Was ist Selfish Mining?

Selfish Mining ist eine Methode des Minings von Krypto-Vermögenswerten, bei der eine Gruppe von Minern (oder ein einzelner Benutzer) zusammenarbeiten, um ihren Umsatz zu maximieren und die Kontrolle über eine Blockchain zu erlangen. Der Prozess beinhaltet das Verbergen von neu erstellten Blöcken aus der öffentlichen Blockchain und deren Enthüllung zu einem bestimmten Zeitpunkt, um einen Vorteil gegenüber anderen Minern zu erlangen. Diese Strategie wird durch die Art und Weise erleichtert, wie Proof-of-Work (PoW) Blockchains Transaktionen mithilfe von Knoten oder Minern validieren, die komplexe kryptografische Rätsel lösen.

Einzelne Miner schließen sich oft Mining-Pools an, um ihre Rechenleistung zu bündeln und Belohnungen zu teilen, da der hohe Energieverbrauch und die Kosten von PoW-Blockchains es für Einzelminer schwierig machen zu konkurrieren. Mining-Belohnungen werden basierend auf dem Beitrag jedes Knotens im Pool verteilt.

In einigen Fällen können gleichzeitig zwei Blöcke erstellt werden, was dazu führen könnte, dass die Blockchain sich in zwei separate Ketten verzweigt. Selbstsüchtige Miner nutzen diese Schwachstelle aus, indem sie die Übertragung ihres abgebauten Blocks an andere Knoten zurückhalten. Folglich fügen ehrliche Knoten weiterhin neue Blöcke zur Kette hinzu, ohne vom zurückgehaltenen Block zu wissen. In der Zwischenzeit setzen die selbstsüchtigen Miner das Mining auf ihrer privaten Kette fort, die länger wird.

Sobald die selbstsüchtigen Miner einen ausreichenden Vorteil erlangt haben, geben sie ihren zurückgehaltenen Block an die öffentliche Blockchain frei. Dies führt dazu, dass die Blockchain die Kette der selbstsüchtigen Miner als die gültige erkennt, die Arbeit der ehrlichen Nodes für ungültig erklärt und den Mining-Belohnungen an die selbstsüchtigen Miner vergibt. Dies ermutigt andere Miner, sich dem selbstsüchtigen Mining-Pool anzuschließen, erhöht dessen Größe und möglicherweise die Kontrolle über die Blockchain.

Wenn der selbstsüchtige Mining-Pool die Mehrheit der Hash-Rate des Netzwerks (51% oder mehr) ansammelt, kann er die Verarbeitung von Transaktionen manipulieren und die dezentrale Natur der Blockchain untergraben. Dieses Ergebnis ist jedoch unwahrscheinlich, da den Minern bewusst ist, dass jede betrügerische Aktivität, die entdeckt wird, zu einem erheblichen Rückgang des Preises der Kryptowährung führen könnte. Daher ziehen es die meisten Miner vor, ehrlich zu arbeiten, anstatt sich hochbezahlten, potenziell betrügerischen Mining-Pools anzuschließen.

Wofür ist Selfish Mining bekannt?

Selfish Mining ist eine umstrittene Strategie, die für ihr Potenzial bekannt ist, die Stabilität und Fairness des Kryptowährungs-Mining-Betriebs zu untergraben. Indem Miner, die diesen Ansatz nutzen, die inhärenten Regeln eines Blockchain-Netzwerks ausnutzen, können sie ihre Gewinne auf Kosten anderer maximieren. Selfish Mining beinhaltet:

• Das Zurückhalten entdeckter Blöcke
• Andere Miner dazu zu zwingen, Ressourcen auf verlassenen Ketten zu verschwenden
• Die Konzentration der Hash-Leistung innerhalb einer einzigen Entität oder Gruppe

Diese Konsolidierung erhöht das Risiko eines 51%-Angriffs, der zu Zensur und doppelten Ausgaben im Netzwerk führen könnte. Obwohl große Netzwerke wie Bitcoin bisher noch nicht wesentlich von egoistischem Mining betroffen waren, stellt seine fortwährende Bedrohung für die dezentrale Natur von Kryptowährungen berechtigte Bedenken hinsichtlich ihrer langfristigen Sicherheit und Stabilität dar.

