Bobtail：最小化区块链挖矿方差的 Proof-of-Work 目标（草稿）
密码学与安全
2019-08-15 v5
摘要
区块链系统被设计为以恒定的平均速率产生区块。目前最流行的系统采用 Proof of Work (PoW) 算法作为创建这些区块的手段。Bitcoin 平均每 10 分钟产生一个区块。所有已部署的 PoW 区块链系统的一个不幸局限是，区块间的时间具有高方差。例如，在 5% 的情况下，Bitcoin 的区块间时间至少为 40 分钟。这种方差阻碍了已验证交易在系统中的一致流动。我们提出了一种替代的基于 PoW 的区块发现过程，使得区块间时间具有显著更低的方差。我们的算法称为 Bobtail，通过将 k 个最小次序统计量的均值与目标进行比较，推广了当前的算法。我们表明，区块间时间的方差随着 k 的增加而减小。如果将我们的方法应用于 Bitcoin，大约 80% 的区块将在 7 到 12 分钟内被发现，几乎每个区块都将在 5 到 18 分钟内被发现；平均区块间时间将保持在 10 分钟。此外，我们表明低方差挖矿显著阻止了双花攻击和自私挖矿攻击。对于当前的 Bitcoin 和 Ethereum（k=1），当商户设置 8 个区块的禁令期时，拥有 40% 算力的攻击者将以 30% 的概率成功；然而，当 k>=20 时，成功概率降至不到 1%。类似地，对于当前的 Bitcoin 和 Ethereum，拥有 40% 算力的自私矿工将认领约 66% 的区块；然而，当 k>=5 时，该矿工将发现自私挖矿的成功率不如诚实挖矿。我们方法的代价是更大的区块头。
引用
@article{arxiv.1709.08750,
title = {Bobtail: A Proof-of-Work Target that Minimizes Blockchain Mining Variance (Draft)},
author = {George Bissias and Brian Neil Levine},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.08750},
year = {2019}
}