基于大偏差理论的区块链自然分叉微观分析

区块链中的自然分叉指的是在一个区块高度上同时存在一组区块的现象，意味着各节点对主链有不同的视角。自然分叉可能对区块链产生多种不利影响，从而危及系统的性能与安全。然而，现有分析自然分叉的文献主要从宏观视角出发，不足以深刻理解该现象。本文通过利用大偏差理论对自然分叉进行微观研究，考察区块链中区块生成与传播的瞬时差异，从而填补了这一空白。我们的工作通过三步过程全面且互补地推导，给出了自然分叉概率及其衰减率。通过扎实的理论推导和广泛的数值模拟，我们发现：1）区块生成与传播不匹配超过给定阈值的概率随自然分叉鲁棒性相关参数或区块传播率与区块创建率之差的增加而指数级减小；2）自然分叉鲁棒性相关参数在某些情况下可能对加速自然分叉中止具有更主导的作用；3）当自相关区块生成率被刻画为带缩放参数的平稳自回归过程时，发现设置较低的缩放参数可加速自然分叉的失败。这些发现很有价值，因为它们为设计最优对策以阻止自然分叉从而活跃区块链网络提供了新颖的理论基础。