Pergeseran Stake dalam Mata Wang Kripto Utama: Analisis Empirikal dan Implikasi Keselamatan

Kandungan

1. Pengenalan

Kemunculan Bitcoin mewakili reka bentuk mata wang kripto pertama yang berdaya maju mampu beroperasi dalam persekitaran tanpa kebenaran tanpa tunduk kepada serangan Sybil. Walaupun kebanyakan mata wang kripto bergantung pada konsensus bukti-kerja (PoW), kebimbangan penggunaan tenaga telah mendorong minat terhadap alternatif bukti-stake (PoS).

Dalam sistem PoS, serangan Sybil dicegah dengan memberikan berat penyertaan protokol berkadaran dengan stake peserta yang direkodkan dalam lejar. Walau bagaimanapun, pertimbangan keselamatan menghalang penggunaan pengagihan stake terkini sepenuhnya, mewujudkan jurang antara pengagihan stake yang digunakan oleh protokol dan pengagihan semasa sebenar.

2. Latar Belakang dan Kerja Berkaitan

2.1 Asas-Asas Bukti Stake

Protokol bukti-stake memilih peserta untuk peranan kritikal keselamatan dengan kebarangkalian berkadaran dengan bahagian stake mereka dalam pengagihan rujukan $SD_{t-\Lambda}$, di mana $\Lambda$ mewakili kelambatan pengagihan stake. Ini berbeza dengan senario ideal di mana pemilihan akan berdasarkan pengagihan semasa $SD_t$.

2.2 Kelambatan Pengagihan Stake

Kelambatan pengagihan stake $\Lambda$ wujud atas sebab keselamatan, terutamanya untuk mencegah pelbagai serangan termasuk serangan jarak jauh dan masalah nothing-at-stake. Cadangan PoS terbukti selamat sedia ada biasanya melaksanakan kelambatan beberapa hari.

3. Metodologi

3.1 Pengumpulan Data

Kami menganalisis empat mata wang kripto utama: Bitcoin (BTC), Bitcoin Cash (BCH), Litecoin (LTC), dan Zcash (ZEC). Data dikumpulkan dari rantaian blok masing-masing dalam tempoh lanjutan untuk memastikan kepentingan statistik.

3.2 Pengiraan Pergeseran Stake

Pergeseran stake diukur menggunakan jarak statistik antara pengagihan stake. Untuk pengagihan $P$ dan $Q$ ke atas set peserta yang sama, pergeseran stake $\Delta$ ditakrifkan sebagai:

$$\Delta(P, Q) = \frac{1}{2} \sum_{i} |P(i) - Q(i)|$$

di mana $P(i)$ dan $Q(i)$ mewakili bahagian stake peserta $i$ dalam pengagihan $P$ dan $Q$ masing-masing.

4. Keputusan Eksperimen

4.1 Statistik Pergeseran Stake

Analisis empirikal kami mendedahkan bahawa pergeseran stake meningkat dengan panjang selang kelambatan $\Lambda$, tetapi mengikut corak pertumbuhan sublinear. Untuk selang kelambatan antara 1 dan 14 hari, pergeseran stake purata berjulat dari kira-kira 2.1% hingga 8.7% merentas mata wang kripto yang dikaji.

4.2 Lonjakan Pergeseran Stake

Kami memerhatikan lonjakan pergeseran stake signifikan yang berkorelasi dengan peristiwa garpu keras. Selain itu, entiti individu—terutamanya pertukaran mata wang kripto—telah dikenal pasti sebagai penyumbang utama kepada pergeseran stake dalam ekosistem mantap, kadangkala menyumbang kepada pergeseran melebihi 15% semasa selang tertentu.

5. Pelaksanaan Teknikal

Contoh Kod: Pengiraan Pergeseran Stake

import numpy as np

def calculate_stake_shift(distribution_t, distribution_t_lag):
    """
    Kira pergeseran stake antara dua pengagihan stake
    
    Args:
        distribution_t: dict dengan stake entiti pada masa t
        distribution_t_lag: dict dengan stake entiti pada masa t-Λ
    
    Returns:
        stake_shift: float mewakili jarak statistik
    """
    
    # Normalisasikan pengagihan
    total_stake_t = sum(distribution_t.values())
    total_stake_lag = sum(distribution_t_lag.values())
    
    normalized_t = {k: v/total_stake_t for k, v in distribution_t.items()}
    normalized_lag = {k: v/total_stake_lag for k, v in distribution_t_lag.items()}
    
    # Dapatkan semua entiti
    all_entities = set(normalized_t.keys()) | set(normalized_lag.keys())
    
    # Kira jarak statistik
    stake_shift = 0.0
    for entity in all_entities:
        share_t = normalized_t.get(entity, 0.0)
        share_lag = normalized_lag.get(entity, 0.0)
        stake_shift += abs(share_t - share_lag)
    
    return stake_shift / 2.0

# Contoh penggunaan
current_stakes = {'entity1': 1000, 'entity2': 2000, 'entity3': 1500}
lagged_stakes = {'entity1': 1200, 'entity2': 1800, 'entity3': 1600, 'entity4': 400}

shift = calculate_stake_shift(current_stakes, lagged_stakes)
print(f"Pergeseran stake: {shift:.4f}")

6. Aplikasi Masa Depan

Penemuan dari kajian ini mempunyai implikasi signifikan untuk reka bentuk protokol PoS masa depan. Pereka protokol boleh menggunakan statistik pergeseran stake untuk mengoptimumkan parameter keselamatan, terutamanya kelambatan pengagihan stake $\Lambda$. Mekanisme kelambatan adaptif yang menyesuaikan berdasarkan keadaan rangkaian dan corak pergeseran stake boleh meningkatkan kedua-dua keselamatan dan prestasi.

Arah penyelidikan masa depan termasuk:

• Sistem pemantauan pergeseran stake masa nyata untuk rangkaian PoS
• Model pembelajaran mesin untuk meramalkan lonjakan pergeseran stake
• Analisis pergeseran stake rantai silang untuk protokol kebolehoperasian
• Integrasi dengan rangka kerja penilaian risiko kewangan terpencar (DeFi)

Analisis Asal

7. Rujukan

1. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
2. Kiayias, A., Russell, A., David, B., & Oliynykov, R. (2017). Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol. CRYPTO 2017
3. Bentov, I., Pass, R., & Shi, E. (2016). Snow White: Provably Secure Proofs of Stake. IACR Cryptology ePrint Archive
4. David, B., Gaži, P., Kiayias, A., & Russell, A. (2018). Ouroboros Praos: An Adaptively-Secure, Semi-synchronous Proof-of-Stake Blockchain. EUROCRYPT 2018
5. Ron, D., & Shamir, A. (2013). Quantitative Analysis of the Full Bitcoin Transaction Graph. Financial Cryptography 2013
6. O'Hara, M. (1995). Market Microstructure Theory. Blackwell Publishing
7. Hellerstein, J. L., Diao, Y., Parekh, S., & Tilbury, D. M. (2004). Feedback Control of Computing Systems. Wiley-IEEE Press