协调式与 P2P 挖矿建模：工作量证明区块链中的低效与不平等分析

我们研究具有非零延迟的工作量证明区块链中的效率，特别关注个体矿工效率的（不平等）问题。先前的工作将矿工效率的差异主要归因于攻击，但我们探讨一个不同的问题：即使所有矿工都是诚实的，矿工效率的不平等是否可以由延迟解释？传统上，此类与效率相关的问题仅在整体系统层面、且在矿工彼此直接连接的 peer-to-peer（P2P）设置中被解决。尽管如今矿工在由中心化协调者管理的矿池中汇聚算力已很常见，但这种协调式设置中的效率却几乎未被研究。在本文中，我们针对 P2P 和协调式设置提出了一种具有延迟的工作量证明区块链简单模型。我们推导了协调式设置下任意数量矿工和任意延迟时效率的闭式表达式，包括整体系统和每个个体矿工。我们利用该结果证明不平等源于延迟的变异性，但如果所有矿工与协调者等距，则无论其算力如何，效率均相等。随后我们证明，在自然一致性条件下，P2P 设置下的整体系统效率高于协调式设置。最后，我们进行了基于仿真的研究，表明即使在 P2P 设置中，矿工间的延迟也会引入不平等，且延迟与算力之间存在更复杂的相互作用。