富人愈富？区块链激励机制的公平性分析
密码学与安全
2021-03-31 v2 数据库
摘要
工作量证明（PoW）是当前区块链系统中采用最广泛的激励模型，但其能效低下。随后提出的权益证明（PoS）旨在解决能耗问题。PoS 的“富人愈富”担忧在区块链社区中备受争议。该争议的核心在于：拥有更多权益的富裕矿工是否会获得更高的质押奖励，并进一步提升其未来的潜在收益。本文定义了两类有助于回答该问题的公平性，即期望公平性与鲁棒公平性。具体而言，期望公平性表明矿工的期望收益与其初始投资成正比，意味着期望投资回报率为常数。为更好地刻画挖矿结果的不确定性，本文提出鲁棒公平性，用以表征随着时间推移，投资回报率是否以高概率收敛于某一常数。我们的分析表明，只要挖矿博弈运行足够长时间，经典的 PoW 机制总能同时保持这两类公平性。此外，我们观察到当前 PoS 区块链实现了多种激励模型，并讨论了三种代表性模型，即 ML-PoS、SL-PoS 和 C-PoS。我们发现：（i）ML-PoS（如 Qtum 和 Blackcoin）保持期望公平性但可能无法实现鲁棒公平性；（ii）SL-PoS（如 NXT）不保护任何一类公平性；（iii）C-PoS（如 Ethereum 2.0）在鲁棒公平性上优于 ML-PoS，同时仍保持期望公平性。最后，我们在真实区块链系统上进行了大量实验，并开展了广泛的数值模拟以验证我们的分析。
引用
@article{arxiv.2103.14713,
title = {Do the Rich Get Richer? Fairness Analysis for Blockchain Incentives},
author = {Yuming Huang and Jing Tang and Qianhao Cong and Andrew Lim and Jianliang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.14713},
year = {2021}
}
备注
A short version of the paper will appear in 2021 International Conference on Management of Data (SIGMOD '21)