ثروتمندان در استخراج بیت‌کوین ثروتمندتر می‌شوند: تحلیل مسائل عدالت ناشی از فورک‌های بلاک‌چین

فهرست مطالب

• 1. مقدمه
• 2. پیشینه و کارهای مرتبط
  • 2.1 اصول پایه استخراج بیت‌کوین
  • 2.2 فورک‌های بلاک‌چین و عدالت
• 3. چارچوب نظری
  • 3.1 مدل ریاضی
  • 3.2 تحلیل TRGR
• 4. نتایج تجربی
• 5. پیاده‌سازی فنی
• 6. کاربردها و جهت‌های آینده
• 7. مراجع

1. مقدمه

بیت‌کوین نمایانگر یک سیستم پولی غیرمتمرکز است که در آن عدالت در استخراج برای جلوگیری از تمرکز قدرت محاسباتی حیاتی می‌باشد. این تحقیق به بررسی پدیده "ثروتمندان ثروتمندتر می‌شوند" (TRGR) در استخراج بیت‌کوین می‌پردازد و نشان می‌دهد که چگونه فورک‌های ناخواسته بلاک‌چین مزایای سیستماتیکی برای استخراج‌کنندگان بزرگتر ایجاد می‌کنند.

2. پیشینه و کارهای مرتبط

2.1 اصول پایه استخراج بیت‌کوین

استخراج بیت‌کوین شامل حل معماهای رمزنگاری برای تأیید تراکنش‌ها و ایمن‌سازی شبکه می‌باشد. استخراج‌کنندگان برای یافتن بلاک‌های معتبر رقابت می‌کنند و پاداش‌ها به استخراج‌کنندگان موفق توزیع می‌شود. پروتکل فرض می‌کند که اکثریت صادق بر نرخ هش کنترل دارند تا امنیت برقرار باشد.

2.2 فورک‌های بلاک‌چین و عدالت

فورک‌های بلاک‌چین زمانی رخ می‌دهند که چندین بلاک به طور همزمان قبل از تکمیل انتشار شبکه استخراج شوند. تحقیقات قبلی توسط ژرو و همکاران (۲۰۱۶) مسائل عدالت مرتبط با فورک را شناسایی کردند اما از دقت تحلیلی کافی برخوردار نبودند.

3. چارچوب نظری

3.1 مدل ریاضی

نرخ سود استخراج $\rho_i$ برای استخراج‌کننده $i$ با نسبت نرخ هش $h_i$ به این صورت مدل‌سازی شده است: $\rho_i = h_i + \alpha \cdot h_i^2$ که در آن $\alpha$ نمایانگر ضریب مزیت ناشی از فورک می‌باشد. این رابطه مزیت درجه دوم برای استخراج‌کنندگان بزرگتر را نشان می‌دهد.

3.2 تحلیل TRGR

در شرایط تأخیر ثابت انتشار بلاک، ما ثابت می‌کنیم که سود استخراج به صورت فوق‌خطی با نسبت نرخ هش افزایش می‌یابد: $E[R_i] \propto h_i \cdot (1 + \beta \cdot h_i)$ که در آن $\beta$ به پارامترهای تأخیر شبکه بستگی دارد.

4. نتایج تجربی

نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که استخراج‌کنندگان با ۳۰٪ نرخ هش تحت شرایط معمول شبکه به ۳۸٪ پاداش واقعی دست می‌یابند. این اختلاف با افزایش تأخیر شبکه و اندازه بلاک بیشتر می‌شود.

5. پیاده‌سازی فنی

شبه‌کد پایتون برای شبیه‌سازی فورک:

def simulate_mining_round(miners, network_delay):
    blocks = []
    for miner in miners:
        if random() < miner.hashrate:
            block = mine_block(miner)
            blocks.append((block, miner.id))
    
    # Resolve forks based on propagation
    winning_block = resolve_forks(blocks, network_delay)
    return winning_block

6. کاربردها و جهت‌های آینده

جهت‌های تحقیقاتی آینده شامل توسعه مکانیزم‌های اجماع مقاوم در برابر فورک، الگوریتم‌های اندازه بلاک تطبیقی و پروتکل‌های استخراج آگاه از تأخیر می‌شود. کاربردها به سایر ارزهای رمزنگاری مبتنی بر اثبات کار که با چالش‌های مشابه غیرمتمرکزسازی مواجه هستند نیز گسترش می‌یابد.

