BM-PAW: Proof of Work Tabanlı Blok Zinciri Sistemlerinde Karlı Madencilik Saldırısı

İçindekiler

• 1 Giriş
• 2 Arka Plan Bilgisi
  • 2.1 İş Kanıtı ve Madencilik
  • 2.2 Mevcut Madencilik Saldırıları
• 3 BM-PAW Saldırı Stratejisi
  • 3.1 Rüşvet Mekanizması
  • 3.2 Matematiksel Modelleme
• 4 Denge Analizi
• 5 Deney Sonuçları
• 6 Önlemler
• 7 Özgün Analiz
• 8 Teknik Detaylar
• 9 Kod Uygulaması
• 10 Gelecekteki Uygulamalar
• 11 Kaynakça

1 Giriş

Satoshi Nakamoto tarafından 2008'de önerilen Bitcoin, merkeziyetsiz blok zinciri teknolojisiyle dijital para alanında devrim yarattı. Geleneksel paraların aksine, Bitcoin iş kanıtı (PoW) mutabakat mekanizmasına dayanır; madenciler işlemleri doğrulamak ve ödül kazanmak için kriptografik bulmacıları çözer. Ancak, PoW tabanlı sistemlerin güvenliği, dürüst madencilik uygulamalarından sapma davranışlarından yararlanan çeşitli madencilik saldırılarıyla karşı karşıyadır.

2 Arka Plan Bilgisi

2.1 İş Kanıtı ve Madencilik

PoW tabanlı blok zinciri sistemlerinde, madenciler yeni bloklar oluşturmak için kriptografik bulmacaları çözmede rekabet eder. Bulmacayı ilk çözen madenci, blok ödülünü (Kasım 2024 itibarıyla 3.125 Bitcoin) alır. Hesaplama kaynaklarını birleştirmek için madencilik havuzları ortaya çıkmış olup, katılımcılara paylaşılan ödüller yoluyla daha istikrarlı gelir sağlarlar.

2.2 Mevcut Madencilik Saldırıları

Önceki araştırmalar, çeşitli karlı madencilik saldırılarını tanımlamıştır:

• Selfish mining: Madenciler avantaj sağlamak için keşfedilen blokları gizler
• Blok Saklama Saldırısı (BWH): Saldırgan madencilik havuzu verimliliğini baltalamak için kısmi kanıtlar gönderir
• Çatallama Sonrası Saklama Saldırısı (FAW)Blok Tıkanıklığı ile Stratejik Çatallanmanın Birleştirilmesi
• Hesaplama Gücü Ayarlamalı Tıkanıklık Saldırısı (PAW)Dinamik Hesaplama Gücü Tahsisi

3 BM-PAW Saldırı Stratejisi

3.1 Rüşvet Mekanizması

BM-PAW, saldırganın hedef madencilik havuzundaki madencilere rüşvet fonları (BM) sağladığı yenilikçi bir yöntem sunar. Bu ekonomik teşvik, madencilerin saldırganın talimatlarını izlemesini sağlayarak geleneksel yöntemlerden daha etkili olan koordineli bir saldırı stratejisi oluşturur.

3.2 Matematiksel Modelleme

BM-PAW saldırısı oyun teorisi kullanılarak modellenebilir. $\alpha$ saldırganın hash gücünü, $\beta$ hedef madencilik havuzunun hash gücünü, $BM$ ise rüşvet miktarını temsil etsin. Saldırganın kâr fonksiyonu şu şekilde ifade edilebilir:

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

Burada $R$ blok ödülünü, $\gamma$ ise rüşvet verilen madenci(ler)in itaat oranını temsil eder.

4 Denge Analizi

İki Havuzlu BM-PAW Oyun senaryosunda, saldırganın stratejik rüşvet verme yoluyla "Madenci İkilemi"nden kaçınabildiğini keşfettik. Nash dengesi, saldırganın hesaplama gücü $\alpha$ ve optimal rüşvet miktarı $BM^*$'a bağlıdır; bu miktar, hedef havuzun itaatini sağlarken kârı en üst düzeye çıkarır.

5 Deney Sonuçları

Simülasyon deneylerimiz, çeşitli ağ koşullarında BM-PAW'ın PAW'dan sürekli olarak daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymaktadır. Saldırgan toplam hesaplama gücünün %30'unu kontrol ettiğinde ve optimal rüşveti sağladığında, BM-PAW aynı koşullar altında PAW'a kıyasla %15-25 arasında kâr artışı sağlamaktadır.

6 Önlemler

BM-PAW saldırısını hafifletmek için birkaç pratik karşı önlem öneriyoruz:

• Madencilik havuzu izleme sistemlerini güçlendirerek anormal ödül dağıtım modellerini tespit etmek
• Stratejik gizleme saldırılarını önlemek için kriptografik taahhüt şemaları uygulamak
• İşbirlikçi saldırıları tespit etmek için dinamik madencilik havuzu üye stratejisi uygulama
• Madenci davranışlarını izlemek için itibar sistemi oluşturma

7 Özgün Analiz

Doğrudan ve Net:BM-PAW, blok zinciri saldırı ekonomisinde köklü bir yükseltmeyi temsil eder - bu artık sadece teknik bir istismar değil, aynı zamanda iş kanıtının dayandığı teşvik yapısını bozmak için ekonomik teşviklerin oluşturulmasıdır.

