セルフィッシュマイニングとは何ですか？

セルフィッシュマイニングは、一群のマイナー（または単一のユーザー）が協力して収益を最大化し、ブロックチェーンを制御するために暗号資産をマイニングする方法です。このプロセスは、新しく作成されたブロックを公開ブロックチェーンから隠し、他のマイナーに対して優位に立つために特定の時点でそれらを明らかにすることを含みます。この戦略は、Proof-of-Work（PoW）ブロックチェーンがノードまたはマイナーによって複雑な暗号パズルを解決する方法によって容易に実行されます。

個々のマイナーは、高いエネルギー消費とPoWブロックチェーンのコストのため、単独で競争することが困難であるため、マイニングプールに参加することがよくあります。マイニング報酬は、プール内の各ノードの貢献に基づいて分配されます。

場合によっては、2つのブロックが同時に作成されることがあり、これによりブロックチェーンが2つの別々のチェーンにフォークする可能性があります。利己的なマイナーは、自分の採掘されたブロックを他のノードに放送せずにこの脆弱性を悪用します。その結果、正直なノードは、保留中のブロックを知らずに新しいブロックをチェーンに追加し続けます。一方、利己的なマイナーは、彼ら自身のプライベートチェーンでマイニングを続け、それを長くしています。

利己的なマイナーが十分な利点を得ると、彼らは保留していたブロックを公共のブロックチェーンにリリースします。これにより、ブロックチェーンは利己的なマイナーのチェーンを有効なものと認識し、正直なノードの作業を無効にし、利己的なマイナーにマイニング報酬を付与します。これにより、他のマイナーが利己的なマイニングプールに参加することが促進され、そのサイズが増大し、ブロックチェーンに対するポテンシャルなコントロールが高まります。

自己中心的なマイニングプールがネットワークのハッシュレート（51％以上）の過半数を蓄積すれば、取引の処理を操作し、ブロックチェーンの分散性を損なうことができます。ただし、この結果は起こりにくいです。なぜなら、詐欺行為が検出されれば、ほとんどのマイナーは仮想通貨の価格の大幅な下落につながる可能性があることを認識しているためです。その結果、ほとんどのマイナーは高い報酬を得る可能性のある詐欺的なマイニングプールに参加する代わりに、正直に運営することを好むでしょう。

Selfish Mining Known Forとは何ですか？

セルフィッシュマイニングは、そのポテンシャルから、暗号通貨のマイニングオペレーションの安定性と公平さを損なう可能性で知られる論争の的な戦略です。このアプローチを採用するマイナーは、ブロックチェーンネットワークの固有のルールを悪用することで、他者の犠牲に自分たちの利益を最大化することができます。セルフィッシュマイニングには、

• 発見されたブロックの保留
• 他のマイナーに無駄なリソースを使わせること
• 単一の実体やプール内にハッシュパワーを集中する

この統合は、ネットワーク内での検閲や二重支払いをもたらす可能性のある51%攻撃のリスクを高めます。ビットコインなどの主要ネットワークはまだ利己的なマイニングによって大きな影響を受けていませんが、暗号通貨の分散性への持続的な脅威は、その長期的なセキュリティと安定性についての懸念を引き起こしています。

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

セルフィッシュマイニングにおける状態遷移図

状態遷移図は、自己中心的なマイニング攻撃下のBitcoinネットワークの挙動を理解するための重要なツールです。 図2に示されているように、この図は6つの主要な状態を区別します：0（元のまたは初期の状態）、0'（二重のブランチ）、1（1つのブロックのリード）、2（2つのブロックのリード）、3（3つのブロックのリード）、そして4（攻撃の成功）。

最初の状態（0）では、すべてのマイナーは枝分かれすることなく単一のメインチェーンでマイニングを行います。悪意のあるマイナーがブロックを発見して秘密に保持すると、システムは状態0から状態1に移行し、遷移率はλ01です。正直なマイナーが最初にブロックを見つけた場合、システムは状態0に留まり、率はµ00です。

