什麼是自私挖礦？

自私挖礦是一種挖掘加密資產的方法。在這種挖礦方法中，一組（或單個）礦工協作以最大化其收入並獲得對區塊鏈的控制權。自私挖礦指向公共區塊鏈隱藏新創建的區塊，並在特定時間顯示它們，以此使自己擁有相對其他礦工的優勢。使用工作量證明 (PoW) 的區塊鏈利用節點或礦工驗證交易，這些節點或礦工解決了復雜的密碼學難題。這促進了這一策略的實施。

使用 PoW 的區塊鏈的能耗和成本都很高，這使個體礦工難以競爭。因此，個體礦工經常加入礦池，以此聚合算力並分享獎勵。挖礦獎勵的分配基於池中每個節點的貢獻情況。

在某些情況下，可能會有兩個區塊同時被創建，從而可能導致區塊鏈分叉成兩條獨立的鏈。自私的礦工會利用這一漏洞，不將其開採的區塊廣播到其他節點來。因此，誠實的節點不會保留區塊，而是會繼續向鏈中添加新塊。與此同時，自私的礦工繼續在其私有鏈上挖礦，該鏈將變得更長。

一旦自私的礦工獲得了足夠的優勢，他們就會將其保留的區塊發布到公共區塊鏈，從而導致區塊鏈將自私礦工的鏈公認爲有效鏈，使誠實節點的工作無效並將挖礦獎勵授予自私礦工。這促使其他礦工也加入自私礦池，增加了礦池的規模並可能增強對區塊鏈的控制力。

若自私礦池集聚了網路的大部分哈希率（51% 或更多），它就能操縱交易處理並破壞區塊鏈的去中心化性質。然而，這種結果不太可能會發生，因爲礦工們明白，任何檢測到的欺詐活動都可能導致加密貨幣價格大幅下跌。因此，大多數礦工更願意誠實經營，而不是加入高回報、可能存在欺詐的礦池。

自私挖礦以什麼著稱？

自私挖礦是一種有爭議的策略，可能破壞加密貨幣挖礦作業的穩定性和公平性。礦工利用區塊鏈網路的內在規則，採用自私挖礦策略，以犧牲他人爲代價來最大化其利潤。自私挖礦涉及：

• 不廣播已發現的區塊
• 迫使其他礦工在廢棄鏈上浪費資源
• 將哈希算力集中在單個實體或池中

這種行爲增加了 51% 攻擊的風險，可能在網路內引起審查和雙花問題。雖然像比特幣這樣的主要網路尚未受到自私挖礦的重大影響，但這一策略持續威脅着加密貨幣去中心化的特性，進而引發人們對其長期安全性和穩定性這一實際問題的擔憂。

來源：https://digitalcommons.odu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1314&context=ece_fac_pubs

自私挖礦中的狀態轉換圖

狀態轉換圖是用於理解比特幣網路在自私挖礦攻擊下活動方式的重要工具。如圖 2 所示，該圖區分了六個主要狀態：0（原始或初始狀態）、0’（雙分支）、1（單塊引導）、2（兩塊引導）、3（三塊引導）鉛）和 4（攻擊成功）。

在初始狀態（0）下，所有礦工都在一條主鏈上挖礦，沒有任何分支。當惡意礦工發現一個區塊並將其隱藏時，系統從狀態 0 轉換到狀態 1，轉換率爲 λ01。若誠實的礦工先找到該區塊，系統將保持狀態 0，速率爲 µ00。

在狀態 1 中，若惡意礦工在其私有分支上成功挖出下一個區塊，系統將轉換爲狀態 2，速率爲 λ12。若誠實礦工比惡意礦工先找到下一個區塊，系統將轉換爲狀態 0’，速率爲 µ10’。

在狀態 0’（鏈有兩個等長的分支），當自私的礦工先找到新區塊時，系統轉換到狀態 1，速率爲 λ0’1。若誠實的礦工先發現新區塊，系統將轉換回初始狀態 0，速率爲 µ0’0。

在狀態 2 中，惡意礦工能先找到下一個區塊，速率爲 λ23，導致系統轉換到狀態 3。若誠實礦工發現下一個塊，系統將轉換回狀態 1，速率爲µ21。

在狀態 3 中，當誠實礦工以 λ34 的速率成功挖出下一個區塊時，系統轉換到狀態 4。在狀態 4 中，自私礦工廣播其私有分支，成爲主分支，從而完成自私挖礦攻擊。

狀態轉換圖基於連續時間馬爾可夫鏈 (Markov chain, CTMC) 。該方法的有助於得出狀態概率並分析比特幣網路的可靠性。這種解釋讓研究人員能夠研究各種狀態轉換率對網路整體穩定性和安全性的影響。

