איך כורים חמדנים שוברים את שרשרת ה-DAG

טבלת קישורים

תקציר ואני. מבוא

II. רֶקַע

III. הגדרת בעיה

IV. פתרונות מוכווני DAG

V. ניתוח תיאורטי משחק

VI. מודל סימולציה

VII. הַעֲרָכָה

VIII. אמצעי נגד

ט. דיון ועבודה עתידית

X. עבודה קשורה

XI. מסקנה והפניות

תקציר - מספר פרוטוקולי קונצנזוס בלוקצ'יין הוצעו להשתמש בגרפים א-ציקליים מכוונים (DAGs) כדי לפתור את תפוקת העיבוד המוגבלת של שרשרת בודדת הוכחת-עבודה (PoW) מסורתית. פרוטוקולים רבים כאלה משתמשים באסטרטגיית בחירת עסקאות אקראית (RTS) (למשל, PHANTOM, GHOSTDAG, SPECTRE, Inclusive ו-Prism) כדי למנוע כפילויות של עסקאות על פני בלוקים מקבילים ב-DAG ובכך למקסם את תפוקת הרשת. עם זאת, מחקר קודם לא בחן בקפדנות התנהגויות חמדניות מכוונות תמריצים כאשר בחירת העסקאות חורגת מהפרוטוקול. בעבודה זו, אנו מבצעים תחילה ניתוח תיאורטי-משחק גנרי המפסטר מספר פרוטוקולי בלוקצ'יין מבוססי DAG המשתמשים באסטרטגיית RTS, ואנו מוכיחים כי אסטרטגיה כזו אינה מהווה שיווי משקל של נאש, דבר הנוגד את ההוכחה במאמר כולל . לאחר מכן, אנו מפתחים סימולטור בלוקצ'יין המרחיב את כלי הקוד הפתוח הקיימים כדי לתמוך במספר רשתות ולחקור סטיות מבוססות תמריצים מהפרוטוקול. אנו מבצעים סימולציות עם עשרה כורים כדי לאשר את המסקנה שלנו מהניתוח התיאורטי של המשחק. ההדמיות מאשרות ששחקנים תאבי בצע שאינם פועלים לפי אסטרטגיית ה-RTS יכולים להרוויח יותר מכורים ישרים ולפגוע בתפוקת העיבוד של הפרוטוקול מכיוון שעסקאות כפולות נכללות ביותר מבלוק אחד של רשתות שונות. אנו מראים שהאפקט הזה הוא פרופורציונלי בעקיפין לעיכוב ההפצה של הרשת. לבסוף, אנו מראים שכורים חמדנים מקבלים תמריץ ליצור מאגר כרייה משותף כדי להגדיל את הרווחים שלהם. זה מערער את הביזור ומדרדר את עיצוב הפרוטוקולים המדוברים. כדי לתמוך עוד יותר בטענותינו, אנו מבצעים ניסויים מורכבים יותר ברשת דמוית ביטקוין מציאותית עם יותר מ-7000 צומת

I. מבוא

בלוקצ'יין הפכו פופולריים בזכות מספר נכסים מעניינים שהם מציעים, כמו ביזור, אי-שינוי, זמינות ועוד. הודות לנכסים אלו, הבלוקצ'יין אומצו בתחומים שונים, כמו פיננסים, שרשרת אספקה, ניהול זהויות, האינטרנט של הדברים, מערכות קבצים וכו'.

עם זאת, blockchains מטבעם סובלים מצוואר הבקבוק של תפוקת העיבוד, שכן יש להגיע לקונצנזוס עבור כל בלוק בתוך השרשרת. גישה אחת לפתרון בעיה זו היא להגדיל את קצב יצירת הבלוק. עם זאת, לגישה כזו יש חסרונות. אם בלוקים אינם מופצים דרך הרשת לפני יצירת בלוק חדש, עלול להתרחש soft fork , שבו שני בלוקים במקביל מתייחסים לאותו בלוק אב. מזלג רך נפתר תוך זמן קצר על ידי כלל בחירת מזלג, וכך רק בלוק אחד מתקבל בסופו של דבר כתקף. כל העסקאות בבלוק מיותם (הידוע גם כן, מיושן) נמחקות. כתוצאה מכך, קונצנזוס מציין זאת

יצרו בלוקים יתומים בזבזו את המשאבים שלהם ולא זכו לתגמול.

כתגובה לבעיה שלעיל, מספר הצעות (למשל, כולל [26], PHANTOM [44], GHOSTDAG [44], SPECTRE [43]) החליפו מבנה נתונים משרשרת יחיד עבור גרפים א-ציקליים מכוונים (DAG) (לא מובנים) (ראה איור 1), בעוד הצעה אחרת בכיוון זה השתמשה ב-DAG מובנה (כלומר, פריזמה [6]). מבנה כזה יכול לשמור על מספר שרשרות מחוברות ובכך להגדיל באופן תיאורטי את תפוקת העיבוד. ההנחה של פתרונות מודאגים מוכווני DAG היא לנטוש את בחירת העסקה אך ורק על סמך העמלות הגבוהות ביותר שכן גישה זו מגדילה באופן אינטואיטיבי את ההסתברות שאותה עסקה כלולה ביותר מבלוק אחד (להלן התנגשות עסקה ). במקום זאת, גישות אלו משתמשות באסטרטגיית בחירת העסקאות האקראית (כלומר, RTS)[1] כחלק מפרוטוקול הקונצנזוס כדי למנוע התנגשויות בעסקאות. למרות שההשלכות של סטייה מאסטרטגיה כזו עשויות להיראות אינטואיטיביות, אף אחד עדיין לא ניתח ביסודיות את הביצועים והחוסן של גישות מודאגות מוכוונות DAG במסגרת מחקר אמפירי שחוקר התקפות תמריצים על בחירת עסקאות.

