BM-PAW: Shambulio la Uchimbaji Lenye Faida katika Mifumo ya Blockchain Yenye Uthibitisho wa Kazi

Yaliyomo

• 1 Utangulizi
• 2 Msingi
  • 2.1 Uthibitisho wa Kazi na Uchimbaji
  • 2.2 Mashambulio ya Uchimbaji Yaliyopo
• 3 Mkakati wa Shambulio la BM-PAW
  • 3.1 Mfumo wa Rushwa
  • 3.2 Uundaji wa Kihisabati
• 4 Uchambuzi wa Usawa
• 5 Matokeo ya Majaribio
• 6 Njia za Kukabiliana
• 7 Uchambuzi wa Asili
• 8 Maelezo ya Kiufundi
• 9 Utekelezaji wa Msimbo
• 10 Matumizi ya Baadaye
• 11 Marejeo

1 Utangulizi

Bitcoin, iliyoanzishwa na Satoshi Nakamoto mwaka wa 2008, ilibadilisha kabisa sarafu za kidijitali kupitia teknolojia ya blockchain isiyo na kituo cha udhibiti. Tofauti na sarafu za kawaida, Bitcoin inategemea mifumo ya makubaliano ya Uthibitisho wa Kazi (PoW) ambapo wachimbaji hutatua fumbo za kisiri kuthibitisha shughuli na kupata malipo. Hata hivyo, usalama wa mifumo yenye msingi wa PoW unakabiliwa na changamoto kutoka kwa mashambulio mbalimbali ya uchimbaji yanayotumia mikengeuko kutoka kwa mazoea ya uadilifu ya uchimbaji.

2 Msingi

2.1 Uthibitisho wa Kazi na Uchimbaji

Katika mifumo ya blockchain yenye msingi wa PoW, wachimbaji wanashindana kutatua fumbo za kisiri. Mchimbaji wa kwanza kutatua fumbo hutengeneza block mpya na kupokea malipo ya block (kwa sasa Bitcoins 3.125 kufikia Novemba 2024). Mafurushi ya uchimbaji yameibuka ili kuunganisha rasilimali za kompyuta, huku yakitoa mapato thabiti zaidi kwa washiriki kupitia malipo ya kushirikiana.

2.2 Mashambulio ya Uchimbaji Yaliyopo

Utafiti uliopita umeonesha mashambulio kadhaa ya uchimbaji yenye faida:

• Uchimbaji wa Ubinafsi (Selfish Mining): Wachimbaji huweka faragha vitalu vilivyogunduliwa ili kupata faida
• Kuwacha Block (Block Withholding - BWH): Washambuliaji huwasilisha uthibitisho wa sehemu ili kuharibu ufanisi wa mfurusha
• Kugawanya Baada ya Kuweka (Fork After Withholding - FAW): Inachanganya kuweka na kugawanya kwa mkakati
• Kurekebisha Nguvu ya Uchimbaji (Power Adjusting Withholding - PAW): Inarekebisha upangaji wa nguvu ya uchimbaji kwa nguvu

3 Mkakati wa Shambulio la BM-PAW

3.1 Mfumo wa Rushwa

BM-PAW inaleta mbinu mpya ambapo washambuliaji hutoa pesa za rushwa (BM) kwa wachimbaji katika mafurusha lengwa. Hii ya kistarakilishi inahimiza kufuata maagizo ya mshambuliaji, na hivyo kuunda mkakati wa shambulio ulio ratibiwa ambao unavuka mbinu za kawaida.

3.2 Uundaji wa Kihisabati

Shambulio la BM-PAW linaweza kuigwa kwa kutumia nadharia ya michezo. Acha $\alpha$ iwakilishe nguvu ya uchimbaji ya mshambuliaji, $\beta$ nguvu ya uchimbaji ya mfurusha lengwa, na $BM$ kiwango cha rushwa. Kazi ya faida ya mshambuliaji inaweza kuonyeshwa kama:

$P_{shambulio} = R \cdot \frac{\alpha + \gamma \cdot \beta}{\alpha + \beta + \gamma \cdot \beta} - BM$

ambapo $R$ ni malipo ya block na $\gamma$ ni kiwango cha kufuata cha wachimbaji walio rushwa.

