8、区块链的不公平性与弱故障研究

区块链的不公平性与弱故障研究

区块链的公平性问题

在区块链领域，公平性是一个备受关注的话题。过往有诸多研究对区块链进行了模拟和分析，但在公平性的理论解释和应对上仍存在不足。

Lewenberg等人以及Eyal等人对诚实矿工间的区块链进行了模拟，发现部分矿工的奖励可能低于其应得份额，但均未给出这种不公平现象的理论解释。他们呈现了受害者矿工挖矿速度提升时，其已提交区块比例呈指数下降的曲线，而相关定理对这一现象做出了解释。为缓解公平性问题，他们虽提出了替代方案，如Lewenberg等人提出的包容性区块链，将所有可能的区块链存储在有向无环图中；Eyal等人提出的Bitcoin - NG，通过区块链选举领导者来包含交易块，但这些方案仍依赖区块链，无法避免本文所指出的不公平性。

Eyal和Sirer提出了一种名为自私挖矿的攻击方式，少数矿工借此能在预期中提交超过其公平份额的区块。后续Sapirshtein等人、Gervais等人和Nayak等人对自私挖矿进行了优化。Eyal和Sirer在无消息延迟的假设下，确定了少数矿工自私挖矿时哈希率比例的阈值th，而Sapirshtein等人通过优化自私挖矿为每个哈希率比例值确定了更低的阈值。本文将Eyal和Sirer的阈值扩展到有消息延迟的模型中，发现经典比特币区块链实现比以往认为的更能容忍自私挖矿，在合理的消息延迟下，自私挖矿的阈值大于th。

Heilman等人提出的日食攻击，迫使部分矿工仅与攻击者连接，使得不诚实矿工的奖励高于其公平比例，且该攻击会增加消息延迟，将相关定理转化为对低哈希率矿工的攻击。此外，Pass和Shi提出的水果链，通过挖掘名为水果的数据结构来解决不诚实矿工导致的不公平问题，证明了不诚实矿工提交水果的比例受其哈