בעבודה זו, אנו מתמקדים בהשפעה של שחקנים **חמדנים[**2] במספר עיצובים מוכווני DAG של פרוטוקולי קונצנזוס. בפרט, אנו חוקרים את המצב שבו תוקף (או תוקפים) סוטים מהפרוטוקול על ידי אי ביצוע אסטרטגיית ה-RTS הננקטת על ידי כמה גישות מוכוונות DAG [26], [44], [44], [43], [6]. מתוך גישות אלו, PHANTOM [44], GHOSTDAG, [44], ו-SPECTRE [43] משתמשות ב-RTS שהוצג ב-Inclusive [26] - שאנו סותרים את הניתוח התיאורטי של המשחקים שלו (וההנחה החסרה לגבי יצירת מאגר כרייה) עֲבוֹדָה. לעומת זאת, פריזמה [6]

אינו מספק כל ניתוח מכוון תמריצים ולכן לא הראה כי הוא עמיד בפני התקפות תמריצים כלשהן המבוססות על בחירת עסקאות. עם זאת, שני קווי העבודות משתמשים ב-RTS ובכך מאפשרים לנו להפשט את פרטיהם ולהתמקד במודלים וניתוח של היבט זה.

אנו מעלים השערה הקובעת כי לתוקף החרוג מאסטרטגיית RTS עשויות להיות שתי השלכות משמעותיות. ראשית, תוקף כזה יכול לזכות בתגמולים גדולים יותר בהשוואה למשתתפים ישרים. שנית, תוקף כזה פוגע בתפוקת העסקאות, שכן התנגשות העסקה גדלה. אנו מאמתים ומוכיחים את ההשערה שלנו בניתוח תיאורטי למשחק ומראים ש-RTS אינו מהווה שיווי משקל נאש. נאמר בטרמינולוגיה אבולוציונית, אוכלוסיית כורים העוקבת אחר הפרוטוקולים המדוברים אינה חסינה מפני התוקף (מוטנט). לאחר מכן, אנו מבססים את המסקנות מניתוח תיאורטי משחקים על ידי כמה ניסויי סימולציה, שבהם אנו מתמקדים ב-DAG-PROTOCOL מופשט, בהשראת עיצובים קיימים.

תרומות . התרומות של עבודה זו הן כדלקמן:

1. אנו משערים כי אי הקפדה על אסטרטגיית RTS בפרוטוקולים מבוססי DAG מודאגים משפיעה לרעה על הרווח היחסי של כורים ישרים ועל התפוקה האפקטיבית של הרשת.

   
   

2. ההשערה מאומתת באמצעות ניתוח תיאורטי המשחק המתמקד בכל התרחישים האפשריים הכוללים שני שחקנים: כורה ישר שעוקב אחר RTS וכורה תאב בצע החורג ממנו. אנו מסיקים שאסטרטגיית ה-RTS אינה מהווה שיווי משקל של נאש.

   
   

3. אנו בונים סימולטור מותאם אישית המרחיב כלי סימולציה בקוד פתוח כדי להתייחס לשרשראות מרובות ותכניות תמריצים שונות, ובכך מאפשרים לנו לחקור מאפיינים של פרוטוקולים מודאגים מבוססי DAG.

   
   

4. אנחנו מבצעים ניסויים על DAGPROTOCOL מופשט, והם מאשרים שלשחקן תאב בצע שבוחר עסקאות על סמך העמלה הגבוהה ביותר יש יתרון משמעותי בעשיית רווחים בהשוואה לכורים ישרים שעוקבים אחר RTS.

   
   

5. לאחר מכן, אנו מדגימים על ידי ניסויים שמספר רב של שחקנים חמדנים יכולים להפחית באופן משמעותי את תפוקת העסקאות האפקטיבית על ידי הגדלת שיעור ההתנגשות של העסקאות על פני שרשראות מקבילות של DAGs.

   
   

6. אנו מראים שלשחקנים תאבי בצע יש תמריץ משמעותי ליצור מאגר כרייה כדי להגדיל את הרווחים היחסיים שלהם, מה שמדרדר את הביזור של העיצובים הנוגעים ל-DAG.

1. שימו לב ש-RTS כרוך באקראיות מסוימת בבחירת עסקאות, אך אינו שווה בהכרח לבחירת עסקאות אקראית באופן אחיד (כדי להיות בקנה אחד עם העבודות המשתמשות ב- Inclusive [26], כגון PHANTOM, GHOSTDAG [44], SPECTRE [43] גם כן. כיישום GHOSTDAG בשם Kaspa [42]).

2. שחקנים חמדנים חורגים מהפרוטוקול כדי להגדיל את רווחיהם.