كيف يقوم عمال المناجم الجشعون بكسر سلاسل الكتل DAG

جدول الروابط

الملخص والمقدمة

ثانيا. الخلفية

ثالثا: تعريف المشكلة

رابعا: الحلول الموجهة نحو DAG

5. التحليل النظري للعبة

سادسا. نموذج المحاكاة

7. التقييم

ثامناً: التدابير المضادة

IX. المناقشة والعمل المستقبلي

X. العمل ذو الصلة

الحادي عشر. الخاتمة والمراجع

الملخص - تم اقتراح العديد من بروتوكولات إجماع blockchain لاستخدام الرسوم البيانية غير الدورية الموجهة (DAGs) لحل الإنتاجية المحدودة للمعالجة لسلاسل الكتل التقليدية أحادية السلسلة لإثبات العمل (PoW). تستخدم العديد من هذه البروتوكولات استراتيجية اختيار المعاملات العشوائية (RTS) (على سبيل المثال، PHANTOM وGHOSTDAG وSPECTRE وInclusive وPrism) لتجنب تكرار المعاملات عبر الكتل المتوازية في DAG وبالتالي تعظيم إنتاجية الشبكة. ومع ذلك، لم تفحص الأبحاث السابقة بدقة السلوكيات الجشعة الموجهة بالحوافز عندما ينحرف اختيار المعاملة عن البروتوكول. في هذا العمل، نقوم أولاً بإجراء تحليل عام لنظرية اللعبة يلخص العديد من بروتوكولات blockchain القائمة على DAG والتي تستخدم استراتيجية RTS، ونثبت أن مثل هذه الاستراتيجية لا تشكل توازن ناش، وهو ما يتناقض مع الإثبات في ورقة Inclusive. بعد ذلك، نقوم بتطوير محاكي blockchain يمتد إلى أدوات مفتوحة المصدر موجودة لدعم سلاسل متعددة واستكشاف الانحرافات القائمة على الحوافز عن البروتوكول. لقد قمنا بإجراء عمليات محاكاة مع عشرة من عمال المناجم لتأكيد استنتاجنا من التحليل النظري للألعاب. وتؤكد عمليات المحاكاة أن الجهات الفاعلة الجشعة التي لا تتبع استراتيجية RTS يمكن أن تستفيد أكثر من عمال المناجم الصادقين وتضر بمعدل معالجة البروتوكول لأن المعاملات المكررة متضمنة في أكثر من كتلة من سلاسل مختلفة. لقد أظهرنا أن هذا التأثير يتناسب بشكل غير مباشر مع تأخير انتشار الشبكة. وأخيرًا، أظهرنا أن عمال المناجم الجشعين لديهم حافز لتشكيل مجموعة تعدين مشتركة لزيادة أرباحهم. وهذا يقوض اللامركزية ويؤدي إلى تدهور تصميم البروتوكولات المعنية. لدعم ادعاءاتنا بشكل أكبر، قمنا بإجراء تجارب أكثر تعقيدًا على شبكة واقعية تشبه البيتكوين مع أكثر من 7000 عقدة.

أولا- المقدمة

أصبحت تقنية البلوكشين شائعة بسبب العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام التي تقدمها، مثل اللامركزية، وعدم القدرة على التغيير، والتوافر، وما إلى ذلك. وبفضل هذه الخصائص، تم اعتماد تقنية البلوكشين في مجالات مختلفة، مثل التمويل، وسلاسل التوريد، وإدارة الهوية، وإنترنت الأشياء، وأنظمة الملفات، وما إلى ذلك.

ومع ذلك، تعاني سلاسل الكتل بطبيعتها من عنق زجاجة معدل المعالجة، حيث يجب التوصل إلى توافق في الآراء لكل كتلة داخل السلسلة. أحد الأساليب لحل هذه المشكلة هو زيادة معدل إنشاء الكتل. ومع ذلك، فإن مثل هذا النهج له عيوب. إذا لم يتم نشر الكتل عبر الشبكة قبل إنشاء كتلة جديدة، فقد يحدث انقسام ناعم ، حيث تشير كتلتان متزامنتان إلى نفس الكتلة الأصلية. يتم حل الانقسام الناعم في وقت قصير من خلال قاعدة اختيار الانقسام، وبالتالي يتم قبول كتلة واحدة فقط في النهاية على أنها صالحة. يتم تجاهل جميع المعاملات في كتلة يتيمة (المعروفة أيضًا باسم قديمة). نتيجة لذلك، يتم تجاهل عقد الإجماع التي لا يمكن الوصول إليها بسهولة.

تم إنشاء كتل يتيمة أهدرت مواردها ولم تحصل على مكافأة.

استجابةً للمشكلة المذكورة أعلاه، استبدلت العديد من المقترحات (على سبيل المثال، Inclusive [26]، PHANTOM [44]، GHOSTDAG [44]، SPECTRE [43]) بنية بيانات متسلسلة واحدة للرسوم البيانية غير المنتظمة الموجهة (DAGs) (انظر الشكل 1)، بينما استخدم اقتراح آخر في هذا الاتجاه DAG منظمًا (أي Prism [6]). يمكن لمثل هذا الهيكل الحفاظ على سلاسل مترابطة متعددة وبالتالي زيادة معدل معالجة البيانات نظريًا. الافتراض الذي تستند إليه الحلول الموجهة نحو DAG هو التخلي عن اختيار المعاملات بناءً على أعلى الرسوم بشكل بحت لأن هذا النهج يزيد بشكل حدسي من احتمالية تضمين نفس المعاملة في أكثر من كتلة (يشار إليها فيما بعد باسم تصادم المعاملات ). بدلاً من ذلك، تستخدم هذه الأساليب استراتيجية اختيار المعاملات العشوائية (أي، RTS) [1] كجزء من بروتوكول الإجماع لتجنب تصادم المعاملات. ورغم أن عواقب الانحراف عن مثل هذه الاستراتيجية قد تبدو بديهية، إلا أن أحداً لم يقم حتى الآن بتحليل شامل لأداء ومتانة المناهج المعنية الموجهة نحو تحديد المعاملات ضمن دراسة تجريبية تبحث في هجمات الحوافز على اختيار المعاملات.

