بررسي تاثير حذف پاداش بلوك بر رفتار استخراج‌گرها در بلاكچين مبتني بر اثبات كار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

از آن‌جايي كه امنيت يك سيستم بلاكچين وابسته به رفتار استخراج‌گران است، تحليل رفتار استخراج‌گران در شرايط مختلف يكي از موضوعات مهم در اين سيستم‌ها است. رفتارهاي خودخواهانه، حريصانه و طمع‌كارانه استخراج‌گران، يك چالش جدي در اين سيستم‌ها است كه بايد در شرايط مختلف مورد بررسي قرار بگيرد. در بيت كوين ابتدا پاداش ثابت و پاداش كارمزد تراكنش دو انگيزه اصلي استخراج‌گران است و سپس به مرور زمان پاداش ثابت كاهش خواهد يافت. اين چالش‌ها در زماني كه پاداش بلوك به صفر نزديك شود و يا اينكه به علل مختلف كارمزد تراكنش انگيزه اصلي استخراج گردد، بيش از پيش خواهد بود. بنابراين بررسي اين چالش‌ها در سيستم‌هاي بلاكچين مبتني بر اثبات كار، خصوصا سيستم بيت كوين، باعث بهبود كارآيي و كاهش خطرات احتمالي خواهد شد. انتخاب اندازه بلوك و قدرت استخراج توسط استخراج‌گران چالش‌هاي مهمي در اين شرايط خواهد بود. در اين پژوهش با مدل‌سازي رفتار استخراج گران، تاثير پارامترهاي مختلف در انتخاب هر يك از دو مذكور مورد ارزيابي قرار گرفته است. در انتخاب اندازه بلوك توسط استخراج‌گران، به وضوح روشن است كه بزرگ كردن اندازه بلوك پاداش بيشتري را نصيب استخراج‌گر برنده مي‌كند؛ اما از طرف ديگر تاخيرات موجود در شبكه باعث مي‌شود كه استخراج‌گران با افزايش اندازه بلوك، احتمال برنده شدن كمتري را داشته باشند. در نتيجه انتخاب اندازه بلوك بهينه كه منجر به حداكثر ميانگين سود مي‌شود، مساله مهمي است كه مي‌تواند بر روي سلامت و پايداري شبكه موثر باشد. همچنين در بلاكچين‌هاي مبتني بر اثبات كار، افزايش قدرت استخراج منجر به افزايش احتمال برنده شدن استخراج‌گر خواهد شد. از طرف ديگر افزايش قدرت محاسباتي نيازمند سرمايه‌گذاري مالي قابل توجه و همچنين صرف هزينه‌هاي جاري بيشتر خواهد بود، بنابراين تعيين سطح بهينه قدرت محاسباتي براي به حداكثر رساندن سود، يك نگراني اساسي براي استخراج‌گرها در شرايط مختلف به خصوص در هنگامي كه پاداش بلوك ناچيز شود، خواهد بود. در رساله پيش رو انتخاب اندازه بلوك بهينه و قدرت استخراج بهينه،‌ در شرايط مختلف مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است؛ در ابتدا يك سيستم مدل مناسب براي بررسي انتخاب اندازه بلوك بهينه ارائه گرديده و احتمال برنده شدن استخراج‌گران برحسب پارامترهاي موثر بر آن، فرمول‌بندي شده است. با استفاده از احتمال برنده شدن و محاسبه ميانگين سود استخراج‌گران نشان داده شده است كه هر استخراج‌گر با توجه به اندازه بلوك و توان استخراج ساير استخراج‌گران داراي يك اندازه بلوك بهينه و منحصر به فرد است. همچنين تعادل نش در رقابت بين استخراج گران محاسبه و بيان گرديده است. در تعادل نش هر استخراج‌گري كه قدرت پردازشي بيشتري دارد، داراي اندازه بلوك بزرگتري خواهد بود و بدون در نظر گرفتن ساير استخراج‌گران مي‌تواند اندازه بلوك خود را تعيين نمايد. همان طور كه پيش بيني مي‌شد اگر توان استخراج‌گران با يكديگر برابر باشند، آنگاه تنها تعادل براي استخراج‌گران، انتخاب اندازه بلوك يكسان توسط همه آن‌ها است. همچنين اندازه بلوك انتخابي در تعادل نش از مقدار مشخص بيشتر نخواهد شد. مسئله انتخاب اندازه بلوك براي حالتي كه اندازه بلوك محدود باشد نيز مورد تحليل و بررسي قرار گرفته است. بهترين پاسخ و تعادل نش در اين حالت فرمول بندي گرديده است و نشان داده شده است كه مقدار اندازه بلوك استخراج‌گران تحت شرايطي بيشينه اندازه بلوك خواهد بود. همچنين نشان داده شده است كه اگر اندازه بلوك بيشينه از مقدار مشخصي بيشتر باشد آنگاه‌ هيچ يك از استخراج‌گرها بيشينه اندازه بلوك را انتخاب نخواهند كرد؛ و همچنين اگر اندازه بلوك بيشينه از مقدار مشخصي كمتر باشد آنگاه همه استخراج‌گرها مقدار بيشينه اندازه بلوك خود را انتخاب خواهد كرد. در گام بعدي انتخاب بهينه قدرت استخراج مورد ارزيابي قرار گرفته است. با استفاده از مدل سازي بازي متقارن، تاثير عوامل مختلف بر روي قدرت استخراج مورد ارزيابي قرار گرفته است و نشان داده شده است كه انتخاب قدرت استخراج وابسته به به پاداش بلوك جديد و قدرت هش كل انتخاب شده توسط ساير استخراج‌گرها خواهد بود. از آنجايي كه در عمل حداكثر قدرت استخراج محدود خواهد بود، قدرت استخراج تحت هر دو حالت محدود و نامحدود بودن آن مورد ارزيابي قرار گرفت و با استفاده از تحليل رياضي بهترين پاسخ براي هر استخراج‌گر بدست آورده شده است و نشان داده شد كه تعادل نش در هر دو حالت به صورت يكتا وجود خواهد داشت و مقدار آن به صورت يك رابطه بسته رياضي بدست آورده شده است. در حالتي كه قدرت استخراج براي استخراج‌گرها نامحدود باشد، قدرت استخراج بهينه با عكس تعداد استخراج‌گرها رابطه خواهد داشت.

237408

مخابرات-سيستم

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان