تأثير سمك السلور بين المهاجمين الداخليين والخارجيين: تحليل استراتيجية التعدين شبه الأمين

جدول المحتويات

1. المقدمة

أحدثت تقنية البلوكتشين ثورة في الأنظمة اللامركزية، حيث تهيمن آليات الإجماع القائمة على إثبات العمل (PoW) على سوق العملات المشفرة. ومع ذلك، تهدد هجمات التعدين مثل التعدين الأناني أمان البلوكتشين من خلال السماح للمهاجمين بالحصول على مكافآت غير متناسبة. تقدم هذه الورقة نموذجًا جديدًا متعدد المهاجمين يكشف عن تأثير سمك السلور بين المهاجمين الداخليين والخارجيين، موضحًا كيف يمكن للاستراتيجيات شبه الأمينة أن تكون مفيدة في بيئات التعدين التنافسية.

2. الخلفية والأعمال ذات الصلة

2.1 إجماع إثبات العمل

يتطلب إثبات العمل من المعدّنين حل ألغاز تشفيرية للتحقق من صحة المعاملات وإنشاء كتل جديدة. الأساس الرياضي يتضمن إيجاد قيمة عشوائية $n$ بحيث:

$H(رأس\_الكتلة, n) < الهدف$

حيث $H$ هي دالة التجزئة التشفيرية و$الهدف$ يحدد صعوبة التعدين.

2.2 نظرة عامة على هجمات التعدين

يسمح التعدين الأناني، الذي قدمه إيال وساير (2014)، للمهاجمين بحجب الكتل المكتشفة بشكل استراتيجي. يمكن نمذجة الإيرادات النسبية (RR) لمهاجم بقوة حاسوبية $\alpha$ على النحو التالي:

$RR = \frac{\alpha(1-\alpha)^2(4\alpha+\gamma(1-2\alpha))-\alpha^3}{1-\alpha(1+(2-\alpha)\alpha)}$

3. نموذج التعدين متعدد المهاجمين

3.1 هيكل النظام

ينتقل النموذج من النظام الأصلي إلى نظام متعدد المهاجمين بمرحلتين. يعمل المهاجمون الداخليون ضمن مجموعات التعدين الحالية، بينما ينضم المهاجمون الخارجيون من خارج النظام.

3.2 سيناريوهات الهجوم

ثلاثة أسباب رئيسية لانخفاض الإيرادات:

• منافسات غير متوقعة بين المهاجمين
• سيناريوهات المزاد في نشر الكتل
• المبالغة في تقدير عوامل التأثير

4. تحليل تأثير سمك السلور

4.1 المهاجمون الداخليون مقابل الخارجيون

يصف تأثير سمك السلور كيف أن إدخال المنافسة الخارجية يغير سلوك وإيرادات المهاجمين الداخليين. تعكس هذه الظاهرة الديناميكيات التنافسية الملاحظة في الأسواق التقليدية عندما يعطل الوافدون الجدد اللاعبين القائمين.

4.2 تأثير الإيرادات

تظهر النتائج التجريبية انخفاضًا كبيرًا في الإيرادات النسبية:

• المهاجم الداخلي: انخفاض بنسبة 31.9% في الإيرادات النسبية
• المهاجم الخارجي: مبالغة في تقدير الإيرادات النسبية بنسبة 44.6%

5. استراتيجية الإصدار الجزئي المبادِر

5.1 تصميم الخوارزمية

الإصدار الجزئي المبادِر (PIR) هو استراتيجية شبه أمينة تحسن توقيت إصدار الكتل. توازن الخوارزمية بين التعدين الأمين والحجب الاستراتيجي:

دالة الإصدارالجزئيالمبادِر(سلسلة_الكتل, كتل_المهاجم):
    إذا كان طول(كتل_المهاجم) >= 2:
        كتل_الإصدار = اختيار_مجموعة_فرعية_مثلى(كتل_المهاجم)
        بث(كتل_الإصدار)
        تحديث_السلسلة(سلسلة_الكتل, كتل_الإصدار)
    وإلا:
        متابعة_التعدين()
    إرجاع سلسلة_محدثة

5.2 تفاصيل التنفيذ

تتضمن الاستراتيجية حساب عتبة الإصدار المثلى $\theta$ بناءً على ظروف الشبكة وسلوك المنافسين:

$\theta = f(\alpha, \beta, زمن_انتقال_الشبكة, استراتيجية_المنافس)$

6. النتائج التجريبية

6.1 مقاييس الأداء

قاست التجارب الإيرادات النسبية تحت توزيعات مختلفة للقوة الحاسوبية. تشمل النتائج الرئيسية:

• يتفوق الإصدار الجزئي المبادِر على التعدين الأناني الخالص في سيناريوهات متعددة المهاجمين
• يحدث تحسين الإيرادات عند نسب قوة حاسوبية محددة
• يؤثر زمن انتقال الشبكة بشكل كبير على فعالية الاستراتيجية

6.2 التحليل المقارن

يوضح الرسم البياني التالي مقارنة الإيرادات بين الاستراتيجيات المختلفة:

7. التطبيقات المستقبلية

يفتح البحث عدة اتجاهات للعمل المستقبلي:

• التطبيق على إثبات الحصة وآليات الإجماع الأخرى
• التكامل مع التعلم الآلي للكشف التكيفي عن الهجمات
• الآثار الأمنية عبر السلاسل في شبكات البلوكتشين القابلة للتشغيل المتبادل
• أنظمة المراقبة في الوقت الفعلي لسيناريوهات متعددة المهاجمين

8. المراجع

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable
3. Liu, H., Ruan, N., & Liu, J. K. (2023). Catfish Effect Between Internal and External Attackers
4. Zhu, J., et al. (2017). Unpaired Image-to-Image Translation using Cycle-Consistent Adversarial Networks
5. Gervais, A., et al. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains