自私挖矿详解：比特币挖矿安全隐患

比特币激励机制的理解

比特币是一个精心设计的激励博弈。在一个去中心化的生态系统中，协调参与者的利益对于网络的长期生存至关重要。驱动节点保障网络安全的激励主要体现在经济方面——诚实守信的节点将获得奖励，而试图作弊则会失去潜在的收益。

这在挖矿过程中体现得尤为明显。参与者投入大量资金购买电力和专用硬件，希望通过向区块链添加区块来收回投资并获得利润。矿工寻求最大化回报，而最简单的方法就是遵守规则。

如果矿工向链中添加一个区块，他们将获得该区块中所有交易手续费，以及一部分新生成的币。我们称之为区块奖励，获得的币的数量每 210,000 个区块（大约每四年）减半。撰写本文时，奖励是 12.5 个 BTC，但几个月后将减少到 6.25 个。

挖矿的经济激励使得这一行为竞争激烈，最终提升了网络的安全性和去中心化程度。一些人推测这些激励机制是可以被操纵的。在这篇文章中，我们将探讨“自私挖矿”的概念。

自私挖矿的工作原理

对自私挖矿最全面的探讨可以追溯到 2013 年 Ittay Eyal 和 Emin Gun Sirer 的论文《多数并不足够：比特币挖矿易受攻击》。该论文的论点是，与普遍认知相反，比特币矿工的激励机制存在缺陷，最终可能导致网络中心化。

让我们用一个例子来演示自私挖矿。假设总哈希率平均分配给四位矿工：Alice、Bob、Carol 和 Dan（每人 25%）。Alice、Bob 和 Carol 遵守规则，但 Dan 试图利用系统为自己谋利。

在正常情况下，我们期望找到区块的矿工会立即将其添加到链中。Alice、Bob 和 Carol 作为诚实的参与者就是这样做的。但是，如果 Dan 找到了一个区块，他会将其保留（这是一个有效的解决方案，但尚未添加）。Dan 可能运气好，在其他人之前连续找到两个区块。

假设已经挖出了 100,000 个区块。现在 Alice、Bob 和 Carol 试图提出第 100,001 个区块。Dan 找到了它，但将其信息保密。现在有两条链，一条是公开的，另一条是 Dan 秘密的（且更长）的链。当其他人仍在试图找到第 100,001 个区块时，他找到了第 100,002 个区块。

Dan 的链条现在领先两个区块。如果他的运气没有用完，并且总是能够保持领先于其他链条这个距离，他就会继续下去。当其他人追上来，只落后一个区块时，他就会公开他的链条。

Dan 现在公开的链条比其他参与者正在工作的链条更长。根据我们称之为“最长链规则”的规则，“正确”的链条是积累了最多工作量证明 (Proof-of-Work) 的链条（这个指标也称为链工作量）。因此，如果一个节点检测到一条链积累的工作量更多，它将切换并将其算力分配给这条更长的链条。

现在，Alice、Bob 和 Carol 看到 Dan 的链条——他们现在认识到这是应该遵循的链条。他们在另一条链上赚取的任何奖励都将不复存在。由于 Dan 在当前链条上挖出了这些区块，因此他保留了所有奖励。

自私挖矿是否对比特币构成威胁？

所有参与者都遵守预期行为实际上会更便宜。自私挖矿造成了大量的浪费，但重要的是要注意，那些参与这种行为的人会比网络中的其他参与者拥有战略优势。因此，攻击者可能会被其他矿工加入，这只会让事情变得更糟。

在他们的论文中，Eyal 和 Sirer 将此强调为一个主要风险：随着时间的推移，自私挖矿可能导致矿池的哈希率增长，因为参与者将与自私实体合作以最大化其收入。一旦单个矿池获得了大部分算力，它可能会尝试 51% 攻击。

其他人则认为这种行为并不构成威胁，他们引用了矿工的意识形态因素，以及保持网络以去中心化方式运行的激励机制。允许生态系统被破坏将阻止矿工收回其在电力和机械上的投资，或获得利润。

结语

如果矿工联盟能够成功实施自私挖矿，这确实可能成为参与者提高自身收入的一种有吸引力的策略。在最坏的情况下，这种激励机制会导致诚实的矿工加入自私矿工的行列，从而损害比特币的去中心化。

然而，从大局来看，参与者以这种方式结盟是没有意义的。毕竟，破坏网络安全可能会导致比特币价格下跌，这直接影响到挖矿业务的盈利能力。