状態1では、悪意のあるマイナーがプライベートブランチで次のブロックを成功裏にマイニングした場合、システムはλ12の率で状態2に遷移します。もし正直なマイナーが悪意のあるマイナーよりも先に次のブロックを見つけた場合、システムはµ10'の率で状態0'に遷移します。

状態0'（チェーンに等しい長さの2つの枝がある状態）では、自己中心的なマイナーが最初に新しいブロックを見つけると、システムはλ0'1の速度で状態1に遷移します。もし正直なマイナーが新しいブロックを最初に発見した場合、システムはµ0'0の速度で初期状態0に遷移します。

ステート2では、悪意のあるマイナーは、λ23の速度で次のブロックを最初に見つけることができ、システムをステート3に遷移させます。正直なマイナーが次のブロックを発見した場合、システムはµ21の速度でステート1に戻ります。

状態3では、正直なマイナーがλ34の速度で次のブロックを採掘に成功すると、システムは状態4に遷移します。状態4では、利己的なマイナーが彼らのプライベートブランチをブロードキャストし、それがメインブランチとなり、そのため利己的なマイニング攻撃が完了します。

連続時間マルコフ連鎖（CTMC）アプローチに基づく状態遷移図は、ビットコインネットワークの信頼性を分析し、状態確率を導出するのに役立ちます。この理解により、研究者はネットワーク全体の安定性やセキュリティに対するさまざまな状態遷移率の影響を調査できます。

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

自己中心的な活動の指標

自己中心的なマイニング活動を検出することは困難であり、ネットワーク内の微妙な変化を特定することに関わるため、挑戦があります。自己中心的なマイニングを明らかにするのに役立つ2つの主要なネットワーク署名があります。

• 放棄された（孤立した）ブロック：放棄されたブロックの急増は、利己的なマイニングの存在を示すかもしれません。利己的なマイナーは、誠実なプールの作業を上回ろうとし、結果として一連の破棄されたブロックが生じます。時間の経過とともに放棄されたブロックの割合をモニタリングすることで、利己的なマイニングが増加しているかどうかを検出できます。ただし、このアプローチには制限があり、放棄されたブロックはビットコインネットワークで刈り込まれるため、正確なカウントが難しいです。
• 連続するブロックのタイミング：2つのブロックの間隔はセルフィッシュマイニングについてのヒントを提供できます。連続するブロックは正直なプロトコルでは比較的まれですが、セルフィッシュマイナーが保留していたブロックを急速にリリースして正直なマイナーよりも先を行こうとするときにはより一般的です。連続するブロックのタイムスタンプを分析することで、期待される間隔からの逸脱を特定し、セルフィッシュマイニングの存在を示す手助けとなります。ただし、この方法は統計的であり、異常を検出するには時間がかかる場合があります。

対策

利己的なマイニングに関する認識が高まるにつれ、この戦略を試みるマイナーは反発を避けるためにおそらくひそかに行うでしょう。潜在的な攻撃者に先んじるために、以下の対策を検討してください:

• ブロック所有権の偽装：利己的なマイナーは異なるビットコインとIPアドレスを使用し、支払いを混乱させ、複数の競合するプールであるかのように振る舞うことがあります。ブロック所有権が隠されていると、共謀を特定することは困難になります。そのため、ブロック所有権に頼ることは理想的ではありません。
• ブロックタイミングに焦点を当てる：ブロックタイミング分析は自己中心的なマイナーの行動の一部しか検出しません。自己中心的なマイナーは検出されずに残るために特定の行動を避けるかもしれませんが、その過程で一部の利益を犠牲にします。
• 放棄されたブロックの検討：Bitcoinネットワークの現在のプルーニングおよび廃棄されたブロックに対する検討は、自己中心的なマイナーが自分たちの活動の証拠を破壊することで助けられています。すべての解決済みブロックを伝播させるためにプロトコルを変更すると、この問題を緩和し、自己中心的なマイニングを検出しやすくなります。

自己中心的なマイニングを検出することは可能ですが、それは困難な作業のままです。現時点では、ビットコインネットワーク内で自己中心的なマイニングが行われていると示唆する決定的な証拠はありません。それでも、引き続き警戒を怠らず、洗練された検出技術の開発がネットワークのセキュリティと安定性を維持するために不可欠です。