Quelle: https://digitalcommons.odu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1314&context=ece_fac_pubs

Zustandsübergangsdiagramm im Bereich Mining

Das Zustandsübergangsdiagramm ist ein entscheidendes Werkzeug zum Verständnis des Verhaltens des Bitcoin-Netzwerks unter einem Mining-Angriff. Das Diagramm, wie in Abbildung 2 dargestellt, unterscheidet sechs Hauptzustände: 0 (ursprünglicher oder Anfangszustand), 0’ (doppelte Zweige), 1 (ein Block führend), 2 (zwei Blöcke führend), 3 (drei Blöcke führend) und 4 (Angriffserfolg).

Im Anfangszustand (0) bauen alle Miner auf einer einzigen Hauptkette ohne Abzweigungen ab. Wenn der bösartige Miner einen Block entdeckt und ihn geheim hält, wechselt das System vom Zustand 0 in den Zustand 1 mit einer Übergangsrate von λ01. Wenn ein ehrlicher Miner den Block zuerst findet, bleibt das System im Zustand 0 mit einer Rate von µ00.

Im Zustand 1, wenn der bösartige Miner erfolgreich den nächsten Block auf seinem privaten Zweig abbaut, wechselt das System in den Zustand 2 mit einer Rate von λ12. Wenn ein ehrlicher Miner den nächsten Block findet, bevor der bösartige Miner dies tut, wechselt das System in den Zustand 0’ mit einer Rate von µ10’.

Im Zustand 0’ (wo die Kette zwei Zweige gleicher Länge hat) wechselt das System in den Zustand 1, wenn der selbstsüchtige Miner den neuen Block zuerst findet, mit einer Rate von λ0’1. Wenn der ehrliche Miner den neuen Block zuerst entdeckt, wechselt das System wieder in den Anfangszustand 0, mit einer Rate von µ0’0.

In Zustand 2 kann der bösartige Miner mit einer Rate von λ23 zuerst den nächsten Block finden und damit das System in Zustand 3 übergehen lassen. Wenn der ehrliche Miner den nächsten Block entdeckt, geht das System mit einer Rate von µ21 wieder in Zustand 1 über.

Im Zustand 3, wenn der ehrliche Miner erfolgreich den nächsten Block mit einer Rate von λ34 abbaut, wechselt das System in den Zustand 4. Im Zustand 4 sendet der selbstsüchtige Miner seinen privaten Zweig aus, der zum Hauptzweig wird und somit den selbstsüchtigen Mining-Angriff abschließt.

Das Zustandsübergangsdiagramm, basierend auf dem Continuous-Time-Markov-Ketten (CTMC)-Ansatz, hilft bei der Ableitung von Zustandswahrscheinlichkeiten und der Analyse der Zuverlässigkeit des Bitcoin-Netzwerks. Dieses Verständnis ermöglicht es Forschern, die Auswirkungen verschiedener Zustandsübergangsraten auf die Gesamtstabilität und Sicherheit des Netzwerks zu untersuchen.

Quelle: https://digitalcommons.odu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1314&context=ece_fac_pubs

Indikatoren für selbstsüchtiges Verhalten

Die Erkennung von egoistischer Mining-Aktivität kann eine Herausforderung darstellen, da sie die Identifizierung subtiler Veränderungen im Netzwerk beinhaltet. Zwei primäre Netzwerksignaturen können dabei helfen, egoistisches Mining aufzudecken:

• Verwaiste (oder verwaiste) Blöcke: Ein Anstieg von verwaisten Blöcken könnte auf das Vorhandensein von egoistischem Mining hinweisen. Egoistische Miner zielen darauf ab, die Arbeit des ehrlichen Pools zu übertreffen, was zu einer Reihe von verworfenen Blöcken führt. Durch die Überwachung der Rate von verwaisten Blöcken im Laufe der Zeit kann man feststellen, ob egoistisches Mining im Steigen ist. Allerdings stößt dieser Ansatz an Grenzen, da verwaiste Blöcke im Bitcoin-Netzwerk beschnitten werden, was eine genaue Zählung erschwert.
• Timing von aufeinanderfolgenden Blöcken: Das Intervall zwischen zwei Blöcken kann Hinweise auf das Mining liefern. Blöcke, die in schneller Folge erscheinen, sind in ehrlichen Protokollen relativ selten, treten jedoch häufiger auf, wenn ein egoistischer Miner zurückgehaltene Blöcke schnell freigibt, um ehrliche Miner zu überholen. Die Analyse der Zeitstempel auf aufeinanderfolgenden Blöcken kann Abweichungen von den erwarteten Intervallen identifizieren und auf das Vorhandensein von egoistischem Mining hinweisen. Diese Methode ist jedoch statistisch und kann einige Zeit in Anspruch nehmen, um Unregelmäßigkeiten festzustellen.

Gegenmaßnahmen

Mit zunehmendem Bewusstsein über das egoistische Mining würde jeder Miner, der diese Strategie versucht, dies wahrscheinlich heimlich tun, um Gegenreaktionen zu vermeiden. Um potenziellen Angreifern einen Schritt voraus zu sein, sollten Sie die folgenden Gegenmaßnahmen in Betracht ziehen:

• Blockeigentums-Tarnung: Selbstsüchtige Miner können verschiedene Bitcoin- und IP-Adressen verwenden, ihre Auszahlungen mischen und vorgeben, mehrere konkurrierende Pools zu sein. Die Identifizierung von Kollusion wird schwierig, wenn das Blockeigentum verborgen ist, weshalb es nicht ideal ist, sich auf das Blockeigentum als Indikator zu verlassen.
• Fokus auf Blocktiming: Die Blocktiming-Analyse erkennt nur eine Teilmenge selbstsüchtiger Mining-Verhaltensweisen. Ein selbstsüchtiger Miner könnte bestimmte Verhaltensweisen vermeiden, um unentdeckt zu bleiben und dabei einen Teil seines Gewinns opfern.
• Die Überprüfung von verworfenen Blöcken: Die aktuelle Praxis des Bitcoin-Netzwerks, verworfene Blöcke zu kürzen und zu verwerfen, unterstützt egoistische Miner, indem Beweise für ihre Aktivitäten zerstört werden. Eine Modifikation des Protokolls, um alle gelösten Blöcke zu propagieren, würde dazu beitragen, dieses Problem zu mildern und es einfacher zu machen, egoistisches Mining zu erkennen.

Obwohl es möglich ist, das Vorhandensein von Mining zu erkennen, bleibt es eine schwierige Aufgabe. Derzeit gibt es keine eindeutigen Beweise dafür, dass im Bitcoin-Netzwerk Selbstsuchmining stattfindet. Dennoch sind anhaltende Wachsamkeit und die Entwicklung ausgefeilter Erkennungstechniken unerlässlich, um die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks zu gewährleisten.

Geschichte des Selfish Mining

Das Konzept des Mining wurde bereits im Jahr 2010 erstmals theoretisiert und erlangte 2013 erhebliche Aufmerksamkeit, als die Forscher Ittay Eyal und Emin Gün Sirer ihr Papier „Mehrheit reicht nicht aus: Bitcoin Mining ist verwundbar“ veröffentlichten. Die Forscher der Cornell University wiesen auf das Potenzial eines ökonomischen Angriffs durch Miner mit einer Minderheit an Hashrate hin, der zu einem unverhältnismäßigen Anteil an Blockbelohnungen und Transaktionsgebühren führen könnte. Ihr Papier betonte, dass das Mining egoistischer werden könnte als ehrliches Mining, wenn ein Miner oder Mining-Pool unter bestimmten Bedingungen mehr als 25% der Hashrate eines Netzwerks kontrolliert. Diese Enthüllung löste Bedenken über die potenziellen langfristigen Auswirkungen des egoistischen Minings auf Kryptowährungsnetzwerke aus.

Anwendungsfall und Funktionen des Mining

Selfish Mining ist eine ausbeuterische Strategie, die von bestimmten Minenarbeitern oder Mining-Pools angewendet wird, um ihre Gewinne zu maximieren, indem sie die Regeln des Blockchain-Protokolls manipulieren. Diese Taktik untergräbt die dezentrale Natur von Kryptowährungsnetzwerken und kann negative Auswirkungen auf deren Gesamtsicherheit und Stabilität haben. Zu den wichtigsten Merkmalen des Selfish Mining gehören:

Block zurückhalten

Selbstsüchtige Miner behalten absichtlich neu entdeckte Blöcke für sich, anstatt sie an das gesamte Netzwerk zu senden. Dadurch schaffen sie eine versteckte Kette von Blöcken, die sie schließlich zur öffentlichen Blockchain freigeben können, wenn es für sie von Vorteil ist.

