比特币的潜在激励

  在更加坚实的激励基础之上加密货币的协议应该建立。域需要改进还有很多领,挖矿报酬机制包括基本的,识机制交互共,酬分配机制矿池的报,场本身的方方面面以及交易手续费市。

  创建新区块?答案还是在于激励机制为什么矿工会在未经校验的区块上。块全部内容之前甚至在接收到区,矿spy-mining的方法:加入另一个矿池来检测区块创建事件)一些矿工采用这样的方法来得到新创建区块的哈希ID(一种称为间谍挖。到一个区块即使接收,交易也需要时间校验其包含的。期间在此,已经长了一个区块矿工意识到区块链。此因,前(极有可能是有效的)处于闲置状态为了避免挖矿设备在该区块校验完成之,块之上继续挖矿矿工决定在该区,验证区块的交易冲突的风险为了避免下一个区块与未,块中嵌入新的交易矿工不会在下一个,收集区块的报酬以期仍然能够。

  蒙受了损失尽管攻击者,些情况下但在某,攻击矿池通过将其中一些矿工注册为受害矿池中的工人矿池有必要利用自己的一些挖矿能力破坏竞争对手:,害矿池中渗透到受。区块发布抑制攻击这些工人然后执行。酬的详细计算通过成本和报,攻击矿池和受害矿池的大小)表明在某些情况下(取决于,可图的(文献4)攻击矿池是有利。这种攻击为了防止,挖矿协议的轻微修改人们已经提出了对。的版本中在修改后,解答案和完整难题求解答案矿工无法辨别部分难题求,量证明问题以解决工作,制完整的难题求解答案并且无法选择性地抑。

  的是重要,长链中的份额——也就是说这种行为增加了矿工在最,长链上的区块的百分比它增加了最终产生的最。一下回想,整工作量证明的难度比特币系统会自动调,创建速率不变以保持区块的。此因,远来看从长,比例意味着矿工绝对报酬的增加在区块链中占有相对较大的块数。

  人担心许多,矿是由中国矿工完成的目前大部分比特币挖。的挖矿相比与其他地区,的ASIC访问他们享有更好,和更低的监管更便宜的电力。出中国的互联网流量中国政府严格控制进,坏比特币系统并可能会破,内的挖矿设备甚至没收境。

  个区块可能包含他/她未校验的无效交易不校验传入消息的矿工是脆弱的——下一,前驱块引用或无效的。区块是无效的并忽略它其他节点会认为这个新。有效的交易并在接受之前校验每个新区块这明确地激励矿工在他们的区块中只嵌入。

  前目,支出并不常见网络中的双重。的双重支出是非常困难的这可能是因为成功执行,的矿工也对系统声誉拥有重大利益或者因为能够成功执行此类攻击。

  的方法:如果一个矿池运气不好一些矿工提出了一种提高报酬,没有挖到区块并且一段时间,案(份额)就会积累起来那么很多部分难题求解答。现一个区块如果矿池发,分成许多小份它的报酬将被。工作量与以前一样产生额外的份额的,生更低的预期回报但由于这个原因产。反相,一个区块的另一个矿池矿工可以跳到最近找到,会获得更高的预期回报并且每个额外的份额都。为被大量采用如果这种行,实际上那么,所有理性的矿工完全抛弃暂时不成功的矿池会被。划很快被开发出来对抗跳池的报酬计,采用(文献10)并被大多数矿池所。

  链作为交易事件的正确版本(主链)比特币协议规定每个节点只接受最长,(更确切地说如图1所示,计算工作的链作为主链节点选择包含最多累积,是最长链)这通常也。”为比特币提供了安全性这条著名的“最长链规则。果试图愚弄其他节点一个攻击者——如,—需要产生比网络其余部分更长的区块链让他们相信系统发生了不同的支付事件—。区块一个区块的创建出来的由于“工作量证明”是一个,任务将是异乎寻常的困难“产生更长区块链”的。实上事,于整个比特币网络的总和只要攻击者的计算能力低,击者和整个比特币网络的链一起增长chang)区块链中的区块和交易将越来越难以取代(因为攻。

  协议中发挥着重要作用激励机制确实在比特币。、及其日常运行的有效性至关重要激励机制对于比特币协议的安全性。所指出的正如本文,增加收入而费尽心机矿工为了最大限度地,一些创造性的方法并且经常会找到,特币协议并不符合而这些方法与比。

