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不完全なGHOSTビットコイン的ブロックチェーンでは頑強なマイニングが深刻か？定量的分析
Published at 2023/02/01 12:30:25 (JST)
Is Stubborn Mining Severe in Imperfect GHOST Bitcoin-like Blockchains? Quantitative Analysis
GHOSTは最長チェーンプロトコルと同じくチェーン選択プロトコルであり、Bitcoinとその亜種（Bitcoin-like）の不完全なブロックチェーンにおいて、セルフィッシュマイニング攻撃に対抗する能力が検証されている。本論文では、不完全なGHOST Bitcoinライクブロックチェーンにおけるstubborn mining攻撃の影響を調査するために、分析モデルに基づく方法を模索する。まず、マルコフ連鎖に基づいてチェーンのダイナミクスを定量化し、次にマイナーの収益とシステムのスループットの計算式を導出する。また、攻撃の深刻度を比較するために使用され、また攻撃者が攻撃を行うことが有益であるかどうかを決定するのに役立つ新しいメトリック、「ハザード・インデックス」を提案する。実験の結果、1)30%以上の計算能力を持つ攻撃者は、stubborn mining攻撃を行うことで莫大な利益を得ることができ、システムのスループットを極度に低下させることができる。2）合理的な攻撃者は、25％以下の計算能力しかない場合、stubborn mining攻撃を行うべきではありません。3) stubborn mining攻撃は、GHOSTの下ではセルフィッシュマイニング攻撃よりも大きな損害を与える。本研究は、stubborn mining attackに対する洞察を提供し、対策設計に役立てる。
GHOST, like the longest-chain protocol, is a chain selection protocol and its capability in resisting selfish mining attack has been validated in imperfect blockchains of Bitcoin and its variants (Bitcoin-like). This paper explores an analytical-model-based method to investigate the impact of stubborn mining attack in imperfect GHOST Bitcoin-like blockchains. We first quantify chain dynamics based on Markov chain and then derive the formulas of miner revenue and system throughput. We also propose a new metric, "Hazard Index", which can be used to compare attack severity and also assist attacker in determining whether it is profitable to conduct an attack. The experiment results show that 1) An attacker with more than 30% computing power can get huge profit and extremely downgrade system throughput by launching stubborn mining attack. 2) A rational attacker should not launch stubborn mining attack if it has less than 25% computing power. 3) Stubborn mining attack causes more damage than selfish mining attack under GHOST. Our work provides insight into stubborn mining attack and is helpful in designing countermeasures.
