什么是自私挖矿？
自私挖矿是一种挖掘加密资产的方法。在这种挖矿方法中，一组（或单个）矿工协作以最大化其收入并获得对区块链的控制权。自私挖矿指向公共区块链隐藏新创建的区块，并在特定时间显示它们，以此使自己拥有相对其他矿工的优势。使用工作量证明 (PoW) 的区块链利用节点或矿工验证交易，这些节点或矿工解决了复杂的密码学难题。这促进了这一策略的实施。
使用 PoW 的区块链的能耗和成本都很高，这使个体矿工难以竞争。因此，个体矿工经常加入矿池，以此聚合算力并分享奖励。挖矿奖励的分配基于池中每个节点的贡献情况。
在某些情况下，可能会有两个区块同时被创建，从而可能导致区块链分叉成两条独立的链。自私的矿工会利用这一漏洞，不将其开采的区块广播到其他节点来。因此，诚实的节点不会保留区块，而是会继续向链中添加新块。与此同时，自私的矿工继续在其私有链上挖矿，该链将变得更长。
一旦自私的矿工获得了足够的优势，他们就会将其保留的区块发布到公共区块链，从而导致区块链将自私矿工的链公认为有效链，使诚实节点的工作无效并将挖矿奖励授予自私矿工。这促使其他矿工也加入自私矿池，增加了矿池的规模并可能增强对区块链的控制力。
若自私矿池集聚了网络的大部分哈希率（51% 或更多），它就能操纵交易处理并破坏区块链的去中心化性质。然而，这种结果不太可能会发生，因为矿工们明白，任何检测到的欺诈活动都可能导致加密货币价格大幅下跌。因此，大多数矿工更愿意诚实经营，而不是加入高回报、可能存在欺诈的矿池。
自私挖矿以什么著称？
自私挖矿是一种有争议的策略，可能破坏加密货币挖矿作业的稳定性和公平性。矿工利用区块链网络的内在规则，采用自私挖矿策略，以牺牲他人为代价来最大化其利润。自私挖矿涉及：
- 不广播已发现的区块
- 迫使其他矿工在废弃链上浪费资源
- 将哈希算力集中在单个实体或池中
这种行为增加了 51% 攻击的风险，可能在网络内引起审查和双花问题。虽然像比特币这样的主要网络尚未受到自私挖矿的重大影响，但这一策略持续威胁着加密货币去中心化的特性，进而引发人们对其长期安全性和稳定性这一实际问题的担忧。
来源：https://digitalcommons.odu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1314&context=ece_fac_pubs
自私挖矿中的状态转换图
状态转换图是用于理解比特币网络在自私挖矿攻击下活动方式的重要工具。如图 2 所示，该图区分了六个主要状态：0（原始或初始状态）、0’（双分支）、1（单块引导）、2（两块引导）、3（三块引导）铅）和 4（攻击成功）。
在初始状态（0）下，所有矿工都在一条主链上挖矿，没有任何分支。当恶意矿工发现一个区块并将其隐藏时，系统从状态 0 转换到状态 1，转换率为 λ01。若诚实的矿工先找到该区块，系统将保持状态 0，速率为 µ00。
在状态 1 中，若恶意矿工在其私有分支上成功挖出下一个区块，系统将转换为状态 2，速率为 λ12。若诚实矿工比恶意矿工先找到下一个区块，系统将转换为状态 0’，速率为 µ10’。
在状态 0’（链有两个等长的分支），当自私的矿工先找到新区块时，系统转换到状态 1，速率为 λ0’1。若诚实的矿工先发现新区块，系统将转换回初始状态 0，速率为 µ0’0。
在状态 2 中，恶意矿工能先找到下一个区块，速率为 λ23，导致系统转换到状态 3。若诚实矿工发现下一个块，系统将转换回状态 1，速率为µ21。
在状态 3 中，当诚实矿工以 λ34 的速率成功挖出下一个区块时，系统转换到状态 4。在状态 4 中，自私矿工广播其私有分支，成为主分支，从而完成自私挖矿攻击。