  践中在实,不同的原因出于几个,获得不成比例的报酬矿工可能从挖矿中。大型矿工(使大型矿工获得比小型同行更多的利润)这种报酬分配的不平衡让利益偏向具有更多算力的,了持续不断的经济暗流并为系统的中心化创造。矿工可以使用额外回报来购买更多的算力哪怕微弱的不平衡也可以危及系统:由于,得更加强大并因此而变,挖矿的难度继而提升,较低)矿工排挤出这场游戏最终将其他小型(因而利润。程”将不可避免地导致系统的中心化由此产生的“赢家通吃”“动力学过,到优势矿工的支配然后整个系统将受,无法保证安全性也。

  明”的节点被称为矿工从事这种“工作量证。作为工作量的“证明”系统向矿工奖励比特币,资”设定了“激励机制”从而也为这样的“算力投。

  币Litecoin加密货币(例如莱特,币相同的工作量证明机制——为想要转移挖矿算力的矿工提供了选择方案本质上是比特币的克隆)之间出现的相互竞争——其中一些使用与比特。学过程”更为复杂这让市场的“动力。如例,失去价值时当特定货币,移到另一个加密货币矿工会将挖矿算力转,度级别被提高直到挖矿难。区块创建的波动这可能会导致,货币系统变得不稳定使矿工较少的加密。

  工正在采取这种方法确实有证据表明有矿。先首,的(即使许多交易正在等待批准)被挖掘的区块中有一小部分是空。月发生的一起不幸事件有关另一个证据与2015年7。)由于bug而被挖掘一个无效区块(无意,增加了五块额外的块SPV矿工在其上,做校验而未。然当,块和任何引用它的区块其他校验矿工拒绝该区,六块长的分叉导致网络中有。能包含双重支出的交易在分叉中丢弃的区块可。

  的是不幸,有策略的行动而受益(文献5矿工可以通过违反这些规则并,1)1。并私自延伸公共链作为其私链矿工的总体策略是不发布区块。时同,(诚实)节点延伸公共链也被其他。胜出的概率较低时才发布其私链策略矿工只有在其私链长度不能。工这样做时当策略矿,突然释放的较长的链所有节点都采用矿工,规定的那样如协议所,了以前的公共链并且他们放弃。

  hopping)跳池(Pool 。的早期阶段在比特币,分难题求解答案数量的份额矿池分局每个矿工提交的部,块的报酬按比例分配给所有矿工简单地将所有矿工挖掘的最新。建的前一区块进行测量得到的份额数量是通过对同一个池创。

  的是有趣,样的逻辑尽管有这,一个区块之上挖掘但有时矿工会在,校验该区块而没有完全。ied payment verification这种做法被称为SPV挖矿(SPV:simplif,的支付校验代表简化,完整内容的瘦客户端)通常指使用不读取区块。

  来的第一个也是最明显的影响是:一旦比特币具有足够的价值通过在自己电脑上运行软件就可以获利(比特币)——这带,始大肆挖矿人们就开。实上事,挖矿力度为了增强,转移到专用的计算机农场大部分挖矿工作很快都。工具来实现其目的:开始这些计算机农场使用定制,规模并行工挖矿GPU被用于大;后之,制的芯片——ASICs(专用集成电路)开始出现(在挖矿时特需设计的芯片——专门针对比特币核心协议计算特征而量身定,通PC快一百万倍)ASICs机器比普。展并变得更加安全比特币网络迅速发,(利益由比特币协议周期性放出)为了获利的竞争也变得更加激烈。

  容(区块链记录系统内的所有转账信息)达成一致因此比特币运行的关键是让所有节点就区块链的内。此因,到网络中的所有节点区块更新会迅速传播。过不,两个不同版本的区块链节点有时可能会收到。如例,时创建了一个区块如果两个节点同,不同更新(链的增长chang)则它们可能会持有区块链的两个。含不同的支付操作这些区块可能包,决定要接受哪个版本因此比特币系统必须。

  矿工联盟矿池是。算资源整合在一起联盟将矿工的计,成员之间共享挖矿报酬在。独斗挖掘到的区块要多得多由于矿池比每个矿工单打,个矿工支付小额的报酬联盟能够更经常地向每。