4 Uchambuzi wa Usawa

Katika hali ya mchezo wa BM-PAW yenye mafurusha mawili, tunapata kwamba mshambuliaji anaweza kuepuka "msukumo wa mchimbaji" kupitia rushwa ya kimkakati. Usawa wa Nash unategemea nguvu ya uchimbaji ya mshambuliaji $\alpha$ na kiwango bora cha rushwa $BM^*$ ambacho huongeza faida huku kihakikisha mfurusha lengwa anafuata.

5 Matokeo ya Majaribio

Uigizaji wetu unaonyesha kuwa BM-PAW inavuka kila wakati PAW katika hali mbalimbali za mtandao. Mshambuliaji anapodhibiti asilimia 30 ya jumla ya nguvu ya uchimbaji na akitoa rushwa bora, BM-PAW hupata faida kubwa za asilimia 15-25 ikilinganishwa na PAW chini ya hali sawa.

6 Njia za Kukabiliana

Tunapendekeza njia kadhaa za vitendo za kupunguza mashambulio ya BM-PAW:

• Ufuatiliaji ulioimarishwa wa mfurusha kwa muundo usio wa kawaida wa usambazaji wa malipo
• Mipango ya kujiachia ya kisiri ili kuzuia kuweka kwa mkakati
• Sera za uanachama wa mfurusha zenye nguvu ili kugundua mashambulio yaliyo ratibiwa
• Mifumo ya sifa kwa ajili ya kufuatilia tabia ya wachimbaji

7 Uchambuzi wa Asili

Kwa Uhakika: BM-PAW inawakilisha kupanda kwa msingi katika uchumi wa mashambulio ya blockchain—sio tu kuhusu unyonyaji wa kiufundi tena, bali kuhusu kuunda vistarakilishi vya kifedha vinavyoiharibu muundo wa kistarakilishi unaofanya Uthibitisho wa Kazi ufanye kazi.

Mnyororo wa Mantiki: Shambulio hufuata mantiki wazi ya kiuchumi: mashambulio ya kawaida kama uchimbaji wa ubinafsi au PAW yanategemea tu usanidi wa kiufundi wa nguvu ya uchimbaji. BM-PAW inaleta safu ya rushwa ambayo huunda hali ya msukumo wa mfungwa—wachimbaji binafsi wana mantiki ya kiuchumi kukubali rushwa hata inapodhuru mfumo wa pamoja. Hii inafanana na tatizo la msukumo wa rasilimali ya pamoja linaloonekana katika mifumo mingine isiyo na kituo, sawa na jinsi mashambulio ya mikopo ya haraka katika DeFi yanavyotumia vistarakilishi vya kiuchumi badala ya udhaifu wa kiufundi.

Viporo na Mapungufu: Uzuri wa BM-PAW uko katika kutambua kwake kuwa usalama wa blockchain sio tu wa kisiri—ni wa nadharia ya michezo. Waandishi wametambua kwa usahihi kwamba mantiki ya kiuchumi ya wachimbaji inaweza kutumiwa kama silaha. Hata hivyo, udhaifu mkubwa wa karatasi hii ni uchunguzi wake mdogo wa changamoto za utekelezaji wa ulimwengu halisi. Kama ilivyoonyeshwa katika utafiti wa Msingi wa Ethereum kuhusu thamani inayoweza kuchimbwa na mchimbaji (MEV), mashambulio mengi ya kisasa yanakabiliwa na vikwazo vya utekelezaji wa vitendo ikiwa ni pamoja na gharama za uratibu wa wachimbaji na hatari za kugunduliwa. Dhana kwamba rushwa inaweza kutekelezwa kwa ufanisi kwa kiwango kikubwa inastahili uchambuzi zaidi.