Mantık Zinciri:Bu saldırı net bir ekonomik mantık izler: Geleneksel saldırılar (bencil madencilik veya PAW) yalnızca hesaplama gücünün teknik manipülasyonuna dayanır. BM-PAW bir rüşvet katmanı ekleyerek bir mahkum ikilemi senaryosu yaratır - bireysel madenci, kolektif sisteme zarar verse bile ekonomik rasyonellikle rüşveti kabul etme eğilimindedir. Bu, diğer merkeziyetsiz sistemlerde gözlemlenen müştereklerin trajedisi sorununu yansıtır ve DeFi'daki flash loan saldırılarının teknik açıklardan ziyade ekonomik teşviklerden yararlanmasına benzer.

Artılar ve Eksiler:BM-PAW'nun seçkin yanı, blockchain güvenliğinin yalnızca bir kriptografi sorunu değil - aynı zamanda bir oyun teorisi sorunu olduğunu kavramasıdır. Yazarlar, madencilerin ekonomik rasyonelliğinin silahlandırılabileceğini doğru şekilde tespit etmiştir. Ancak, makalenin ana zayıflığı pratik uygulama zorluklarını sınırlı şekilde tartışmasıdır. Ethereum Vakfı'nın Miner Extractable Value (MEV) araştırmasının da işaret ettiği gibi, çoğu karmaşık saldırı; madenci koordinasyon maliyetleri ve tespit riski de dahil olmak üzere pratik konuşlandırma engelleriyle karşılaşır. Rüşvetin büyük ölçekte verimli şekilde uygulanabileceği varsayımı daha derinlemesine incelenmeyi hak etmektedir.

Eylem Çıkarımları:Blok zincir geliştiricileri için bu araştırma, salt kriptografik güvenliğin ötesine geçmenin acil ihtiyacını işaret etmektedir. Projeler ekonomik güvenlik katmanlarını entegre etmeli ve rasyonel ekonomik aktörlerin karlı herhangi bir açıktan yararlanacağını varsaymalıdır. Önerilen karşı önlemler sadece bir başlangıç olup, Vitalik Buterin'in Ethereum yol haritası hakkındaki açıklamalarında da belirttiği gibi, uzun vadeli çözümler, hisse kanıtı veya daha karmaşık mutabakat tasarımları gibi mekanizmalarla bu tür saldırıları ekonomik olarak uygulanamaz kılan temel protokol değişiklikleri gerektirebilir.

Bitcoin teknik incelemesi ve sonraki araştırmalarda (Eyal'ın bencil madencilik makalesi gibi) belgelenen geleneksel saldırılarla karşılaştırıldığında, BM-PAW, saldırı karmaşıklığının olgunlaşmasını temsil eder - teknik istismardan ekonomik manipülasyona geçiş. Bu evrim, geleneksel siber güvenlikte gözlemlenen, saldırıların teknik açıklardan sosyal mühendisliğe ve oradan da ekonomik manipülasyona ilerleme sürecine paraleldir.

8 Teknik Detaylar

BM-PAW saldırısı karmaşık matematiksel modellemeye dayanır. Optimal rüşvet hesaplaması çoklu faktörleri dikkate almalıdır:

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

Burada $\gamma(BM)$, rüşvet miktarının bir fonksiyonu olarak uyum oranını temsil eder ve genellikle sigmoid fonksiyonu olarak modellenir.

9 Kod Uygulaması

Makale spesifik kod sağlamasa da, BM-PAW algoritması kavramsal olarak şu şekilde formüle edilebilir:

BM-PAW算法：
1. 计算当前算力分布
2. 识别潜在目标矿池
3. 计算最优贿赂金额BM*
4. 如果BM* < 预期利润增长：
5.    启动贿赂活动
6.    调整算力分配
7.    监控服从度并调整策略
8. 否则：继续采用传统PAW

10 Gelecekteki Uygulamalar

BM-PAW konseptinin kripto para madenciliği dışındaki alanlar için çıkarımları bulunmaktadır:

• DeFi GüvenliğiMerkeziyetsiz borsalar veya borç verme protokolleri, rüşvet benzeri saldırıların hedefi olabilir
• Konsensüs Mekanizması EvrimiYeni nesil blok zincirlerin daha sağlam konsensüs mekanizmalarına olan ihtiyacını vurgular
• Düzenleyici Değerlendirmeler: Menkul Kıymetler Yasası'nın blok zinciri teşvik yapılarına nasıl uygulanabileceğini etkileyebilir
• Çapraz Zincir Güvenliği: Bu yöntem, farklı blok zincirleri arasındaki köprü protokollerine yönelik saldırılara uygulanabilir

11 Kaynakça

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Eşten Eşe Elektronik Nakit Sistemi
2. Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). 多数并不足够：比特币挖矿是脆弱的
3. Luu, L., et al. (2015). A Secure Sharding Protocol For Open Blockchains
4. Buterin, V. (2021). Why Proof-of-Stake
5. Bitcoin Hash İstatistikleri. Blockchain.com
6. Ethereum Foundation. (2023). Miner Extractable Value Research