في هذا العمل، نركز على تأثير الجهات الفاعلة الجشعة في العديد من التصميمات الموجهة نحو DAG لبروتوكولات الإجماع. على وجه الخصوص، ندرس الموقف الذي ينحرف فيه المهاجم (أو المهاجمون) عن البروتوكول بعدم اتباع استراتيجية RTS التي تفترضها بعض الأساليب الموجهة نحو DAG [26]، [44]، [44]، [43]، [6]. من بين هذه الأساليب، يستخدم PHANTOM [44] وGHOSTDAG [44] وSPECTRE [43] استراتيجية RTS التي تم تقديمها في Inclusive [26] - والتي نتناقض في هذا العمل مع تحليلها النظري للألعاب (والافتراض المفقود حول إنشاء مجموعة تعدين). على النقيض من ذلك، Prism [6]

لا تقدم أي تحليل موجه نحو الحوافز وبالتالي لم تظهر أنها مقاومة لأي هجمات حوافز تستند إلى اختيار المعاملات. ومع ذلك، يستخدم كلا الخطين من الأعمال RTS وبالتالي تمكننا من تلخيص تفاصيلهما والتركيز على النمذجة وتحليل هذا الجانب.

لقد وضعنا فرضية تنص على أن انحراف المهاجم عن استراتيجية RTS قد يؤدي إلى نتيجتين مهمتين. أولاً، يمكن لمثل هذا المهاجم أن يكسب مكافآت أكبر مقارنة بالمشاركين الصادقين. ثانياً، يضر مثل هذا المهاجم بمعدل إنتاج المعاملات، حيث يزداد تصادم المعاملات . لقد قمنا بالتحقق من فرضيتنا وإثباتها في تحليل نظري للعبة وأظهرنا أن RTS لا يشكل توازن ناش. وبعبارة تطورية، فإن مجموعة من عمال المناجم الذين يتبعون البروتوكولات المعنية ليسوا محصنين ضد المهاجم (المتحول). بعد ذلك، قمنا بإثبات الاستنتاجات من تحليل نظري للعبة من خلال بضع تجارب محاكاة، حيث ركزنا على بروتوكول DAG-PROTOCOL المجرد، المستوحى من التصميمات الموجودة.

المساهمات . المساهمات في هذا العمل هي كما يلي:

1. نحن نفترض أن عدم اتباع استراتيجية RTS في بروتوكولات DAG المعنية يؤثر سلبًا على الربح النسبي للمعدنين الصادقين والإنتاجية الفعالة للشبكة.

   
   

2. تم التحقق من صحة الفرضية باستخدام تحليل نظرية اللعبة الذي يركز على جميع السيناريوهات المحتملة التي تنطوي على طرفين: عامل منجم صادق يتبع استراتيجية الوقت الحقيقي في الوقت الحقيقي وعامل منجم جشع ينحرف عنها. نستنتج أن استراتيجية الوقت الحقيقي في الوقت الحقيقي لا تشكل توازن ناش.

   
   

3. نقوم ببناء محاكي مخصص يمتد بأدوات المحاكاة مفتوحة المصدر للنظر في سلاسل متعددة ومخططات حوافز مختلفة، وبالتالي تمكننا من التحقيق في خصائص البروتوكولات القائمة على DAG المعنية.

   
   

4. لقد أجرينا تجارب على DAGPROTOCOL مجردة، وقد أكدت هذه التجارب أن الممثل الجشع الذي يختار المعاملات بناءً على أعلى رسوم يتمتع بميزة كبيرة في تحقيق الأرباح مقارنة بالمعدنين الصادقين الذين يتبعون RTS.

   
   

5. بعد ذلك، نوضح من خلال التجارب أن الجهات الفاعلة الجشعة المتعددة يمكنها أن تقلل بشكل كبير من معدل الإنتاجية الفعلية للمعاملات من خلال زيادة معدل تصادم المعاملات عبر سلاسل موازية من DAGs.

   
   

6. نُظهر أن الجهات الفاعلة الجشعة لديها حافز كبير لتشكيل تجمع تعدين لزيادة أرباحها النسبية، مما يؤدي إلى تدهور اللامركزية في التصميمات الموجهة نحو DAG المعنية.

1. لاحظ أن RTS ينطوي على قدر معين من العشوائية في اختيار المعاملة ولكنه لا يساوي بالضرورة اختيار المعاملة العشوائي الموحد (ليكون متوافقًا مع الأعمال التي تستخدم Inclusive [26]، مثل PHANTOM، وGHOSTDAG [44]، وSPECTRE [43]، بالإضافة إلى تنفيذ GHOSTDAG المسمى Kaspa [42]).

2. ينحرف الجشعون عن البروتوكول لزيادة أرباحهم.