Msukumo wa Hatua: Kwa watengenezaji wa blockchain, utafiti huu unaonyesha hitaji la dharura ya kuendelea zaidi ya usalama wa kisiri tu. Miradi lazima ijumuishe safu za usalama wa kiuchumi na kudhania watendaji wa kiuchumi wenye mantiki watatumia mkengeuko wowote wenye faida. Njia za kukabiliana zilizopendekezwa ni mwanzo, lakini kama Vitalik Buterin alivyosema kuhusu mpango wa Ethereum, ufumbuzi wa muda mrefu unaweza kuhitaji mabadiliko ya msingi ya itifaki ambayo hufanya mashambulio kama haya yasiwe na faida kiuchumi kupitia mifumo kama uthibitisho wa hisa (proof-of-stake) au miundo ya kisasa zaidi ya makubaliano.

Ikilinganishwa na mashambulio ya kawaida yaliyoorodheshwa katika waraka wa Bitcoin na utafiti unaofuata kama karatasi ya uchimbaji wa ubinafsi ya Eyal, BM-PAW inawakilisha ukuzaji wa usanii wa shambulio—kutoka kwa unyonyaji wa kiufundi hadi usanii wa kiuchumi. Mabadiliko haya yanafanana na tuliyoyaona katika usalama wa kidijitali wa kawaida, ambapo mashambulio yalikua kutoka udhaifu wa kiufundi hadi uhandisi wa kijamii na sasa hadi usanii wa kiuchumi.

8 Maelezo ya Kiufundi

Shambulio la BM-PAW linategemea uigizaji wa kisasa wa kihisabati. Hesabu ya rushwa bora inazingatia mambo kadhaa:

$BM^* = \arg\max_{BM} \left[ R \cdot \frac{\alpha + \gamma(BM) \cdot \beta}{\alpha + \beta + \gamma(BM) \cdot \beta} - BM \right]$

ambapo $\gamma(BM)$ inawakilisha kiwango cha kufuata kama kazi ya kiwango cha rushwa, kwa kawaida huigwa kama kazi ya sigmoid.

9 Utekelezaji wa Msimbo

Ingawa karatasi hii haitoi msimbo maalum, algoriti ya BM-PAW inaweza kubainishwa kama:

Algoriti ya BM-PAW:
1. Kokotoa usambazaji wa sasa wa nguvu ya uchimbaji
2. Tambua mafurusha yanayoweza kuwa lengo
3. Kokotoa kiwango bora cha rushwa BM*
4. Ikiwa BM* < ongezeko la faida linalotarajiwa:
5.    Anza kampeni ya rushwa
6.    Rekebisha upangaji wa nguvu ya uchimbaji
7.    Fuatilia kufuata na rekebisha mkakati
8. Vinginevyo: Endelea na PAW ya kawaida

10 Matumizi ya Baadaye

Dhana ya BM-PAW ina athari zaidi ya uchimbaji wa sarafu za kidijitali:

• Usalama wa DeFi: Mashambulio sawa ya rushwa yanaweza kulenga vibadala visivyo na kituo au itifaki za mikopo
• Mabadiliko ya Makubaliano: Inaangazia hitaji la mifumo imara zaidi ya makubaliano katika blockchain za kizazi kijacho
• Maswala ya Udhibiti: Yanaweza kuathiri jinsi sheria za usalama zinavyotumika kwa miundo ya kistarakilishi ya blockchain
• Usalama wa Mnyororo Mwingi: Mbinu hii inaweza kubadilishwa ili kushambulia itifaki za daraja kati ya blockchain tofauti

11 Marejeo

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. Luu, L., et al. (2015). A Secure Sharding Protocol For Open Blockchains
4. Buterin, V. (2021). Why Proof of Stake
5. Bitcoin Hash Rate Statistics. Blockchain.com
6. Ethereum Foundation. (2023). Miner Extractable Value Research