普林斯顿大学研究员：取消区块奖励后，比特币将面临重大安全问题（论文下载）

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注：本文作者 Arvind Narayanan 是普林斯顿大学的计算机科学家和助理教授，专注于数据的去匿名化。

（论文下载：）

我与 Miles Carlsten、Harry Kalodner 和 Matt Weinberg 合着了一篇论文，名为“关于没有区块奖励的比特币的不稳定性”。 我们在本文中指出，一旦矿工的收入完全从区块奖励转移到交易手续费上，挖矿奖励机制将被彻底打乱。 论文中的理论分析与我们的比特币挖矿模拟设备得出的结论几乎完全一致。

比特币矿工的收入来源有两个：区块奖励和交易手续费。 目前，矿工的收入主要靠区块奖励。 但随着此类奖励的逐渐减少，从长远来看，他们的大部分收入仍然依赖于交易手续费。 该模型已被广泛讨论和检验，但相关研究仅基于货币政策视角，而非安全视角。 人们下意识地认为矿工收入的变化不会影响区块链的安全稳定。 对于他们来说，25 BTC（例如）是固定奖励还是交易费并不重要。 重要的。

我们在论文中反复测试了这个假设，但最终结果仍然显示出对比特币和许多其他加密货币的安全性的负面影响。 我们的主要观点是，当矿工只能依靠交易费时，由于出块时间的随机性，他们的收入变得非常不稳定。 届时，矿工可能会分叉出“丰富”的区块（涉及更高交易金额的区块）并从中“窃取”奖励。

问题不是交易手续费引起的，而是出块的随机性。 我们在实验中模拟了交易手续费的产生，费率是一致的； 但在实际交易过程中，费率并不一致，情况比较复杂。 我们的论文贯穿了一个共同的主题：即使是最简单的模拟也会产生令人担忧的结果。 这绝对是个坏消息，因为我们认为在实际的交易过程中，一切都会表现得更差； 我们希望能够分析和模拟加密货币挖矿的问题。 但在我们的实验中，结果预测比我们想象的要复杂。

接下来说说取消区块奖励带来的问题。 由于存在分叉的可能性，（奖励）预设策略不再适用； 我们在论文中展示了许多有趣的替代策略。 目前最令人担忧的现象是“undercutting”，即矿工窃取的交易手续费较少，因此难以追踪，而矿池中的其他矿工将更倾向于增加区块中的交易量，而不是重新创建区块。

交易手续费完全取代区块奖励后，自私挖矿现象会越来越严重。 尤其是出现以下情况时：假设你已经成功创建了一个区块，现在正在挖一个新的区块，但是交易手续费为零，那么你可能会认为你还不如利用这个区块来自私地挖矿。 当区块奖励固定时，这个技巧就没有意义了； 但是，一旦取消区块奖励，交易手续费就变得不稳定，矿工很容易产生自私挖矿的想法。

一旦矿工有了这些想法，矿力就会浪费在不断的分叉、过度的削减和延迟出块上，区块链就会变得不安全。

我们的结论是通过两种方法得出的：一是理论分析，即博弈论（主要研究公式化激励结构之间的相互作用）； 第二，采矿过程模拟，这使我们能够评估实验结果。 更自信。 例如，在一个设置中，理论分析表明 Lambert W 函数处于平衡状态，论文中有几页专门说明了这一点； 而在相同条件下的模拟实验中，Lambert W函数设置的矿机确实表现最佳。 我们希望我们的理论分析技术和模拟设置对其他研究人员有所帮助。 我们的模拟器代码已经开源。

我们的发现会产生什么影响？ 为了保证长远的发展，比特币社区必须解决这个问题，很有可能通过分叉来阻止上述恶意行为。 我们并不是说这些恶意手法会在短期内出现，而是说从长远来看，是时候采取相应的措施来逐步解决这些问题了。 事实上，目前区块大小上限为1MB，交易量不断增加，一定程度上可以缩小不同区块之间的交易手续费差异，因此可以缓解上述问题，但这并不是一个完美的解决方案。 例如，本文（原文）发表时，最近1000个区块的交易手续费在0.03BTC到4.51BTC之间，平均为0.49BTC，标准差为0.25BTC。 因此，仅仅限制区块容量并不能解决上述问题。

在更深层次上，我们的发现颠覆了区块奖励在加密货币系统中的传统作用。 社区普遍认为，在这种没有中央权威的环境下比特币冷钱包怎么创建，区块奖励是必要的，但只是暂时的，甚至是有害的初始分配货币。 交易费用模型被认为是系统稳定的理想状态。 然而，我们的研究表明，交易费用比区块奖励更难获得矿工的认可。 因此，新加密货币的创造者应确保区块奖励的持久性并接受通货膨胀的事实； 交易费可以同时存在，但只能作为矿工打包大宗交易的额外奖励。

最后一点：关于经济激励机制的设计，有很多东西要学，这门学科叫机制设计。 只有合理的设计才能使参与者遵守规则。 每一种加密货币的创造者（包括DAO等区块链应用的创造者）都在做机制设计。 但这样的设计并不简单。 早在我们之前，已有多篇论文指出加密机制设计上的缺陷。 然而，可悲的是，加密货币社区和机制设计社区是完全分开的。 这就是为什么我对机械设计专家马特温伯格加入普林斯顿感到兴奋。 在这篇论文中比特币冷钱包怎么创建，他提出了许多复杂的理论。 请继续关注更多加密货币设计研究！

编译：温迪

稿件来源（翻译）：巴比特资讯（）