通过工作量证明（Proof-of-Work）区块链中的无效区块比例（Stale Block Ratio）准确估算自私挖矿率

《IEEE Transactions on Network and Service Management》：Accurate Estimation of Selfish Mining Rate by Stale Block Ratio in a Proof-of-Work Blockchain

自私挖矿威胁区块链公平性和效率，需精准评估攻击率。本文构建单双矿攻击模型，通过解析式方程计算stale块比率并反向推导攻击率，仿真显示误差仅2.82%-3.12%。该成果为区块链安全机制优化和资源分配提供理论支撑。

　　

摘要：

自私挖矿对工作量证明（Proof-of-Work）区块链构成了严重威胁，因为它破坏了矿工之间的公平性，并通过生成无效区块浪费了计算资源。检测和缓解自私挖矿攻击对于维护区块链的安全性和效率至关重要。虽然无效区块的存在通常被视为自私挖矿的迹象，但仅仅识别攻击者的存在是不够的。更重要的目标是估计攻击的规模，特别是自私挖矿的比率。在本文中，我们提出了两种分析模型，可以精确计算包含一个或两个自私矿工的区块链中的无效区块比率。这些模型提供了闭合形式的函数，可以根据自私挖矿比率计算无效区块比率。然后，我们推导出逆函数，根据观察到的无效区块比率来估计自私挖矿比率。仿真结果表明，我们的分析模型能够有效计算无效区块比率，与仿真结果的平均偏差仅为3.12%。此外，我们的估计方法能够准确预测自私挖矿比率，平均误差为2.82%。高精度地估计自私挖矿比率有助于更好地识别恶意攻击，增强公平性，优化资源分配，并支持区块链网络中更强大的安全机制的发展。