Kesan Ikan Keli antara Penyerang Dalaman dan Luaran: Analisis Strategi Perlombongan Semi-Jujur

Kandungan

1. Pengenalan

Teknologi rantaian blok telah merevolusikan sistem terpencar, dengan mekanisme konsensus Bukti Kerja (PoW) mendominasi pasaran kriptowang. Walau bagaimanapun, serangan perlombongan seperti perlombongan mementingkan diri sendiri mengancam keselamatan rantaian blok dengan membenarkan penyerang mendapat ganjaran tidak seimbang. Kertas kerja ini memperkenalkan model pelbagai penyerang novel yang mendedahkan kesan ikan keli antara penyerang dalaman dan luaran, menunjukkan bagaimana strategi semi-jujur boleh memberi manfaat dalam persekitaran perlombongan kompetitif.

2. Latar Belakang dan Kerja Berkaitan

2.1 Konsensus Bukti Kerja

Bukti Kerja memerlukan pelombong menyelesaikan teka-teki kriptografi untuk mengesahkan transaksi dan mencipta blok baharu. Asas matematik melibatkan mencari nonce $n$ supaya:

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

di mana $H$ ialah fungsi hash kriptografi dan $target$ menentukan kesukaran perlombongan.

2.2 Gambaran Keseluruhan Serangan Perlombongan

Perlombongan mementingkan diri sendiri, diperkenalkan oleh Eyal dan Sirer (2014), membenarkan penyerang menahan blok yang ditemui secara strategik. Hasil relatif (RR) untuk penyerang dengan kuasa pengiraan $\alpha$ boleh dimodelkan sebagai:

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

3. Model Perlombongan Pelbagai Penyerang

3.1 Seni Bina Sistem

Model ini beralih dari sistem asal ke sistem pelbagai penyerang dengan dua fasa. Penyerang dalaman beroperasi dalam kolam perlombongan sedia ada, manakala penyerang luaran menyertai dari luar sistem.

3.2 Senario Serangan

Tiga punca utama pengurangan hasil:

• Persaingan tidak dijangka antara penyerang
• Senario lelongan dalam penyebaran blok
• Anggaran berlebihan faktor pengaruh

4. Analisis Kesan Ikan Keli

4.1 Penyerang Dalaman vs Luaran

Kesan ikan keli menggambarkan bagaimana pengenalan persaingan luaran mengubah tingkah laku dan hasil penyerang dalaman. Fenomena ini mencerminkan dinamik kompetitif yang diperhatikan dalam pasaran tradisional apabila pendatang baharu mengganggu pemain yang mantap.

4.2 Kesan Hasil

Keputusan eksperimen menunjukkan pengurangan RR yang ketara:

• Penyerang dalaman: Penurunan 31.9% dalam RR
• Penyerang luaran: Anggaran berlebihan 44.6% RR

5. Strategi Pelepasan Inisiatif Separa

5.1 Reka Bentuk Algoritma

PIR ialah strategi semi-jujur yang mengoptimumkan masa pelepasan blok. Algoritma ini mengimbangi antara perlombongan jujur dan penahanan strategik:

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 Butiran Pelaksanaan

Strategi ini melibatkan pengiraan ambang pelepasan optimum $\theta$ berdasarkan keadaan rangkaian dan tingkah laku pesaing:

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

6. Keputusan Eksperimen

6.1 Metrik Prestasi

Eksperimen mengukur hasil relatif di bawah taburan kuasa pengiraan yang berbeza. Penemuan utama termasuk:

• PIR mengatasi perlombongan mementingkan diri sendiri tulen dalam senario pelbagai penyerang
• Pengoptimuman hasil berlaku pada nisbah kuasa pengiraan tertentu
• Kependaman rangkaian memberi kesan ketara kepada keberkesanan strategi

6.2 Analisis Perbandingan

Gambarajah berikut menggambarkan perbandingan hasil antara strategi yang berbeza:

7. Aplikasi Masa Depan

Penyelidikan ini membuka beberapa hala tuju untuk kerja masa depan:

• Aplikasi kepada Bukti Kepentingan dan mekanisme konsensus lain
• Integrasi dengan pembelajaran mesin untuk pengesanan serangan adaptif
• Implikasi keselamatan rantai silang dalam rangkaian rantaian blok boleh saling beroperasi
• Sistem pemantauan masa nyata untuk senario pelbagai penyerang

8. Rujukan

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