探討排除ASIC礦工的影響
2019年3月25日
要點
門羅幣(Monero)最近對動態(tài)區(qū)塊大小的升級將有助于防止某些特定攻擊(如“大爆炸攻擊”,即發(fā)送大量垃圾交易,使區(qū)塊大小超出節(jié)點能夠支持的容量)。
這是門羅幣自誕生以來為抵抗ASIC礦機而進行的第三次工作量證明算法調(diào)整。但之前兩次門羅幣為抵制ASIC礦工而進行的分叉并未產(chǎn)生持久的效果:對抗ASIC實際上是一場永不停歇的貓鼠游戲。
此次分叉后,礦工參與度的降低導致了算力和計算難度的下降。計算難度的降低意味著更高的挖礦效率,由此 GPU/CPU 礦工的收益率升高。
然而,Coinhive等公司已暫停門羅幣挖礦服務(wù),并稱門羅幣價格下降是做出該項決策的關(guān)鍵原因。盡管 GPU/CPU 礦工盈利能力大幅提升,但絕對挖礦收入的增幅仍然較小。
與其他采用工作量證明機制的區(qū)塊鏈類似,排斥ASIC礦工會導致網(wǎng)絡(luò)算力下降,并帶來對區(qū)塊鏈安全性的風險,門羅幣社區(qū)需要在中心化與安全性風險之間權(quán)衡利弊。
自門羅幣誕生5年以來,其開發(fā)者為了產(chǎn)生“ASIC抗性”而對門羅幣軟件的工作量證明機制進行了三次調(diào)整。
門羅幣開發(fā)團隊通常會出于各種原因(提高安全性或添加隱私功能)安排每年進行兩次升級。由于在這些分叉上存在分歧,門羅幣多年來分化成了好幾個版本。
例如,2018年4月,由于門羅幣社區(qū)對更新調(diào)整有不同意見,門羅幣產(chǎn)生了多條分叉鏈: Monero Original (XMO),Monero Classic (XMC), 及Monero 0 (XMZ)。盡管這些項目都宣稱體現(xiàn)“門羅幣的最初愿景”,但只有一個項目至今仍相對活躍,而開發(fā)者與公眾對XM0和XMZ的熱情在其發(fā)布后就迅速消散了。
2019年3月的門羅幣分叉
最近的一次門羅幣分叉發(fā)生于于2019年3月9日。但與2018年4月的分叉不同,此次分叉沒有產(chǎn)生爭議,也沒有產(chǎn)生任何分叉鏈。這次的硬分叉有四大理由:
對動態(tài)區(qū)塊大小的算法進行更新預(yù)防大爆炸攻擊(又稱“濫發(fā)攻擊”)。
• 對工作量證明算法做出調(diào)整(由CryptoNight V8改為CryptoNight-R),以便“抑制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的ASIC礦工,進一步保留“ASIC抗性”。
增加虛擬加密支付ID來提高交易同質(zhì)化。交易同質(zhì)化是指加密資產(chǎn)的可替代性增強,這意味著單個加密資產(chǎn)的歷史無法被污染(例如比特幣或萊特幣的交易是可追蹤的,一旦某一枚幣被烙上違法的印記將永遠無法抹去),因為它們的地址不是鏈接在一起的。簡而言之,門羅幣無法追蹤到之前的持有人,從這一點來說它和實物票據(jù)非常類似。因此,每一枚門羅幣都可以被視為剛“鑄成”的新幣。
縮減數(shù)量編碼的體積以及使用確定性掩碼簡化了代碼提交過程。
之前為排斥ASIC礦工而采取的措施并未產(chǎn)生持久的影響。然而,抵抗ASIC算力有點像“貓鼠游戲”,沒有一種一勞永逸的方法可以完全杜絕ASIC挖礦。 在2019年3月的硬分叉之前,據(jù)報道門羅幣的算力主要由ASIC礦工主導,ASIC礦機的全網(wǎng)算力占有率高達 85%。因此,門羅幣社區(qū)決定進行硬分叉升級,強制所有的參與者升級到新協(xié)議。
門羅幣2019年3月份分叉的結(jié)果
1.增加了隱私功能并提升了安全性
新添加的隱私功能(如添加虛擬信息)使得追蹤每筆交易的來源和目標地址變得更加困難。有幾個國家(如法國)和美國的個別州(如德克薩斯州)正在探討是否應(yīng)該禁止隱私幣,新添加的隱私功能可能會讓各國面臨更大的壓力,可能更迫切的需要通過立法來直接應(yīng)對隱私幣所帶來的問題。
