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不稳定的通量:当难度算法被打破的时候(CS CR)

难度算法是 Proof-of-Work 区块链的一个基本组成部分,旨在通过动态调整网络难度以响应矿工不断变化的计算能力来维持稳定的区块生产时间。以稳定的区块时间为目标是至关重要的,因为这确保了一致的交易吞吐量。一些区块链需要难度算法,对严重的哈希率波动做出快速反应。然而,如果没有精心设计,这可能会产生漏洞,激励矿工进行跳币策略,从而产生一个因交易处理不稳定而不可靠的系统。我们对比特币现金如何在区块解算时间中表现出周期性进行了实证分析,这是其难度算法设计中的正反馈循环的结果。此外,我们还研究了矿工的行为在多大程度上会随着时间的推移而导致这种现象。对此,我们在数学上推导出一种基于负指数过滤器的难度算法,该算法禁止正反馈循环的形成,并表现出额外的理想属性,如历史不可知性。我们将所描述的算法与比特币现金在模拟挖矿环境中的算法进行比较,并验证前者将消除区块解算时间的严重振荡。最后,我们概述了该模型如何更普遍地取代其他工作证明区块链中的难度算法。

原文题目:Unstable Throughput: When the Difficulty Algorithm Breaks

原文:Difficulty algorithms are a fundamental component of Proof-of-Work blockchains, aimed at maintaining stable block production times by dynamically adjusting the network difficulty in response to the miners' constantly changing computational power. Targeting stable block times is critical, as this ensures consistent transaction throughput. Some blockchains need difficulty algorithms that react quickly to severe hash rate fluctuations. However, without careful design this could create vulnerabilities that incentivize miners to engage in coin-hopping strategies which yield an unreliable system due to unstable processing of transactions. We provide an empirical analysis of how Bitcoin Cash exhibits cyclicality in block solve times as a consequence of a positive feedback loop in its difficulty algorithm design. Additionally, we examine the extent to which miners' behavior contributes towards this phenomenon over time. In response, we mathematically derive a difficulty algorithm based on a negative exponential filter that prohibits the formation of positive feedback loops and exhibits additional desirable properties, such as history agnosticism. We compare the described algorithm to that of Bitcoin Cash in a simulated mining environment and verify that the former would eliminate the severe oscillations in block solve times. Lastly, we outline how this model can more generally replace difficulty algorithms in other Proof-of-Work blockchains.

原文作者:Sam M. Werner, Dragos I. Ilie, Iain Stewart, William J. Knottenbelt

原文地址:https://arxiv.org/abs/2006.03044

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