  创建区块的方法来获得优势矿工可以采用比同行更高效。好的硬件外除了采用更,势的主要形式算法是获得优。实上事,“trick”最近成为头条新闻一个被ASICBoost的算法。个输入猜测的算力到另外一个输入猜测ASICBoost使矿工能够重用一。是专有的该算法,申请专利目前正在,谁可以用尚不清楚,可以用谁不。以降低每个哈希的算力消耗这样的算法带来的优势是可。秘密部署ASICBoost的硬件变体以增加其利润ASIC挖矿的大型制造商Bitmain最近被指控。控说指,碍了一些协议的改进该公司在政治上阻,无法使用ASICBoost而这些改进很可能会让他们。

  一个新区块时每当矿工创建,工观察到的最长链条的顶部(即比特币协议表示新区块应该在矿,端为前驱)最长链的顶,块发送给网络中的对等节点并且矿工应该立即将新区。

  然显,上升(以美元计)随着比特币的价值,币的支付)变得更加有利可图挖矿生意(产生面值为比特。利益加入矿工群体随着更多的人为了,难度持续增加区块的创建。矿代价变得更加昂贵而难度增加又导致挖。情况下在理想,等于所得的报酬时当区块的创建成本,达到平衡系统将。实上事,是微利的挖矿总,要对设备进行初始投资有风险的——而且还需,也必须补偿这些投资报酬中的一些盈余。此因,自身:更高的价值也意味着更高的安全性比特币协议的安全性可以根据价值调整。

  在计算机或智能手机上的软件)发送到比特币网络上的一个节点持有比特币并希望转账的用户可以将交易信息(通过他们安装。中的对等节点——分发方式是每个节点仅通知那些与请求转账所关联的节点比特币网络中的活跃节点从用户那里收集这些交易信息并将它们分发到网络。批量的汇聚交易信息被,区块称为,在一起形成区块链而区块又被链接,受的比特币交易记录从而形成所有被接。际上也是前驱区块的唯一标识符)引用其前驱区块区块链中的每个区块都通过一个加密哈希值(实。都保存着完整的区块链副本比特币网络中的每个节点。程被称为挖矿区块创建的过,相当于新币的印刷挖矿的作用之一,谓的造币也就是所。

  合小型矿工虽然矿池适,风险和不确定性可以减少矿工的,引入一些中心化但矿池会给系统。工的整合计算资源的控制者矿池管理员本质上是大量矿,力非常大因此权。矿协议的技术修改方案一些研究人员提出挖,的存在(文献7)彻底破坏公共矿池。方案下在该,的难题求解答案后在找到区块有效,定向到自己(而不会使难题求解答案失效)挖掘该区块的矿池成员仍然可以将报酬重。为自己申请报酬假设大量矿工会,不会有利可图那么矿池将,会解散因此。

  处:SPV挖矿降低了比特币的安全性这个事件显示了SPV挖矿的危险之,链中引发分叉并可能在区块。的是幸运,块的传播和校验时间矿工大大提高了区,矿效果越来越差所以SPV挖。也会降低矿工参与此类行为的动机空置区块奖励的下降(计划中)。

  :新的交易和区块应发送给网络中所有对等节点比特币协议的第二个重要方面与信息传播有关。的激励并不那么清楚这里对遵守协议规定。未被纳入区块的未确认交易矿工甚至可能会抑制发送尚,高的交易(文献1)特别是交易费用较。力来保持这种交易矿工有很强的动,创建一个区块直到他们成功。抢先获得交易提供的报酬向他人发送交易允许他们。为止迄今,费用相对较低大多数交易,费交易以这种方式被扣留而且没有证据表明高手续。

  特币社区感到惊慌和担忧ASIC的首次出现让比。特币方面在挖掘比,前的系统高几个数量级ASIC的效率比以。初最,件并不容易获得这种特殊的硬,更大的优势——以更低的成本挖矿因此它为拥有者提供了比其他矿工。添加基于ASIC的工作量证明那些拥有这种优势的人为系统,其他人都放弃挖矿直到难度级别高到。C的大型矿工将最终主宰比特币系统当时的风险是:一个能够访问ASI。间以后一段时,商业化并广泛分布随着ASIC的,渐消退担忧逐。

