比特币的自私挖矿

Posted 2021-06-22 Luowaterbi

哈尔滨工程大学计算机学院2021年区块链技术课程
2018065217罗先镇
2018201627张本超

文章目录

• 一、比特币挖矿
• • 1.什么是挖矿
  • 2.挖矿的奖励机制
  • 3.挖矿公约与最长链原则
• 二、自私挖矿
• • 1.原理
  • 2.分析
• 三、危害及发展
• • 1.危害
  • 2.发展

一、比特币挖矿

1.什么是挖矿

挖矿规则：挖矿，专业解释是计算机hash（哈希或散列函数）随机碰撞的过程。简单一点说，就是比特币系统出一道数学题，看谁家挖矿设备先有解


打个比方，区块007号假设出了一道题：最先计算出下列值的矿工可以得到比特币！
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各色计算机在矿工们的带领下，开始苦哈哈地计算正确答案。比特币系统自身也会调节难度，控制解题的时间，一般来讲，约每10分钟挖出一个区块。在这10分钟内，计算机只能不停地去计算，去试各种字符串。直到你最早试出正确的答案abc，这时，你就可以把答案写进区块里，然后开心坐等系统发给比特币和本区块内所有交易的tips 手续费

2.挖矿的奖励机制

一个矿工生产了区块之后，会获得的两种不同类型的奖励：手续费和出块奖励

手续费：
转账需要向矿工缴纳手续费。普通用户需要转账，就需要构建交易，并广播到网络上。如果输入和输出相等，是没有矿工愿意帮忙记账的，因为输入大于输出的那部分就是普通用户愿意支付给矿工的手续费。注意，普通用户不用去管输入输出这些概念，钱包软件会展示给用户一个非常友好的界面，用户只要填写好转账和手续费的金额即可。因为比特币无中央权威的特点，没有人有权利去指定手续费的具体金额。手续费是在自由市场条件下来形成，如果交易很多，普通用户就需要适当提高交易手续费，不然交易可能会被矿工忽略，造成转账失败。

出块奖励：除了手续费，矿工还可以获得出块奖励。出块奖励每四年会减半，到2140年，比特币发行总量到达2100万之后，就不会有出块奖励了。

3.挖矿公约与最长链原则

挖矿公约：
区块 N 被挖出来之前，不能开始挖区块 N+1。区块 N 一旦被某节点挖出，该节点马上公布，其它节点听到后将区块 N 写入账本后，立刻开始挖区块 N+1。
遵守公约的矿工就叫做“诚实的矿工。
最长链原则：
中本聪在论文《比特币：一种点对点网络中的电子现金》中曾介绍，比特币工作量证明机制的本质是一CPU一票，而最长链包含了最大的工作量，所以"大多数人"的决定就可以表达为最长链。通俗来讲就是，比特币区块是依靠矿工们不断进行数学运算而产生的，每一个区块都必须引用其上一个区块，因此最长的链也是最难以推翻和篡改的，所以节点永远认为最长链才是有效的区块链，只有在最长链上挖矿的矿工才能够获得奖励，这就是我们常说的比特币最长链原则。

在2013年，研究人员Ittay Eyal和Emin Gun Sirer就通过论文《Majority is not Enough： Bitcoin Mining is Vulnerable》发表了对自私挖矿的探索和研究。该论文的论点与人们普遍的观念不同，认为比特币的矿工激励机制存在缺陷。

二、自私挖矿

1.原理

“自私采矿”是对比特币采矿和激励的攻击。其目的不是为了破坏比特币的运作机制，而是为了获得额外的奖励并使诚实的矿工进行无效计算。简而言之，“自私采矿”攻击的核心思想是“自私采矿”池（以下简称“恶意矿池”）故意延迟其计算出的新区块的发布，并控制它自己私人的分支，导致链的分叉，并利用最长链原则，实现自己的收益最大化。

2.分析

一开始，自私的矿工会在最长链上挖矿，就像协议希望的那样。不过，一旦 TA 挖出了一个区块，TA 会先把这个区块藏起来，而不是立即发布出去，然后尝试在这个秘密块后继续出块，形成一个 “秘密分支”

与此同时，其它矿工会延长公开的那条链，这条链最终会变得更长。而自私挖矿的矿工会继续延长其秘密分支，直到公开分支只落后一个区块。然后自私矿工就会把自己的秘密分支发布出来。

因为秘密分支更长，那么另一方就会认为这条才是主链，从这时开始，所有人都会跟随自私矿工的分支，而其他矿工挖出的区块会被抛弃 —— 被忽略，并使得出块矿工一无所获。

但这种策略也不是万无一失 —— 从开始秘密挖矿时起，自私矿工就一直承担着风险。如果 TA 出了一个秘密区块同时别的矿工也出了一个区块，TA 就不能靠发布这个秘密区块来变成最长链；相反，此时会变成两个同样长的分支在竞争最长链。

自私矿工的收益与算力规模的函数

三、危害及发展

1.危害

此时，网络里存在两条链，一条公开的，一条隐藏的。自私挖矿的时候，并没有保护网络的安全性。这导致了两个问题
1 .网络的安全性下降了，不需要50%的算力也可以进行攻击；
2 .一些算力较小的矿工，也会发现自私挖矿对于他们严格有利（因为全网的算力实际上变小了）。

2.发展

1.扩展“自私采矿”战略——“EqualFork Stubborn”和“Trail Stubborn”
2.贝叶斯博弈公式用于模拟战略中“自私采矿”矿工的选择行为