來源：https://digitalcommons.odu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1314&context=ece_fac_pubs

自私挖礦的指標

檢測自私挖礦活動是一件具有挑戰性的事情，因爲它需要識別網路中的微妙變化。有兩個主要的網路籤署能幫助揭示自私挖礦：

• 廢棄（孤立）區塊：孤立區塊的激增可預示着自私挖礦的存在。自私礦工的目標是勝過誠實礦池的工作，這導致許多區塊被廢棄。通過監控一段時間內廢棄區塊的比率，可以檢測到自私挖礦是否在增加。然而，這種方法也有局限性，因爲廢棄的區塊在比特幣網路中被修剪，致使難以準確計數。
• 連續區塊的時間：兩個區塊生成的時間間隔能預示有關自私挖礦的信息。在誠實協議中，緊密連續的區塊相對罕見，但當自私的礦工爲超過誠實礦工而快速釋放所保留的區塊時，這種情況更爲常見。分析連續區塊上的時間戳有助於識別與預期間隔的偏差，表明自私挖礦的存在。但這是一種統計方法，將需要時間來檢測任何異常情況。

對策

隨着人們對自私挖礦警覺性的提高，任何嘗試使用這種策略的礦工，都可能會偷偷實施，以避免招致強烈抵制。可使用以下對策來抵制潛在的攻擊者：

• 區塊所有權僞裝：自私的礦工可能會使用不同的比特幣和 IP 地址，降低其支出，並僞裝成多個相互競爭的礦池。當區塊所有權被隱藏時，就難以識別這種攻擊，這就是爲什麼依賴區塊所有權作爲指標並不理想。
• 關注區塊時序：區塊時序分析僅能檢測一部分自私礦工的行爲。自私的礦工可能會避開特定行爲以使自己不被發現，從而在此過程中舍棄一些利潤。
• 檢查被遺棄的區塊：比特幣網路目前修剪和丟棄被遺棄區塊的做法破壞了自私礦工的活動證據，從而爲自私礦工提供了幫助。修改協議以傳播所有已解決的區塊將有助於緩解此問題，並能更容易地檢測到自私挖礦。

盡管自私挖礦是能檢測到的，但這仍是一項艱巨的任務。目前，還沒有確鑿的證據表明比特幣網路中存在正在進行的自私挖礦行爲。盡管如此，要持續保持警惕並開發復雜的檢測技術，這對於維護網路的安全性和穩定性至關重要。

自私挖礦的歷史

早在2010年，自私挖礦的概念理論就已建立，並在2013年受到廣泛關注。當時，研究人員 Ittay Eyal 和 Emin Gün Sirer 發表了他們的論文《簡單多數原則似乎不夠？比特幣挖礦非常脆弱》(Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable)。這兩位康奈爾大學的研究人員強調，具有少數哈希率的礦工有能力實施經濟攻擊，這可能導致區塊獎勵和交易費用的份額不成比例。在論文中，他們還強調，在特定條件下，當礦工或礦池的控制超過25%的網路哈希率時，自私挖礦可能會比誠實礦工的挖礦更有效率。這一啓示引發了人們的擔憂，他們擔心自私挖礦會對加密貨幣網路產生潛在長期的影響。

自私挖礦的用例和特徵

自私挖礦是某些礦工或礦池實施的一種剝削策略。他們通過操縱區塊鏈協議規則來最大化其利潤。這種策略破壞了加密貨幣網路的去中心化特性，並可能對其整體安全性和穩定性產生不利影響。自私挖礦的主要特徵有：

保留區塊

自私的礦工故意將新發現的區塊隱藏，而不將它們廣播到整個網路。如此，他們就創建了一個隱藏的區塊鏈，最終可以在對他們有利的時候將其發布到公共區塊鏈。

強制性資源浪費

當誠實的礦工繼續在公共區塊鏈上工作時，他們仍對自私的礦工創建的私有鏈未知。當自私的礦工公開其更長的私有鏈時，誠實礦工在廢棄區塊上的工作就是無用的，造成電力和計算能力等資源大量損失。

共謀的可能性

自私挖礦策略能吸引其他想追求更高回報的礦工加入自私礦池。隨着越來越多礦工的加入，礦池的哈希算力也會增加，這可能使他們控制的網路哈希率達到 51% 以上的程度。這種提高的哈希能力可能導致 51% 攻擊，破壞區塊鏈的完整性，並讓攻擊者能執行雙花或有選擇地批準交易。