  的是幸运,矿池成员无法窃取报酬找到难题求解答案的。取决于区块头密码学难题,池的管理员控制该区块头由矿。容(通过加密哈希)进行编码密码学难题对区块本身的内,酬的接收者包括区块报。的难题求解答案之后在找到特定区块头,求解答案失效除非使难题,篡改区块头否则不能。

  络的角度来看从比特币网,一个挖矿节点矿池也只是。池服务器交互矿池成员与矿,一个区块头发送给所有成员矿池服务器将正在处理的下。区块的密码学难题(事实上每个成员都试图求解相应,个区块的变体他们使用同一,明也略有不同并且工量证,复工作)以避免重。区块的难题答案时每当成员找到一个,送给矿池管理节点就会将该区块发,块发布到比特币网络管理节点又将该区。池提供报酬该区块向矿,的所有成员(扣除一部分小额费用)管理节点随后将报酬分配给矿池中。

  言之总而,槛:普通人无法轻易地加入挖矿工作ASIC挖矿提高了系统的准入门,系统的去中心化也因此减少了。方面另一,:矿工无法将他们的设备用于其他经济活动ASIC挖矿也引入了一种退出的“门槛”,供系统的安全性因此有助于提。

  变情况:分叉开始出现图1展示区块链的演,一个链更长才能解决直到其中一个链比另。被丢弃的区块不再增长(chang)解决的办法是丢弃最长链之外的区块:;部分)也被忽略其内容(红色;不会得到任何报酬创建它们的矿工也。间点1在时,没有链接到最新的区块由于一个区块在创建时,个可选的链导致产生两,了分叉即发生。间点2在时,被解决分叉,比另一个链长因为一个链。间点3在时,时间更长的分叉有另一个持续,二个分叉被解决在时间点4第。

  攻击者的区块不能成为最长链的尾部这种攻击会带来一定的风险:如果,她的数据块的报酬则可能失去对他/。惊讶令人,幸的是而且不,攻击方案来消除这种风险(文献12)持久的攻击者可以通过遵循更复杂的。频繁的放弃攻击这些方案通过,的攻击链发布私有,块收集报酬并为它的区。的风险过高时重置攻击通过在每次失去报酬,弥补攻击成本攻击者可以,期盈利甚至长。矿和双重支出攻击的组合这些方案本质上是私自挖。

  特币协议根据比,大致保持不变区块创建速率,建间隔大约为10分钟也就是期望区块的创。建得太快如果块创,量证明的难度会自动增加则生成区块所需的工作。已经存在这种机制,的增加而在节点之间“洪泛”以确保区块不会因为系统算力。的速率向矿工提供报酬因此系统以相对恒定,的算力总量无关和投资于挖矿。

  一下回想,定于该区块的密码学难题创建一个区块需要解决特。密哈希函数的输入这相当于猜测加。强力枚举不同的输入来完成的求解这样的难题主要是通过。

  攻击:攻击者向网络发布合法支付双重支出是对比特币用户的基本,链并让受害者确认等待它嵌入区块,掘区块链不包含这笔款项然后发布更长的私自挖。最长链条的一部分这笔款项不再是,未发生过”就像“从。

  thholding attacks)区块发布抑制攻击(Block-wi。题求解答案的区块报酬虽然矿工无法窃取难,对矿池中其他矿工的报酬但他/她仍然可以否决。理者提交部分难题求解答案矿工可以选择只向矿池管,的难题求解答案但放弃所有成功。此因,难题求解答案时当其他人找到,定比例的奖励矿工会收到一,提供任何实际贡献但不会为该矿池。解答案破坏了矿池抛弃成功的难题求,量的收入作为代价攻击者仅损失少。

  去中心化:对于整个系统比特币协议的关键是其,比其他人更多的权威或控制没有单一的实体先验地具有。有单一的信任锚点或单一故障点这增强了系统的抗毁能力:没;方式获得挖矿手续费矿工之间采用竞争的。

  生非常高的回报比特币挖矿产,报的可能性非常低但小矿工获得回。下一个区块的概率不到六十万分之一一个全时运行的ASIC设备挖掘到,发现不了一个区块这意味着几年内。收益并不适合大多数人这种高风险/高回报的。固定收入(这实质上是风险规避许多人会选择较长时期的小规模,6)文献。如例,来支付挖矿的电费可以使用固定收入。