状态转换图基于连续时间马尔可夫链 (Markov chain, CTMC) 。该方法的有助于得出状态概率并分析比特币网络的可靠性。这种解释让研究人员能够研究各种状态转换率对网络整体稳定性和安全性的影响。
来源：https://digitalcommons.odu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1314&context=ece_fac_pubs
自私挖矿的指标
检测自私挖矿活动是一件具有挑战性的事情，因为它需要识别网络中的微妙变化。有两个主要的网络签署能帮助揭示自私挖矿：
- 废弃（孤立）区块：孤立区块的激增可预示着自私挖矿的存在。自私矿工的目标是胜过诚实矿池的工作，这导致许多区块被废弃。通过监控一段时间内废弃区块的比率，可以检测到自私挖矿是否在增加。然而，这种方法也有局限性，因为废弃的区块在比特币网络中被修剪，致使难以准确计数。
- 连续区块的时间：两个区块生成的时间间隔能预示有关自私挖矿的信息。在诚实协议中，紧密连续的区块相对罕见，但当自私的矿工为超过诚实矿工而快速释放所保留的区块时，这种情况更为常见。分析连续区块上的时间戳有助于识别与预期间隔的偏差，表明自私挖矿的存在。但这是一种统计方法，将需要时间来检测任何异常情况。
对策
随着人们对自私挖矿警觉性的提高，任何尝试使用这种策略的矿工，都可能会偷偷实施，以避免招致强烈抵制。可使用以下对策来抵制潜在的攻击者：
- 区块所有权伪装：自私的矿工可能会使用不同的比特币和 IP 地址，降低其支出，并伪装成多个相互竞争的矿池。当区块所有权被隐藏时，就难以识别这种攻击，这就是为什么依赖区块所有权作为指标并不理想。
- 关注区块时序：区块时序分析仅能检测一部分自私矿工的行为。自私的矿工可能会避开特定行为以使自己不被发现，从而在此过程中舍弃一些利润。
- 检查被遗弃的区块：比特币网络目前修剪和丢弃被遗弃区块的做法破坏了自私矿工的活动证据，从而为自私矿工提供了帮助。修改协议以传播所有已解决的区块将有助于缓解此问题，并能更容易地检测到自私挖矿。
尽管自私挖矿是能检测到的，但这仍是一项艰巨的任务。目前，还没有确凿的证据表明比特币网络中存在正在进行的自私挖矿行为。尽管如此，要持续保持警惕并开发复杂的检测技术，这对于维护网络的安全性和稳定性至关重要。
自私挖矿的历史
早在2010年，自私挖矿的概念理论就已建立，并在2013年受到广泛关注。当时，研究人员 Ittay Eyal 和 Emin Gün Sirer 发表了他们的论文《简单多数原则似乎不够？比特币挖矿非常脆弱》(Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable)。这两位康奈尔大学的研究人员强调，具有少数哈希率的矿工有能力实施经济攻击，这可能导致区块奖励和交易费用的份额不成比例。在论文中，他们还强调，在特定条件下，当矿工或矿池的控制超过25%的网络哈希率时，自私挖矿可能会比诚实矿工的挖矿更有效率。这一启示引发了人们的担忧，他们担心自私挖矿会对加密货币网络产生潜在长期的影响。
自私挖矿的用例和特征
自私挖矿是某些矿工或矿池实施的一种剥削策略。他们通过操纵区块链协议规则来最大化其利润。这种策略破坏了加密货币网络的去中心化特性，并可能对其整体安全性和稳定性产生不利影响。自私挖矿的主要特征有：
保留区块
自私的矿工故意将新发现的区块隐藏，而不将它们广播到整个网络。如此，他们就创建了一个隐藏的区块链，最终可以在对他们有利的时候将其发布到公共区块链。
强制性资源浪费
当诚实的矿工继续在公共区块链上工作时，他们仍对自私的矿工创建的私有链未知。当自私的矿工公开其更长的私有链时，诚实矿工在废弃区块上的工作就是无用的，造成电力和计算能力等资源大量损失。
共谋的可能性
