcem. Zamiast tego górnik nie dodaje go do księgi rozproszonej, tworząc tzw. „przypadkowe rozwidlenie”. Przypadkowy fork to po prostu seria bloków biegnących obok, ale nie będących częścią łańcucha bloków. Chociaż w przypadku samolubnego wydobycia naprawdę nie jest to przypadek.

Podczas gdy inni górnicy kryptowalut stale pracują nad publiczną częścią łańcucha bloków, samolubni górnicy budują na swoim forku, zamierzając zgromadzić więcej bloków niż łańcuch publiczny, po czym to publikują.

W tym momencie może się zdarzyć jedna z trzech rzeczy; jeśli łańcuch publiczny jest dłuższy niż widelec samolubnego górnika, przepadają, a (uczciwi) górnicy w łańcuchu publicznym zyskują swoje nagrody. Jeśli łańcuch publiczny jest krótszy, wygrywają, a przypadkowe rozwidlenie zostaje przyjęte jako prawidłowe. Dzieje się tak, ponieważ blockchain dowodu pracy opiera się na założeniu, że najdłuższy łańcuch jest prawidłowym łańcuchem. „Samolubny” widelec staje się wówczas częścią głównego łańcucha, a zduplikowane bloki w głównym łańcuchu są odrzucane, co powoduje, że górnicy, którzy przyczynili się do tego łańcucha, tracą swoje nagrody.

Blockchain PoW wymaga dużej mocy obliczeniowej do walidacji transakcji, dlatego grupa górników często prowadzi działalność wydobywczą zwaną pulą, która łączy ich moc obliczeniową, aby zwiększyć ich szanse na zdobycie nagród. Samolubny górnik musi utrzymać od pięciu do dziesięciu procent szybkości mieszania w sieci.

Czy samolubne wydobycie jest niebezpieczne?

Jednym ze skutków samolubnego ataku górniczego jest centralizacja sieci. Węzły w łańcuchach bloków PoW muszą przyjąć najdłuższy łańcuch jako prawidłową wersję łańcucha bloków. Ponieważ uczciwe węzły ryzykują utratę nagród, jeśli w momencie publikacji łańcuch samolubnych okaże się dłuższy, istnieje większe prawdopodobieństwo, że dołączą do grupy samolubnych górników. Ostatecznie samolubna pula rozrasta się, stając się większością w łańcuchu bloków i eliminuje decentralizację w sieci.

Centralizacja wydobycia w sieci Bitcoin może również prowadzić do opóźnień w transakcjach. Kiedy samolubna pula stanie się większością w sieci, może decydować, które transakcje zostaną dodane do łańcucha publicznego. Samolubni górnicy częściej traktują bloki z wyższymi nagrodami. Taki wybór transakcji doprowadzi do spiętrzenia transakcji i sprawi, że sieć stanie się nieefektywna.

Ponadto samolubne wydobywanie poprzez wprowadzenie centralizacji do łańcucha bloków tworzy idealne środowisko dla złośliwych aktorów. Mogą również wystąpić problemy takie jak podwójne wydatki, ponieważ zadanie sprawdzania poprawności transakcji leży w mocy nieuczciwych węzłów.

Strategie zwalczania samolubnego górnictwa

Zaproponowano kilka strategii zwalczania samolubnego wydobywania w sieci Bitcoin, a każda strategia opiera się na innym podejściu. Choć niektórzy sugerują wprowadzenie zmian w sieci, inne strategie obejmują zapewnianie węzłom zachęt do zachowania uczciwości.

Pierwszym proponowanym rozwiązaniem jest technika randomizacji. Nazywa się to zmianą zapewniającą kompatybilność wsteczną. Wymaga to od górników, którzy natkną się na więcej niż jedno rozwidlenie łańcucha bloków, losowego wybrania tego, nad którym będą kontynuować pracę. Oprócz losowego wybierania bloków, górnicy muszą publikować informacje o wszystkich odkrytych blokach i forkach. Ponieważ samolubne wydobycie zależy od prywatnego łańcucha i celowe ciągłe wydobycie w tym łańcuchu, wprowadzenie procesu losowej selekcji podważa tę działalność.

Odrębna strategia polega na oznakowaniu każdego bloku znacznikiem czasu. Znacznik czasu będzie zawierał informację o tym, kiedy każdy blok został wydobyty, więc jeśli blok zostanie wydobyty prywatnie, a następnie dodany do głównego łańcucha z nieaktualnym znacznikiem czasu, można go łatwo oddzielić od pozostałych i wyrzucić.

Samolubne wydobywanie zmniejsza wartość Bitcoina

Niezależnie od ich lukratywnego uroku, samolubne ataki wydobywcze mogą negatywnie wpłynąć na sieć blockchain. Mogą prowadzić do centralizacji i opóźnień w transakcjach, tworząc idealne środowisko dla złośliwych aktorów.

Zaproponowano kilka strategii zwalczania samolubnego wydobywania, w tym wprowadzanie zmian w protokole i zachęcanie węzłów do zachowania uczciwości. Ostatecznie, aby górnicy odnieśli zysk, w ich najlepszym interesie leży uczciwe działanie i utrzymanie propozycji wartości kryptowaluty.