اثر ماهی گربه‌ای بین مهاجمان داخلی و خارجی: تحلیل استراتژی استخراج نیمه‌صادق

فهرست مطالب

1. مقدمه

فناوری بلاک‌چین سیستم‌های غیرمتمرکز را متحول کرده است، با مکانیسم‌های اجماع اثبات کار که بر بازار ارزهای دیجیتال تسلط دارند. با این حال، حملات استخراج مانند استخراج خودخواه، امنیت بلاک‌چین را با اجازه دادن به مهاجمان برای کسب پاداش‌های نامتناسب تهدید می‌کنند. این مقاله یک مدل چندمهاجمی جدید معرفی می‌کند که اثر ماهی گربه‌ای بین مهاجمان داخلی و خارجی را آشکار می‌سازد و نشان می‌دهد که چگونه استراتژی‌های نیمه‌صادق می‌توانند در محیط‌های استخراج رقابتی سودمند باشند.

2. پیشینه و کارهای مرتبط

2.1 اجماع اثبات کار

اثبات کار از استخراج‌کنندگان می‌خواهد که پازل‌های رمزنگاری را حل کنند تا تراکنش‌ها را تأیید و بلوک‌های جدید ایجاد کنند. پایه ریاضی شامل یافتن یک نانس $n$ به گونه‌ای است که:

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

که در آن $H$ تابع هش رمزنگاری و $target$ سختی استخراج را تعیین می‌کند.

2.2 مروری بر حملات استخراج

استخراج خودخواه، معرفی شده توسط ایال و سیرر (۲۰۱۴)، به مهاجمان اجازه می‌دهد بلوک‌های کشف شده را به صورت استراتژیک نگه دارند. درآمد نسبی (RR) برای یک مهاجم با قدرت محاسباتی $\alpha$ را می‌توان به این صورت مدل کرد:

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

3. مدل استخراج چندمهاجمی

3.1 معماری سیستم

مدل از سیستم اصلی به سیستم چندمهاجمی با دو فاز انتقال می‌یابد. مهاجمان داخلی درون استخرهای استخراج موجود عمل می‌کنند، در حالی که مهاجمان خارجی از خارج سیستم به آن می‌پیوندند.

3.2 سناریوهای حمله

سه علت اصلی کاهش درآمد:

• رقابت‌های غیرمنتظره بین مهاجمان
• سناریوهای مزایده در انتشار بلوک
• بیش‌برآوردی عوامل تأثیرگذار

4. تحلیل اثر ماهی گربه‌ای

4.1 مهاجمان داخلی در مقابل خارجی

اثر ماهی گربه‌ای توصیف می‌کند که چگونه معرفی رقابت خارجی، رفتار و درآمد مهاجمان داخلی را تغییر می‌دهد. این پدینه آینه دینامیک‌های رقابتی مشاهده شده در بازارهای سنتی است وقتی تازه‌واردان، بازیکنان مستقر را مختل می‌کنند.

4.2 تأثیر درآمد

نتایج آزمایشی کاهش‌های قابل توجه RR را نشان می‌دهند:

• مهاجم داخلی: ۳۱.۹٪ افت در RR
• مهاجم خارجی: ۴۴.۶٪ بیش‌برآوردی RR

5. استراتژی انتشار جزئی ابتکاری

5.1 طراحی الگوریتم

PIR یک استراتژی نیمه‌صادق است که زمان‌بندی انتشار بلوک را بهینه می‌کند. الگوریتم بین استخراج صادقانه و نگهداری استراتژیک تعادل برقرار می‌کند:

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

5.2 جزئیات پیاده‌سازی

این استراتژی شامل محاسبه آستانه انتشار بهینه $\theta$ بر اساس شرایط شبکه و رفتار رقیب است:

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

6. نتایج آزمایشی

6.1 معیارهای عملکرد

آزمایش‌ها درآمد نسبی تحت توزیع‌های مختلف قدرت محاسباتی را اندازه‌گیری کردند. یافته‌های کلیدی شامل:

• PIR در سناریوهای چندمهاجمی از استخراج خودخواه محض بهتر عمل می‌کند
• بهینه‌سازی درآمد در نسبت‌های خاص قدرت محاسباتی رخ می‌دهد
• تأخیر شبکه به طور قابل توجهی بر اثربخشی استراتژی تأثیر می‌گذارد

6.2 تحلیل مقایسه‌ای

نمودار زیر مقایسه درآمد بین استراتژی‌های مختلف را نشان می‌دهد:

7. کاربردهای آینده

این پژوهش چندین جهت برای کار آینده باز می‌کند:

• کاربرد در اثبات سهام و سایر مکانیسم‌های اجماع
• ادغام با یادگیری ماشین برای تشخیص سازگار حمله
• پیامدهای امنیتی زنجیره‌ای متقابل در شبکه‌های بلاک‌چین قابل تعامل
• سیستم‌های نظارت بلادرنگ برای سناریوهای چندمهاجمی

8. مراجع

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