自私挖矿策略能吸引其他想追求更高回报的矿工加入自私矿池。随着越来越多矿工的加入，矿池的哈希算力也会增加，这可能使他们控制的网络哈希率达到 51% 以上的程度。这种提高的哈希能力可能导致 51% 攻击，破坏区块链的完整性，并让攻击者能执行双花或有选择地批准交易。
网络漏洞
自私挖矿暴露了工作量证明 (PoW) 区块链共识机制中的漏洞。自私的矿工利用这些漏洞，能破坏挖矿奖励的公平分配，并削弱用户对加密货币网络的信任。
经济影响
这种自私的采矿策略能产生深远的经济影响。例如，它可能导致挖矿奖励和交易费用的分配不平衡，阻碍新矿工加入网络并可能让挖矿权力变得中心化。此外，自私挖矿会对相关加密货币的价值产生负面影响，因为市场可能会对网络的安全性和稳定性失去信心。
自私挖矿是一项好的投资吗？
对于想要最大化利润的矿工来说，虽然自私挖矿似乎是一种极具吸引力的策略，但他们必须考虑这种方法涉及的风险以及造成的长期影响。在评估自私挖矿是否是一项好的投资时，需要考虑以下因素：
- 占用资金：有大量算力的矿工通常会在其挖矿业务中投入大量资金。其中购买和维护挖矿设备的成本所占资本支出份额最大。若区块链的可信度受到破坏，从事自私挖矿可能会损失这项投资。
- 影响加密货币的价值：自私挖矿会对相关加密货币的价格产生显著影响。自私的矿工破坏区块链的可信度，冒使其收入来源贬值的风险，因为市场可能会对网络的安全性和稳定性失去信心。
- 合谋风险：为成功实施自私挖矿攻击，矿工可能需要卷入其他矿工或矿池，这会带来重大风险。组建联盟的过程会很复杂，而且计谋总是有可能暴露，从而带来潜在的法律后果或损害参与者的声誉。
- 较短的区块保留期：特别是在相对于目标区块生产率而言区块被快速找到时，一些矿池可能会使用较短的区块保留期。虽然这增加了连续找到两个连续区块的机会，提供了一点优势，但它也加大了被发现的风险以及与自私挖矿相关的潜在负面后果。
- 替代挖矿策略：存在更复杂精细的挖矿策略，例如 Stubborn Mining，它将自私挖矿与日蚀攻击(Eclipse Attack)相结合。这些高级的策略可能会提升获利潜力，但也会带来更高的风险，并对网络和相关矿工造成潜在的负面影响。
总之，虽然自私挖矿可能会带来潜在的短期收益，但它具有长期风险并会对区块链生态系统产生负面影响。因此，这种投资策略值得商榷。矿工有必要仔细权衡潜在利益与风险，并斟酌其行为对更广泛的加密货币社区的影响。进行诚实的挖矿不仅能保持区块链的完整性，还有助于确保加密货币市场的长期可持续性和增长。
了解自私挖矿并减轻其风险
比特币网络容易受到自私挖矿攻击。自私挖矿攻击中的恶意矿工保留发现的区块并在其私有链上进行挖矿。对此攻击的现有研究主要集中在密码学、协议设计、风险检测和损害预估方面。然而，从可靠性角度分析自私挖矿，对于有效防御此类攻击至关重要。
本文开发了基于 CTMC 的分析可靠性模型，可用于评估比特币网络对自私挖矿攻击的脆弱性，为现有知识体系做出了贡献。本文的分析揭示了几个重要发现：
- 当自私挖矿攻击者拥有更多算力时，比特币网络的可靠性就会降低。
- 随着攻击触发率的增加，系统往往会更快出现故障。
- 当诚实的矿工具有更好的恢复能力时，网络的可靠性会提高。
虽然这些发现可能看起来很简单，但在开发弹性算法和协议以增强当前基于区块链的加密货币网络模型的稳健性方面，定量结果和比较提供了宝贵的见解。这些改进能增强网络抵御各种恶意攻击的自我防御能力。
未来的研究可探索通过采用半马尔可夫模型和基于多积分的分析等方法将可靠性分析扩展到非指数状态转换时间。这些进步将有助于进一步加强区块链网络在面临不断变化的威胁时的安全性和可靠性。
结语
总的来说，自私挖矿策略具有争议和潜在危害，可能会破坏加密货币网络中去中心化、安全性和公平性的核心原则。自私的矿工利用协议规则，能操纵系统谋取私利，这通常是以牺牲诚实矿工和区块链的整体运行状态为代价的。