অভ্যন্তরীণ ও বাহ্যিক আক্রমণকারীদের মধ্যে ক্যাটফিশ প্রভাব: সেমি-হনেস্ট মাইনিং কৌশল বিশ্লেষণ

সূচিপত্র

১. ভূমিকা

Blockchain technology has revolutionized decentralized systems, with Proof of Work (PoW) consensus mechanisms dominating the cryptocurrency market. However, mining attacks like selfish mining threaten blockchain security by allowing attackers to gain disproportionate rewards. This paper introduces a novel multi-attacker model that reveals the catfish effect between internal and external attackers, demonstrating how semi-honest strategies can be beneficial in competitive mining environments.

২. পটভূমি ও সংশ্লিষ্ট কাজ

২.১ ওয়ার্ক কনসেনসাস প্রমাণ

Proof of Work-এ মাইনারদের লেনদেন বৈধকরণ এবং নতুন ব্লক তৈরির জন্য ক্রিপ্টোগ্রাফিক ধাঁধা সমাধান করতে হয়। এর গাণিতিক ভিত্তি হলো এমন একটি ননস $n$ খুঁজে বের করা যাতে:

$H(block\_header, n) < target$

যেখানে $H$ হল ক্রিপ্টোগ্রাফিক হ্যাশ ফাংশন এবং $target$ খননের কঠোরতা নির্ধারণ করে।

২.২ মাইনিং আক্রমণের সংক্ষিপ্ত বিবরণ

ইয়াল এবং সিরার (২০১৪) প্রবর্তিত স্বার্থখনন কৌশল আক্রমণকারীদেরকে কৌশলগতভাবে আবিষ্কৃত ব্লক আটকে রাখতে সক্ষম করে। $\alpha$ কম্পিউটেশনাল শক্তি সম্পন্ন একজন আক্রমণকারীর আপেক্ষিক আয় (আরআর) নিম্নরূপ মডেল করা যেতে পারে:

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

Revenue Drop

৩১.৯% পর্যন্ত

অভ্যন্তরীণ আক্রমণকারী RR হ্রাস

অতিরিক্ত মূল্যায়ন

৪৪.৬% পর্যন্ত

External attacker RR error

3. মাল্টি-অ্যাট্যাকার মাইনিং মডেল

3.1 সিস্টেম আর্কিটেকচার

মডেলটি দুটি পর্যায়ে মূল সিস্টেম থেকে মাল্টি-অ্যাটাকার সিস্টেমে রূপান্তরিত হয়। অভ্যন্তরীণ আক্রমণকারীরা বিদ্যমান মাইনিং পুলের মধ্যে কাজ করে, যখন বাহ্যিক আক্রমণকারীরা সিস্টেমের বাইরে থেকে যোগ দেয়।

3.2 Attack Scenarios

আয় হ্রাসের তিনটি প্রধান কারণ:

আক্রমণকারীদের মধ্যে অপ্রত্যাশিত প্রতিযোগিতা
ব্লক প্রসারণে নিলাম পরিস্থিতি
প্রভাবক ফ্যাক্টরের অতিমূল্যায়ন

4. Catfish Effect Analysis

4.1 Internal vs External Attackers

Catfish effect বাহ্যিক প্রতিযোগিতা প্রবর্তন করলে কীভাবে অভ্যন্তরীণ আক্রমণকারীদের আচরণ ও আয় পরিবর্তন করে তা বর্ণনা করে। এই ঘটনাটি ঐতিহ্যগত বাজারে প্রতিযোগিতামূলক গতিশীলতার প্রতিফলন ঘটায়, যখন নতুন প্রবেশকারী প্রতিষ্ঠিত খেলোয়াড়দের ব্যাহত করে।

4.2 Revenue Impact

পরীক্ষামূলক ফলাফল উল্লেখযোগ্য RR হ্রাস দেখায়:

অভ্যন্তরীণ আক্রমণকারী: RR-এ ৩১.৯% হ্রাস
বহিঃস্থ আক্রমণকারী: RR-এ ৪৪.৬% অতিমূল্যায়ন

৫. আংশিক উদ্যোগ মুক্তি কৌশল

৫.১ অ্যালগরিদম ডিজাইন

PIR হল একটি আংশিক-সৎ কৌশল যা ব্লক মুক্তির সময়সূচী অপ্টিমাইজ করে। অ্যালগরিদমটি সৎ খনন এবং কৌশলগত আটকানোর মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখে:

function PartialInitiativeRelease(block_chain, attacker_blocks):
    if len(attacker_blocks) >= 2:
        release_blocks = select_optimal_subset(attacker_blocks)
        broadcast(release_blocks)
        update_chain(block_chain, release_blocks)
    else:
        continue_mining()
    return updated_chain

৫.২ বাস্তবায়ন বিবরণ

কৌশলটিতে নেটওয়ার্কের অবস্থা এবং প্রতিযোগীদের আচরণের ভিত্তিতে সর্বোত্তম মুক্তির থ্রেশহোল্ড $ \theta $ গণনা জড়িত:

$ \theta = f(\alpha, \beta, network\_latency, competitor\_strategy) $

৬. পরীক্ষামূলক ফলাফল

৬.১ কার্যকারণ মেট্রিক্স

পরীক্ষাগুলিতে পরিবর্তনশীল কম্পিউটেশনাল শক্তি বন্টনের অধীনে আপেক্ষিক রাজস্ব পরিমাপ করা হয়েছে। প্রধান ফলাফলের মধ্যে রয়েছে:

বহু-আক্রমণকারী পরিস্থিতিতে PIR খাঁটি স্বার্থপর খননের চেয়ে উন্নত কর্মক্ষমতা দেখায়
নির্দিষ্ট গণনীয় শক্তি অনুপাতে রাজস্ব অপ্টিমাইজেশন ঘটে
নেটওয়ার্ক লেটেন্সি কৌশলের কার্যকারিতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে

৬.২ তুলনামূলক বিশ্লেষণ

নিম্নলিখিত চিত্রটি বিভিন্ন কৌশলের মধ্যে রাজস্ব তুলনা প্রদর্শন করে:

চিত্র ১: আপেক্ষিক রাজস্ব তুলনা - PIR বনাম Selfish Mining বনাম Honest Mining

চিত্রটি দেখায় যে PIR বহু-আক্রমণকারী পরিবেশে উচ্চতর রাজস্ব অর্জন করে, বিশেষত যখন অভ্যন্তরীণ ও বাহ্যিক আক্রমণকারীদের কম্পিউটেশনাল শক্তি প্রায় সমান হয়।

৭. ভবিষ্যত প্রয়োগ

গবেষণাটি ভবিষ্যতের কাজের জন্য একাধিক দিক উন্মোচন করেছে:

Proof of Stake এবং অন্যান্য কনসেনসাস মেকানিজমে প্রয়োগ
Adaptive আক্রমণ শনাক্তকরণের জন্য মেশিন লার্নিং-এর সাথে একীকরণ
ইন্টারঅপারেবল ব্লকচেইন নেটওয়ার্কে ক্রস-চেইন নিরাপত্তার প্রভাব
মাল্টি-আক্রমণকারী পরিস্থিতির জন্য রিয়েল-টাইম মনিটরিং সিস্টেম

৮. তথ্যসূত্র

Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable
Liu, H., Ruan, N., & Liu, J. K. (2023). Catfish Effect Between Internal and External Attackers
Zhu, J., et al. (2017). সাইকেল-কনসিসটেন্ট অ্যাডভারসারিয়াল নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে আনপেয়ার্ড ইমেজ-টু-ইমেজ ট্রান্সলেশন
Gervais, A., et al. (2016). প্রুফ অফ ওয়ার্ক ব্লকচেইনের নিরাপত্তা ও কার্যকারিতা সম্পর্কে

Expert Analysis: Blockchain Mining-এ ক্যাটফিশ ইফেক্ট

সরাসরি মূল কথায়： This paper delivers a brutal truth about blockchain security - the introduction of multiple attackers doesn't just add complexity, it fundamentally changes the attack economics in ways that punish both existing and new attackers. The catfish effect reveals that in competitive mining environments, everyone loses except the protocol defenders.

যৌক্তিক শৃঙ্খল: The research establishes a clear causal chain: multiple attackers → increased competition → revenue dilution → strategic adaptation necessity. This mirrors findings in game theory applications like the prisoner's dilemma, where individual optimization leads to collective suboptimal outcomes. The mathematical modeling shows how $RR_{multi} < RR_{single}$ for both attackers, creating a negative-sum game scenario.

আলোকিত ও সমালোচনামূলক দিক: PIR কৌশলটি সত্যিকার অর্থে উদ্ভাবনী - এটি স্বীকার করে যে বহু-আক্রমণকারীর পরিবেশে, খাঁটি অসাধুতা পাল্টা ফলদায়ক হয়ে ওঠে। এটি বিবর্তনীয় গেম তত্ত্বের নীতিগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ যেখানে আধা-সহযোগিতামূলক কৌশলগুলি প্রায়শই পুনরাবৃত্তিমূলক মিথস্ক্রিয়ায় প্রাধান্য পায়। তবে কাগজটি ব্যবহারিক বাস্তবায়নের চ্যালেঞ্জগুলিকে কম গুরুত্ব দেয়। অনেক একাডেমিক প্রস্তাবনার মতো, PIR অন্যান্য খনিকার কৌশল সম্পর্কে নিখুঁত তথ্য ধরে নেয়, যা বাস্তব ব্লকচেইন নেটওয়ার্কে অবাস্তব। বাহ্যিক আক্রমণকারীদের দ্বারা ৪৪.৬% অতিমূল্যায়ন ইঙ্গিত দেয় যে বিদ্যমান সনাক্তকরণ প্রক্রিয়াগুলি মৌলিকভাবে ত্রুটিপূর্ণ।

অ্যাকশন ইমপ্লিকেশন: For blockchain developers, this research demands immediate attention to multi-attacker detection systems. Mining pools should implement real-time competitor analysis similar to algorithmic trading systems. The findings also suggest that blockchain protocols might benefit from built-in mechanisms that amplify the catfish effect to naturally deter coordinated attacks. As we've seen in traditional cybersecurity (referencing MITRE ATT&CK framework), understanding attacker interactions is crucial for defense.

প্রতিষ্ঠানের অবদান ক্রিপ্টোকারেন্সির বাইরে বিস্তৃতভাবে বিতরণকৃত সিস্টেম সুরক্ষায় প্রসারিত। CycleGAN-এর জোড়াবিহীন চিত্র অনুবাদ যেমন মিলিত প্রশিক্ষণ জোড়ার প্রয়োজন না করে নতুন পথ ভেঙেছিল, তেমনি এই গবেষণা বিচ্ছিন্ন আক্রমণের বদলে আক্রমণকারীদের মিথস্ক্রিয়া অধ্যয়ন করে উদ্ভাবন করে। প্রুফ-অফ-স্টেক সিস্টেম এবং উদীয়মান ওয়েব৩ অবকাঠামোর জন্য এর প্রভাব সুদূরপ্রসারী, যা ইঙ্গিত দেয় যে ভবিষ্যতের কনসেনসাস মেকানিজমগুলি শুরু থেকেই একাধিক প্রতিপক্ষের দৃশ্যকল্প মাথায় রেখে ডিজাইন করতে হবে।