  抱怨说许多人,别是电力):为系统投入大笔费用创建区块的算力是在浪费资源(特,在攻击者之外除了防范潜,经济目标没有任何。无用处的密码学难题——当然工作量证明的确是在求解毫,络安全保驾护航除了为比特币网。是但,的方式工作?如果挖矿不浪费每个节点的资源如果某些工作可能有用呢?或者可能以更高效,攻击系统付出任何代价那么攻击者也不会为。实上事,明的成本较低如果工作量证,入挖矿群体(获得报酬)随着更多诚实参与者加,再次提高难度系数难度调整机制将。此因,意义上说从某种,为了“浪费”一定数量的资源比特币的工作量证明机制就是,工的效率如何而不管个体矿。而又不会因为成本的增加而抵消为了从挖矿中获得实质性收益,—这对整个社会是有用的就需要“工作量证明”—,工毫无价值但对个体矿。为工作量证明基础的尝试(更多使用其他难题作,ll等人参见Ba,hang等人的文献:2Miller等人和Z,8,31)

  种去中心化为了保持这,动是由许多小型实体完成最重要的是要保证挖矿活,算力明显超过其他矿工并且没有一个矿工的。情况下理想,献了计算资源α%的矿工创建一个区块的α%给予矿工的报酬应反映他们投入的工作量:贡,配手续费和区块报酬的α%并因此按比例抽取所有分。

  型实体一样与任何大,受规模经济效益大型矿工可以享。矿业务的发展随着大规模挖,于各种不同的优化方案大型矿工很可能投资,更低的电力来源比如寻找成本;放置在寒冷地区或将挖矿设备,大量电力消耗和机器冷却成为真正的挑战)为其设备提供更高效的冷却系统(挖矿带来。格批量购买ASIC硬件设备大型矿工也可以以更低的价。势——这种现象并非特定于比特币所有这些都转化为规模的自然优,在许多行业中而实际上出现。矿工带来了优势这些效应为大型,慢地并慢,向中心化将系统拉。

  是公开矿池大多数矿池,愿参与的人开放并向任何有意。然显,采取措施矿池必须,成员才能享受相应的回报确保只有真正贡献算力的。此为,—— 这些部分答案“接近”成为区块的完整难题求解答案每个矿池成员发送部分难题求解答案(工作量证明)给矿池。整答案更加普遍部分答案比完,以提供持续稳定的算力(低于目标)而且任何求解这个难题的成员都可。员确实在工作这可以表明成,成员能够贡献的算力并且可以评估每个。此因,提交的部分难题求解答案都会获得一定份额)矿池按照份额数量占比支付成员报酬(每份。

  特币比,对点)网络结构之上的货币这个建立在开放P2P(点,人们的追捧继续享受。—任何人都可以选择加入网络比特币系统是“无许可的”—,账转,授权交易甚至参与。击者以多重虚假身份加入系统的操纵行为比特币安全的关键之处在于它能够抵御攻。竟毕,载比特币的源代码任何人都可以下,比特币节点成为一个,加尽可能多的计算机并根据需要为网络添,人表明其身份而无需向其他。这个问题为了解决,付出算力破解密码学难题以获得参与比特币协议的资格该协议要求加入系统的节点展示出 “工作量证明”:。

  实上事,对安全性的贡献)是深远的ASIC挖矿的实际影响(。重支付(双花)和私自挖矿攻击本文稍后将讨论矿工如何进行双,取利益以获。而然,会争辩说有人可能,矿工也最好避免这种攻击即使是自私和投机性的。实上事,买挖矿设备(比如ASIC)一位矿工投资数百万美元购,:期望设备将在未来带来比特币回报相当于重金投资了比特币的未来价值。种设备攻击该系统如果矿工使用这,对该货币的信心那么会降低人们,价值和未来的回报并且降低比特币的。此因,与整个系统的健康保持一致矿工的利益在某种意义上。