7. مراجع

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
2. Gervais, A., et al. (2016). On the Security and Performance of Proof of Work Blockchains.
3. Sapirshtein, A., et al. (2016). Optimal Selfish Mining Strategies in Bitcoin.
4. Sankar, L. S., et al. (2017). Towards a Theory of Blockchain Forking.

تحلیل اصلی

این تحقیق شواهد قانع‌کننده‌ای از سوگیری‌های ساختاری در توزیع پاداش استخراج بیت‌کوین ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که چگونه پدیده "ثروتمندان ثروتمندتر می‌شوند" از ویژگی‌های اساسی پروتکل به جای نیروهای خارجی بازار ناشی می‌شود. چارچوب ریاضی ایجاد شده توسط ساکورایی و شودو بر اساس کار قبلی ژرو و همکاران در زمینه امنیت بلاک‌چین بنا شده اما نوآوری‌های مهمی در مدل‌سازی پویایی‌های حل فورک معرفی می‌کند. مشابه نحوه‌ای که CycleGAN (Zhu et al., 2017) با صوری‌سازی سازگاری چرخه، ترجمه تصویر به تصویر را متحول کرد، این کار سازگاری فورک را در شبکه‌های بلاک‌چین صوری‌سازی می‌کند.

رابطه خطی بین نسبت نرخ هش و نرخ سود استخراج ($\rho_i \propto h_i$) تحت شرایط ایده‌آل، فشارهای ذاتی متمرکزسازی را آشکار می‌کند که با روحیه غیرمتمرکز بیت‌کوین در تضاد است. این یافته با نگرانی‌های مطرح شده توسط تیم توسعه هسته بیت‌کوین در مورد پایداری بلندمدت اجماع اثبات کار همسو می‌باشد. روش تحقیق، که در برابر داده‌های تجربی از کاوشگران بلاک‌چین مانند Blockchain.com اعتبارسنجی شده است، نمایانگر پیشرفت قابل توجهی نسبت به رویکردهای تحلیلی قبلی است که از خطای تخمین بیش از ۱۰۰٪ رنج می‌بردند.

از منظر فنی، روشولوژی مبتنی بر بازه‌های زمانی "دور" محدودیت‌های حیاتی در تحلیل فورک قبلی را مورد توجه قرار می‌دهد. این رویکرد اشتراکات مفهومی با تحلیل مبتنی بر دور در ادبیات سیستم‌های توزیع‌شده، به ویژه کار دوورک، لیچ و استوکمایر در مورد اجماع در مدل‌های نیمه‌همگام دارد. تحلیل استحکام تحت تأخیرهای انتشار متغیر، بینش‌های عملی برای بهینه‌سازی پارامترهای شبکه فراهم می‌کند و به طور بالقوه می‌تواند بهبودهای پروتکل در بیت‌کوین و ارزهای رمزنگاری مشابه را آگاه سازد.

پیامدها فراتر از علاقه آکادمیک به پویایی‌های استخر استخراج در دنیای واقعی و ملاحظات نظارتی گسترش می‌یابد. همانطور که در گزارش ثبات مالی جهانی ۲۰۲۱ صندوق بین‌المللی پول اشاره شده است، تمرکز استخراج خطرات سیستماتیکی برای اکوسیستم‌های ارز رمزنگاری ایجاد می‌کند. این تحقیق پایه ریاضی برای این نگرانی‌ها فراهم می‌کند و جهت‌هایی برای اصلاحات پروتکل به منظور تقویت غیرمتمرکزسازی، مشابه انتقال جاری اتریوم به اثبات سهام، پیشنهاد می‌دهد.