Verschwendung von Ressourcen

Während ehrliche Miner weiterhin an der öffentlichen Blockchain arbeiten, sind sie sich der privaten Kette, die von selbstsüchtigen Minern erstellt wurde, nicht bewusst. Wenn die selbstsüchtigen Miner ihre längere private Kette offenbaren, wird die Arbeit der ehrlichen Miner an den verworfenen Blöcken verschwendet, was zu einem erheblichen Verlust von Ressourcen wie Strom und Rechenleistung führt.

Potenzial für Absprachen

Die egoistische Miningstrategie kann andere Miner dazu verleiten, dem egoistischen Mining-Pool beizutreten, um höhere Belohnungen zu erzielen. Wenn sich mehr Miner anschließen, steigt die Hash-Leistung des Pools und erreicht möglicherweise einen Punkt, an dem sie über mehr als 51% der Hash-Rate des Netzwerks verfügen. Diese erhöhte Hash-Leistung kann zu einem 51%-Angriff führen, der die Integrität der Blockchain untergräbt und den Angreifern ermöglicht, doppelte Ausgaben durchzuführen oder Transaktionen selektiv zu genehmigen.

Netzwerkschwachstellen

Selfish Mining deckt Schwachstellen in den Konsensmechanismen von Proof-of-Work (PoW) Blockchains auf. Durch die Ausnutzung dieser Schwächen können egoistische Miner die gerechte Verteilung der Mining-Belohnungen stören und das Vertrauen der Benutzer in das Kryptowährungsnetzwerk untergraben. \

Wirtschaftliche Auswirkungen

Diese selbstsüchtige Mining-Strategie kann weitreichende wirtschaftliche Folgen haben. Beispielsweise kann sie zu einem Ungleichgewicht bei der Verteilung von Mining-Belohnungen und Transaktionsgebühren führen, was neue Miner davon abhalten und potenziell die zentrale Macht des Minings verstärken kann. Darüber hinaus kann selbstsüchtiges Mining den Wert der zugehörigen Kryptowährung negativ beeinflussen, da der Markt das Vertrauen in die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks verlieren könnte.

Ist Selfish Mining eine gute Investition?

Obwohl das egoistische Mining für Bergleute, die ihre Gewinne maximieren möchten, attraktiv erscheinen mag, ist es wichtig, die Risiken und langfristigen Auswirkungen dieses Ansatzes zu berücksichtigen. Hier sind einige Faktoren zu beachten, wenn Sie bewerten, ob egoistisches Mining eine gute Investition ist:

• Gebundenes Kapital: Miner mit einem bedeutenden Anteil an der Hashrate haben oft erhebliche Beträge in ihre Mining-Operationen investiert. Dies umfasst die Kosten für den Kauf und die Wartung von Mining-Equipment, was den größten Anteil der Investitionen ausmacht. Selbstsüchtiges Mining könnte diese Investition gefährden, wenn die Glaubwürdigkeit der Blockchain untergraben wird.
• Auswirkungen auf den Kryptowährungswert: Das selbstsüchtige Mining kann den Preis der zugehörigen Kryptowährung erheblich beeinflussen. Indem sie die Glaubwürdigkeit der Blockchain untergraben, riskieren selbstsüchtige Miner, ihre Einnahmequelle zu entwerten, da der Markt das Vertrauen in die Sicherheit und Stabilität des Netzwerks verlieren könnte.
• Kollusionsrisiko: Um einen erfolgreichen Angriff auf das Ego-Mining durchzuführen, müssen Miner möglicherweise andere Miner oder Pools einbeziehen, was mit erheblichen Risiken verbunden ist. Der Prozess der Bildung einer Koalition kann kompliziert sein, und es besteht immer die Möglichkeit, dass das Schema aufgedeckt wird, was zu potenziellen rechtlichen Konsequenzen oder Schäden für die Reputation der Beteiligten führt.
• Kurze Blockierung: Einige Mining-Pools können kurze Blockierungszeiten nutzen, insbesondere wenn Blöcke schnell im Verhältnis zur Zielrate der Blockproduktion gefunden werden. Obwohl dies einen leichten Vorteil bieten kann, indem die Chancen erhöht werden, zwei aufeinanderfolgende Blöcke hintereinander zu finden, erhöht es auch das Risiko der Entdeckung und die potenziell negativen Folgen, die mit dem selfish Mining verbunden sind.
• Alternative Miningstrategien: Es gibt komplexere und raffiniertere Miningstrategien, wie z.B. Stubborn Mining, die das selfish Mining mit einem Eclipse-Angriff kombinieren. Diese fortgeschrittenen Strategien können ein erhöhtes Gewinnpotenzial bieten, bringen aber auch erhöhte Risiken und potenziell negative Auswirkungen auf das Netzwerk und die beteiligten Miner mit sich.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das egoistische Mining zwar möglicherweise kurzfristige Gewinne bieten könnte, die langfristigen Risiken und negativen Auswirkungen auf das Blockchain-Ökosystem es jedoch zu einer fragwürdigen Anlagestrategie machen. Es ist für Miner unerlässlich, die potenziellen Vorteile gegen die Risiken abzuwägen und die Auswirkungen ihrer Handlungen auf die breitere Kryptowährungsgemeinschaft zu berücksichtigen. Die Beteiligung an ehrlichen Mining-Praktiken bewahrt nicht nur die Integrität der Blockchain, sondern trägt auch zur langfristigen Nachhaltigkeit und Wachstum des Kryptowährungsmarktes bei.

Verständnis und Minderung von Mining-Risiken

Das Bitcoin-Netzwerk ist anfällig für sogenannte Mining-Angriffe, bei denen bösartige Miner entdeckte Blöcke zurückhalten und auf ihren privaten Ketten schürfen. Die bisherige Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf Kryptographie, Protokolldesign, Risikofeststellung und Schadensabschätzung. Die Analyse von Mining-Angriffen aus einer Verlässlichkeitsperspektive ist jedoch entscheidend für eine effektive Verteidigung gegen derartige Angriffe.

Dieser Artikel trägt zur bestehenden Wissensbasis bei, indem er ein analytisches Zuverlässigkeitsmodell auf der Grundlage des CTMC entwickelt, um die Anfälligkeit des Bitcoin-Netzwerks für Selbstsuche-Angriffe zu bewerten. Die Analyse zeigt mehrere wichtige Erkenntnisse auf:

• Die Zuverlässigkeit des Bitcoin-Netzwerks nimmt ab, wenn der selbstsüchtige Angreifer mehr Rechenleistung hat.
• Das System neigt dazu, schneller zu versagen, wenn die Angriffsrate zunimmt.
• Die Netzwerkzuverlässigkeit verbessert sich, wenn ehrliche Miner bessere Wiederherstellungsmöglichkeiten haben.

Obwohl diese Ergebnisse intuitiv erscheinen mögen, bieten die quantitativen Ergebnisse und Vergleiche wertvolle Einblicke zur Entwicklung widerstandsfähiger Algorithmen und Protokolle, um die Robustheit der aktuellen blockchainbasierten Kryptowährungsnetzwerkmodelle zu verbessern. Diese Verbesserungen können die Selbstverteidigungsfähigkeiten des Netzwerks gegen verschiedene bösartige Angriffe stärken.

Zukünftige Forschungen könnten untersuchen, die Zuverlässigkeitsanalyse auf nicht-exponentielle Zustandsübergangszeiten durch Methoden wie semi-Markov-Modelle und multi-integralbasierte analytische Ansätze zu erweitern. Diese Fortschritte werden dazu beitragen, die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Blockchain-Netzwerken angesichts sich entwickelnder Bedrohungen weiter zu stärken.

Fazit

Zusammenfassend ist das selbstsüchtige Mining eine umstrittene und potenziell schädliche Praxis, die die Kernprinzipien der Dezentralisierung, Sicherheit und Fairness in Kryptowährungsnetzwerken untergraben kann. Indem selbstsüchtige Miner die Protokollregeln ausnutzen, können sie das System zum persönlichen Vorteil manipulieren, oft auf Kosten ehrlicher Miner und der allgemeinen Gesundheit der Blockchain.