自己中心的なマイニングの歴史

利己的なマイニングの概念は、2010年初頭に初めて理論化され、2013年に研究者イッタイ・エイヤルとエミン・ギュン・シレルが「過半数だけでは不十分：Bitcoinマイニングは脆弱である」という論文を発表した際に注目を集めました。コーネル大学の研究者たちは、マイナーが少数のハッシュレートで経済的攻撃を行い、ブロック報酬や取引手数料の不采配なシェアをもたらす可能性を強調しました。彼らの論文は、ある条件下でマイナーまたはマイニングプールがネットワークのハッシュレートの25％以上を制御した場合、利己的なマイニングが誠実なマイニングよりも効率的になる可能性があることを強調しました。この発見は、利己的なマイニングが暗号通貨ネットワークに与える潜在的な長期的影響についての懸念を引き起こしました。

自己中心的なマイニングの使用例と特徴

セルフィッシュマイニングは、特定のマイナーやマイニングプールによって採用される搾取的な戦略であり、ブロックチェーンプロトコルのルールを操作して利益を最大化しようとするものです。この戦術は、暗号通貨ネットワークの分散性を損ない、全体のセキュリティと安定性に悪影響を与える可能性があります。セルフィッシュマイニングの主な特徴には、以下があります:

ブロックの保留

利己的なマイナーは、新しく発見されたブロックを意図的に他のネットワーク全体にブロードキャストせずにプライベートに保持します。これにより、彼らは有利な時に公開ブロックチェーンにリリースできる隠れたブロックチェーンを作成します。

リソースの無駄な強制

正直なマイナーがパブリックブロックチェーンで作業を続けている間、自己中心的なマイナーによって作成されたプライベートチェーンに気づかずにいます。 自己中心的なマイナーがより長いプライベートチェーンを公開すると、正直なマイナーが廃棄されたブロックに作業を行うことが無駄になり、電力や計算能力などのリソースの大幅な損失につながります。

共謀の可能性

利己的なマイニング戦略は、他のマイナーを引きつけて、より高い報酬を求めて利己的なマイニングプールに参加させることができます。他のマイナーが参加するにつれて、プールのハッシュパワーが増加し、ネットワークのハッシュレートの51%以上を制御する可能性があります。この増加したハッシュパワーは、51%攻撃を引き起こす可能性があり、ブロックチェーンの完全性を損ない、攻撃者が二重支払いを行ったり、選択的にトランザクションを承認したりすることを可能にします。

ネットワークの脆弱性

セルフィッシュマイニングは、プルーフオブワーク（PoW）ブロックチェーンの合意メカニズムにおける脆弱性を露呈させます。これらの弱点を悪用することで、セルフィッシュマイナーはマイニング報酬の公正な分配を乱し、暗号通貨ネットワークのユーザーの信頼を侵食することができます。

経済的インパクト

この利己的なマイニング戦略は、遠隔経済的影響を及ぼす可能性があります。たとえば、マイニング報酬や取引手数料の配分の不均衡を引き起こし、新しいマイナーがネットワークに参加するのを妨げ、マイニングパワーを中央集権化する可能性があります。さらに、利己的なマイニングは、関連する暗号通貨の価値に否定的な影響を与える可能性があります。なぜなら、市場がネットワークのセキュリティと安定性に対する信頼を失うかもしれないからです。

自己中心的なマイニングは良い投資ですか？

利益を最大化しようとするマイナーにとって利己的なマイニングは魅力的な戦略のように見えるかもしれませんが、このアプローチに関連するリスクや長期的な影響を考慮することが重要です。利己的なマイニングが良い投資であるかどうかを評価する際に心に留めておくべきいくつかの要素があります。