網路漏洞

自私挖礦暴露了工作量證明 (PoW) 區塊鏈共識機制中的漏洞。自私的礦工利用這些漏洞，能破壞挖礦獎勵的公平分配，並削弱用戶對加密貨幣網路的信任。

經濟影響

這種自私的採礦策略能產生深遠的經濟影響。例如，它可能導致挖礦獎勵和交易費用的分配不平衡，阻礙新礦工加入網路並可能讓挖礦權力變得中心化。此外，自私挖礦會對相關加密貨幣的價值產生負面影響，因爲市場可能會對網路的安全性和穩定性失去信心。

自私挖礦是一項好的投資嗎？

對於想要最大化利潤的礦工來說，雖然自私挖礦似乎是一種極具吸引力的策略，但他們必須考慮這種方法涉及的風險以及造成的長期影響。在評估自私挖礦是否是一項好的投資時，需要考慮以下因素：

• 佔用資金：有大量算力的礦工通常會在其挖礦業務中投入大量資金。其中購買和維護挖礦設備的成本所佔資本支出份額最大。若區塊鏈的可信度受到破壞，從事自私挖礦可能會損失這項投資。
• 影響加密貨幣的價值：自私挖礦會對相關加密貨幣的價格產生顯著影響。自私的礦工破壞區塊鏈的可信度，冒使其收入來源貶值的風險，因爲市場可能會對網路的安全性和穩定性失去信心。
• 合謀風險：爲成功實施自私挖礦攻擊，礦工可能需要卷入其他礦工或礦池，這會帶來重大風險。組建聯盟的過程會很復雜，而且計謀總是有可能暴露，從而帶來潛在的法律後果或損害參與者的聲譽。
• 較短的區塊保留期：特別是在相對於目標區塊生產率而言區塊被快速找到時，一些礦池可能會使用較短的區塊保留期。雖然這增加了連續找到兩個連續區塊的機會，提供了一點優勢，但它也加大了被發現的風險以及與自私挖礦相關的潛在負面後果。
• 替代挖礦策略：存在更復雜精細的挖礦策略，例如 Stubborn Mining，它將自私挖礦與日蝕攻擊(Eclipse Attack)相結合。這些高級的策略可能會提升獲利潛力，但也會帶來更高的風險，並對網路和相關礦工造成潛在的負面影響。

總之，雖然自私挖礦可能會帶來潛在的短期收益，但它具有長期風險並會對區塊鏈生態系統產生負面影響。因此，這種投資策略值得商榷。礦工有必要仔細權衡潛在利益與風險，並斟酌其行爲對更廣泛的加密貨幣社區的影響。進行誠實的挖礦不僅能保持區塊鏈的完整性，還有助於確保加密貨幣市場的長期可持續性和增長。

了解自私挖礦並減輕其風險

比特幣網路容易受到自私挖礦攻擊。自私挖礦攻擊中的惡意礦工保留發現的區塊並在其私有鏈上進行挖礦。對此攻擊的現有研究主要集中在密碼學、協議設計、風險檢測和損害預估方面。然而，從可靠性角度分析自私挖礦，對於有效防御此類攻擊至關重要。

本文開發了基於 CTMC 的分析可靠性模型，可用於評估比特幣網路對自私挖礦攻擊的脆弱性，爲現有知識體系做出了貢獻。本文的分析揭示了幾個重要發現：

• 當自私挖礦攻擊者擁有更多算力時，比特幣網路的可靠性就會降低。
• 隨着攻擊觸發率的增加，系統往往會更快出現故障。
• 當誠實的礦工具有更好的恢復能力時，網路的可靠性會提高。

雖然這些發現可能看起來很簡單，但在開發彈性算法和協議以增強當前基於區塊鏈的加密貨幣網路模型的穩健性方面，定量結果和比較提供了寶貴的見解。這些改進能增強網路抵御各種惡意攻擊的自我防御能力。

未來的研究可探索通過採用半馬爾可夫模型和基於多積分的分析等方法將可靠性分析擴展到非指數狀態轉換時間。這些進步將有助於進一步加強區塊鏈網路在面臨不斷變化的威脅時的安全性和可靠性。

結語

總的來說，自私挖礦策略具有爭議和潛在危害，可能會破壞加密貨幣網路中去中心化、安全性和公平性的核心原則。自私的礦工利用協議規則，能操縱系統謀取私利，這通常是以犧牲誠實礦工和區塊鏈的整體運行狀態爲代價的。