“中本聪炸弹”：为什么奖励可能导致比特币失败

在本文中，我们继续讨论比特币相关的话题：

如何定义比特币挖矿的盈利能力？

在初始设计时应该考虑挖矿速度的哪些原则？

为什么这些原则会导致长期虚拟货币的失败等

假设读者已经了解比特币的基本机制，熟悉区块链、挖矿、矿池、区块奖励等概念。

注：本文仅提出一种理论上的推测，即在考虑现有比特币机制和各种算法规则的基础上，讨论比特币网络未来可能的演进。场景。我们没有考虑和分析矿工支出、世界不同地区的电价、银行利率或设备投资回收期等因素。

51% 攻击

比特币社区的成员很清楚“51%攻击”，即如果一个矿工控制了一半以上的挖矿算力值），那么他可以：

将他的比特币转移到交易所，一些机构或个人，卖掉他所有的比特币来支付商品、服务或兑换传统货币，提现；

因为它拥有51%的算力，它可以重新生成尚未转移到交易所的区块，但不会将这些新生成的区块展示给其他矿工；

等待区块交付；

发布生成的区块链（只要攻击区块链的长度超过原区块链的2个区块，其他所有矿工都会丢弃原区块链，接受新区块链）。

同时，对于其他矿工，会发生以下情况：

比特币社区也认为，如果发生“51%攻击”，那将是比特币生存的问题。

需要注意的是，发送一个成功的“51%攻击”并不需要51%或更多的计算能力，事实上，用更少的计算能力完成这种类型的攻击是可能的。例如，使用 30% 的计算能力，有 18% 的机会能够连续生成由五个块组成的链，这将比共享的要长。在这种情况下，攻击者将获得与“51% 攻击”相同的权限。如果失败，攻击者可以重试。大多数接受比特币支付的服务只需要五次“确认”，这意味着有可能满足这一假设。

挖矿难度调整

比特币网络在每 2016 个区块后调整挖矿难度。难度的衡量标准是：挖一个区块的理想时间是 10 分钟，所以挖 2016 个区块通常需要两周时间。如果在一周内产出 2016 个区块，那么下一批挖矿的难度大约会翻倍。这样做是为了确保在同一网络的计算能力上生成下一组需要两周时间。 2016 块；否则会降低挖矿难度。

值得一提的是，比特币网络使用软件限制挖矿难度的调整范围，禁止一次调整超过四次改变挖矿难度。

这些规则对 Bitnet 网络有直接影响。如果算力在 2016 年的某个区块中增加或减少，则会发生以下情况：

比特币的作者设想，上述算法可以通过推出低功耗设备来恢复设备的其余部分。平滑调整比特币网络性能的合理余量。然而，这种独特的挖矿难度重新评估机制为矿工打开了另一种策略的大门：他们可能通过人为降低网络性能来欺骗算法。毕竟，当矿机突然断电时，当天产生的收入保持在同一水平；当矿机突然启动时，成本会降低。

挖矿激励和矿工自由意志

除了收获一个区块（一种发行的货币）作为奖励外，矿工处理交易数据也会获得奖励，目前费用约为区块奖金的 10%。挖矿盈利能力取决于区块奖励（新挖出的区块+交易费用）和挖矿难度。如果区块奖励的价值高，难度低，那么矿工可以赚更多的钱。我们不会在本文中深入讨论这个问题。

另一个需要注意的是，矿池通常无法直接控制矿池中的挖矿设备。每个矿机参与者和拥有者都可以自由选择他们想参与的矿池。从一个矿池跳到另一个矿池通常是基于利润。

但是，矿池的所有者可以协调矿池中的算力。经过研究，我们认为所描述的行为策略应该仅由 20 个矿池所有者来调整和实施：这里的矿工没有任何工作，即使他们有自己的“自由意志”。

比特币网络算力稳定时矿工的行为

为简单起见，现在假设你控制了比特币网络一半的算力，你可以继续挖矿机器继续运行并获得一半的奖励（约1008个区块）。

您还可以执行以下操作：

维持现状，直到下一阶段挖矿难度调整；

关闭所有采矿设备；

p>

等剩下的矿工用4周时间拿到2016区块；

之后，比特币网络将降低下一阶段的挖矿难度；

开启所有挖矿设备，全网一周挖2016个区块。

只需要一周时间，你将获得大约 1008 个区块的奖励。

第一个场景假设在五周内（上图中的最后 4+1 周），如果矿机正常运行，会产生 5/2×1008 = 2520 个区块的奖励，但是你需要支付五周的电费。第二种情况假设矿机只运行第五周，奖励1008个区块，只支付一周电费。

假设电费只占奖励的 90% 左右。那么，在上面的第一个场景中，五周的利润相当于获得了 2520×0.1 = 252 个区块的奖励，而在第二个场景中，奖励-成本=1008-0. 9×1008 / 2 = 554.4，即收获了554.4个区块的奖励。这意味着第二种情况产生的利润是第一种情况的两倍。

具有不同经济利润参数的矿工行为

下面，我们假设：

因此，会发生以下情况：

两周一次，正常运行，矿工奖励为Ax-Cx；

如果一个聪明的矿工关闭他的挖矿设备，比特币网络需要 1/(1-x) 的时间来生成 2016 个区块。 （例如，如果 x=1/3，则完成任务需要 1.5 倍的时间。）

当挖矿难度调整时，智能矿机开启挖矿设备，此时网络将需要（1−x）倍的时间来完成挖矿任务。 （例如，如果x = 1/3，则需要2/3的时间，大约10天。）

4.两个周期的总时间为(1/(1-x)+1-x)×(2周)；

5. 所以在正常情况下（没有停机）描述比特币的工作机制，在这两个时期内正常工作可以让矿工们获得的收益是：

这意味着所有矿工的利润在正常期间都增加了一倍以上。

6. 一个聪明的矿工（中间有停机时间）在第一阶段将一无所获，但在第二阶段，获得奖励的时间会更短：

这意味着聪明的矿工可以获得独特的净利润，并节省 x 倍的成本。

7.在slow period，所有未断网的矿工都会得到Pslow period= A − C,

fast期间：Pfast period= A − C ( 1 − x)，此时奖励相同，矿工工作更快。

总之，很容易看出：

可以看出，关键值为：

，方程达到最大值。一个简单的例子来说明其含义，当 M=4% 时，智能矿工应该暂时禁用 80% 的计算能力。

为什么矿工不使用描述的最优策略？

比特币网络总算力示意图，一年增长4倍

比特币网络在整个时间段内的挖矿难度增加。自 2016 年 1 月以来，难度增加了 8 倍，就像比特币的价值一样。

只有在整体网络挖掘难度不随时间增加的情况下，上一小节中描述的最优策略才有意义。否则，关闭设备不会降低挖矿难度。

到目前为止，挖矿算力一直在快速增长；这是比特币汇率增长的后果之一。矿工的收入以比特币计价，但他们以传统货币支付费用。

比特币价值的增长

但是，如果比特币的价格一直在持续上涨，那么在未来的某个时间点，矿工的投入和他们获得的奖励将在时间上趋于相等是一个合理的假设。

算力停止增长的危险

当比特币网络不引入新的算力时，矿工很可能会采用上述策略。

评估最大矿池中的算力分布

如果矿池想要最大化自己的利益，那么禁用75%的算力将达到6.25%的利润，关闭更多的矿工没有意义，因为网络不会减少挖矿难度提高了 4 倍以上。

在这之后，为了进行51%的攻击，骗子必须控制一半以上的剩余算力或突然开启比以前更多的矿机进行挖矿工作（考虑到最大份额，它是目前无法确定）。

现在的问题是，投入大量资金提高挖矿算力发动网络攻击是否有利可图？

答案是肯定的。

由于采矿利润率低，对现有矿工的价值正在下降。也就是说，如果挖矿没有带来收益，那么矿工就不愿意老老实实的玩了。除此之外，攻击者可能保持匿名，推测比特币价格会下跌。

核心技术危机：硬分叉比特币现金

我们故意不考虑电价的快速上涨或比特币价格的快速、显着下降，但这些可能会发生。如果发生这种情况描述比特币的工作机制，矿工的策略就很明显了：当价格出现剧烈波动时，所有矿工都会关闭他们的矿机。也许，只有利用免费电力的矿工还在继续。在这种情况下，网络运营将停止：通常需要 2016 个区块才能开采的“两周”现在可能会无限期延长，而交易停滞将使比特币的价格更低。

2017 年 8 月 1 日，从比特币中分离出一种新货币：比特币现金（Bcash 或 BCH），中文译为“比特币现金”，内置一种叫做紧急情况的方法。紧急难度调整（EDA）的机制。 EDA 允许更频繁地调整比特币网络上的挖矿难度，即在 12 小时内挖出少于 6 个区块，将难度降低 20%。对于比特币现金，一些研究人员得出了与本文类似的结论，声称已观察到智能矿工操作。将导致比特币现金网络不稳定，预计开发者会尽快解决这些问题。

结论

本文分析了在比特币网络的计算能力停止增长的情况下，诚实的矿工可能会采取什么措施。除了计算策略的一些关键值外，我们还推断使用该策略将使每个参与者受益，但这样做也大大增加了潜在的 51% 攻击和比特币网络整体崩溃的风险。

如果所有矿工都能达成并遵守一个牢固的协议，同时关闭所有其他矿机，只保持一台正常运行，利润可以最大化，但这来自于网络的安全性。从某种角度来说，这是致命的。

矿工应该采取哪些措施来确保更好的安全性？这里用一个类似的案例来说明。首先是生产力过剩的危机。当这种情况发生时，制造商会达成协议，公开淘汰他们的一些产品（在中世纪，人类曾经这样做过）。二是核裁军，即按比例削减拥有核武库的国家。

理想情况下，所有矿工都同意关闭甚至关闭他们的一些钻机，不仅系统地关闭一些钻机，而且严格限制它们的生产。

然而，现实是人们不会依赖这种“和平”的解决方案。最近比特币链硬分叉成两条链，比特币现金的形成和发展就证明了这一点。矿工并不总是能够一起解决问题，甚至可以说矿工可能没有一起解决这些共同问题的愿望。未来，合作能力可能是决定性因素。