  则上更加去中心化这些替代系统原,出门槛”及其对安全的贡献但另一方面它们缺乏“退。

  方法是投资通信基础设施另外一种提高矿工效率的。地传播区块通过更快,接收其他区块并通过更快地,并被丢弃(“成为孤儿”)的机会矿工可以减少其区块不属于最长链。区块无法获得报酬由于脱离主链的,意味着降低损失更好的网络通信。否认无可,前的创建速度下在比特币区块目,微乎其微这种优势。经常创建区块并不,只能带来很小的优势并且交付加速几秒。如此尽管,利润的一种相对便宜的方式更好的网络通信是获得更多。

  经济性是相互作用的比特币的安全性和。个主题之前在讨论这,是这些规则产生了这种复杂的相互作用让我们快速回顾协议本身的规则——正。

  者需要多次尝试才能够偷天换日替换主链的困难性意味着攻击。的代价——在最长链之外挖矿这些失败的尝试意味着巨大,何挖矿报酬不会得到任。击者来说对于攻,稍后将讨论更高级的攻击)初级的攻击确实代价昂贵(。

  的是有趣,难题求解(工作量证明)机制一些加密货币系统使用不同的。设计成专用硬件这些难题难以,挖矿更具抵抗性因而对ASIC。如例,thash难题以太坊使用的E。(例如内存等商用硬件)的算法难题来实现这通常是通过设计需要大量访问其他资源。

  变得高度可用时当云挖矿服务,去中心化的效果也会产生类似。出租他们的挖矿设备一些实体通过云服务。客户才是真正的矿工租赁云挖矿服务的,中没有长期利益并且他们在系统。得更加便宜和易于访问随着这些云挖矿服务变,松成为临时矿工任何人都可以轻。的是类似,出门槛”及其对安全的贡献云挖矿服务同样缺乏“退。

  转账的协议之外除了作为理财和,杂经济激励机制(incentives)比特币还创建了一个支配其内部运行的复。了协议的能力、安全保证这些激励机制强烈影响,发展的道路以及未来。的经济暗流、优势缺陷本文探讨了比特币协议,过来影响协议本身以及它们如何反。

  地位的方法——既可以获利超过他/她应得的份额本文前面描述了一种矿工在比特币协议中取得支配,产生更多的区块也可以在链中。有违反协议的任何规则迄今为止讨论的方法没;意义上说从某种,们的硬件和基础设施允许矿工充分利用他。矿工谋取自身利益以牺牲他人利益为代价本节讨论直接违反协议规则的行为——。意义上说从某种,缺陷:为了利润最大化的理性参与者不会遵循比特币协议这种策略的存在意味着协议的激励结构中存在根本性的。

  据比特币协议的挖矿时间表)由于挖矿报酬持续下降(根,将更多依赖于交易费用预计创建区块的动机。易量突然下降如果比特币交,以补偿矿工的计算资源这些交易费用将不足。时停止他们的区块创建一些矿工可能因此暂。及整个系统这可能会危,所有诚实的矿工积极参与因为交易的安全性取决于。后的比特币激励机制(关于挖矿人数下降,en等人的文献3参见Carlst)

  难:只有当区块包含密码学难题的答案时比特币的协议规则使区块的创建非常困,是合法的才被认为。报酬作为,功创建区块时每当矿工成,到比特币奖励他们都会得。一部分是新造比特币报酬由两部分组成:,交易中抽取的挖矿手续费一部分是从区块所包含的。2。5比特币每区块目前的造币率是1,约每四年减半这一数额大。数额的减少随着这一,挖矿手续费来支付矿工比特币开始越来越依赖。

  矿工是否从事私自挖矿没有准确的办法来验证。数区块是孤立的鉴于只有极少,有被孤立区块采纳似乎私自挖矿还没,从私自挖矿中获利最多的矿工)至少没有被大型矿工采纳(能够。解释是一种,损失他们的声誉并引起社区的愤慨长期尝试这种操纵的矿工可能会。解释是另一种,失去一些自己的区块这种方案需要在最初,重新调整难度级别大约需要两周)并且只有长期运行才能盈利(协议。

  外此,增大并且交易处理加速时当比特币协议覆盖节点数,效果变得更加明显通信优化带来的。每秒处理三到七笔交易目前比特币系统平均。多的交易——将会增加孤儿区块的比率改变比特币系统的参数——每秒处理更,信更好的矿工的优势并且会放大网络通。

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