• 縛られた資本：ハッシュレートの大部分を持つマイナーは、自らのマイニングオペレーションに多額の資本を投資しています。これには、購入および維持にかかるマイニング機器のコストが含まれ、資本支出の中で最も大きなシェアを占めています。利己的なマイニングを行うことで、ブロックチェーンの信頼性が損なわれると、この投資が危険にさらされる可能性があります。
• 仮想通貨価値への影響：セルフィッシュマイニングは関連する仮想通貨の価格に大きな影響を与える可能性があります。ブロックチェーンの信頼性を損なうことで、セルフィッシュマイナーは収入源の価値を下げるリスクを負います。市場はネットワークのセキュリティと安定性への信頼を失う可能性があるためです。
• 独占のリスク：自己のマイニング攻撃を成功させるためには、他のマイナーやプールを巻き込む必要がある場合があり、それには重大なリスクが伴います。連合体を形成するプロセスは複雑であり、計画が露見し、参加者の名誉に損害を与える可能性が常にあります。
• ショートブロックウィズホールディング：一部のマイニングプールは、ブロックが目標のブロック生産レートに比べて早く見つかった場合に特にショートブロックの保留期間を利用する場合があります。これにより、連続して2つのブロックを見つけるチャンスが増えるため、わずかな利点を提供できますが、検出リスクが高まり、利己的なマイニングに関連する潜在的なネガティブな影響も高まります。
• 代替マイニング戦略：より複雑で入り組んだマイニング戦略には、自己中心的なマイニングをエクリプス攻撃と組み合わせたStubborn Miningなどがあります。これらの高度な戦略は利益の可能性を高めるかもしれませんが、ネットワークや関係者のマイニングにとってもリスクや潜在的な負の影響を伴うことがあります。

総括すると、利己的なマイニングは短期的な利益をもたらす可能性がある一方で、ブロックチェーンエコシステムに対する長期的なリスクや否定的な影響を考えると、疑問の余地のある投資戦略となります。マイナーにとっては、潜在的な利益とリスクを慎重に考慮し、自らの行動が暗号通貨コミュニティ全体に与える影響を考慮することが重要です。誠実なマイニングプラクティスに従うことは、ブロックチェーンの完全性を保つだけでなく、暗号通貨市場の長期的な持続性と成長を支えるのに役立ちます。

自己採掘リスクの理解と緩和

ビットコインネットワークは、悪意のあるマイナーが発見したブロックを保留し、プライベートチェーンでマイニングする自己中心的な攻撃に対して脆弱です。既存の研究は主に暗号化、プロトコル設計、リスク検出、および被害推定に焦点を当てています。ただし、信頼性の観点から自己中心的なマイニングを分析することは、そのような攻撃に対する効果的な防御にとって重要です。

この記事は、CTMCに基づいた分析的信頼性モデルを開発し、ビットコインネットワークが自己中心的なマイニング攻撃に対する脆弱性を評価することによって既存の知識体系に貢献しています。分析により、いくつかの重要な知見が明らかになりました:

• セルフィッシュな攻撃者がより多くの計算能力を持つと、ビットコインネットワークの信頼性が低下します。
• 攻撃を引き起こす率が高くなると、システムの故障がより速くなります。
• 正直なマイナーがより良いリカバリー能力を持っていると、ネットワークの信頼性が向上します。

これらの研究結果は直感的に思えるかもしれませんが、定量的な結果と比較は、現在のブロックチェーンベースの暗号通貨ネットワークモデルの堅牢性を向上させるための堅牢なアルゴリズムやプロトコルを開発するために貴重な示唆を提供しています。これらの改善は、さまざまな悪意のある攻撃に対するネットワークの自己防衛能力を強化することができます。

将来の研究では、セミ・マルコフ・モデルやマルチ・インテグラル・ベースの解析手法などを用いて、指数関数以外の状態遷移時間に対する信頼性の分析を拡張することが探究される可能性があります。これらの進展によって、進化する脅威に対応するためにブロックチェーンネットワークのセキュリティと信頼性をさらに強化することができるでしょう。

結論

要約すると、利己的なマイニングは、仮想通貨ネットワークの中心原則である分散、セキュリティ、公平さを損なう可能性のある物議を醸す実践です。プロトコルのルールを悪用することで、利己的なマイナーはしばしば正直なマイナーやブロックチェーン全体の健全性を犠牲にして、システムを個人的な利益のために操作することができます。