算力集中、竞争与传播的相互作用如何影响分布式账本的资源效率

比特币网络中的分叉源于区块链工作量证明共识协议中的自然竞争。其频率是分布式账本效率的关键指标，因为分叉可能导致资源浪费和网络不安全。我们提出了一个模型，用于估算异构矿工网络中的自然分叉率，作为其数量、算力分布和点对点基础设施上的区块传播时间的函数。尽管假设相对简化（如矿池内传播延迟为零），该模型预测的分叉率与实证孤块率相当。在过去十年中，我们观察到矿池数量大约减少了 3 倍，并量化了其对分叉率的影响，同时展示了算力分布中截断幂律分布的出现，这由受全球能源供应限制的“富者愈富”效应所解释。我们在实证上并借助定量模型证明，区块传播时间与挖矿时间的比率是分叉率的充分准确估计量，但也量化了其对矿工活动异质性的依赖。我们提供了实证和理论证据，表明算力集中度提高和区块传播时间降低均能减少分布式账本中的分叉率。我们的工作为研究分布式网络中的算力集中与竞争、解释分叉率差异（例如由自私挖矿实践和不对称传播时间引起）提供了稳健的数学框架，从而为现有和新型区块链分布式挖矿系统的设计提供了有效工具。