對于防范“大爆炸攻擊”的對策改進,首先要解決的問題是區(qū)塊大小會呈指數(shù)級增長。
對區(qū)塊大小的計算做出限制:此前,唯一對區(qū)塊大小的限制是它不能大于之前100個區(qū)塊的中位數(shù)。
初始風險:即便將單個區(qū)塊最大化以提高后續(xù)區(qū)塊大小的潛在限值,濫發(fā)交易攻擊仍然可能發(fā)生。由于總區(qū)塊鏈大小來源于所有現(xiàn)有區(qū)塊的總和,因此單個區(qū)塊不斷增大可能導致整條鏈呈指數(shù)級增長,從而導致可用磁盤空間較少的節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)斷開連接。
有關(guān)“大爆炸攻擊”的詳細說明,可參照Noncesense研究實驗室的Github頁面。
解決方案:首先,門羅幣開發(fā)團隊引入了前100,000個區(qū)塊的長期中位數(shù)(“LT BlockWeight”)
代碼變更建議:
(1) LT BlockWeight= min(BlockWeight, 1.4 LT EffectiveMedianBlockWeight)
(2) EffectiveMedianBlockWeight =min(max(300000, MedianOverPrevious100Blocks(BlockWeight)), 50LT EffectiveMedianBlockWeight)
(3) LT EffectiveMedianBlockWeight = max(300000, MedianOverPrevious100000Blocks(LT BlockWeight))
未來,在區(qū)塊數(shù)量達到50,000個之后,長期區(qū)塊大小最多只能增長1.4倍。
第二項調(diào)整是礦工費用的變化,現(xiàn)在按照長期區(qū)塊中位數(shù)計算,而不是按照之前100個區(qū)塊中位數(shù)計算。在分叉之前,如遇網(wǎng)絡(luò)擁堵客戶可在最低費用的基礎(chǔ)上增付手續(xù)費來獲得優(yōu)先交易權(quán),但如果區(qū)塊體積大于前 100 個區(qū)塊的中位數(shù),系統(tǒng)則將扣留礦工的部分基本出塊獎勵。由于現(xiàn)在的費用是根據(jù)長期中位數(shù)來確定的,因此當交易量以較低的速度持續(xù)增長時,費用也不會減少。
2. ASIC礦工被驅(qū)逐出局
分析表明,門羅幣主要是由ASIC礦機在挖礦,所以這些礦工都受到分叉的影響。直接后果具體表現(xiàn)為以下三點。
1.全網(wǎng)算力急劇下降
3月8日至10日期間,門羅幣全網(wǎng)算力下降約70%,這也驗證了分叉前的估計,證明ASIC確實在門羅幣全網(wǎng)算力中占比較高。
2.區(qū)塊盈利能力提升
分叉后,隨著出塊難度降低了,每個區(qū)塊對應(yīng)的的挖礦盈利能力大幅提高,增幅超過200%。平均來看,門羅幣網(wǎng)絡(luò)挖礦難度下降了70%以上,與算力的下降水平保持一致,這意味著分叉后相同的 CPU 或 GPU 卡平均可以挖出的門羅幣是之前的近3倍。原因有以下兩方面:
ASIC 在挖礦方面非常高效,因此它們的退出意味著門羅幣將主要由通用設(shè)備(GPU)或一些類似硬件來挖礦,導致門羅幣的平均可變成本大幅上升。
降低網(wǎng)絡(luò)難度也為使用家用礦機的小型礦工提供了更公平的競爭環(huán)境。在經(jīng)歷了之前的分叉及相應(yīng)的挖礦盈利能力躍升之后,可以觀測到類似摩爾定律(圖3)的現(xiàn)象,隨著時間的推移,盈利能力在逐漸衰減,直到下一個分叉出現(xiàn)。這一次,挖礦盈利能力是否會再次衰退還有待觀察,因為這也取決于門羅幣的美元價格的變化。
3.出塊時間短暫飆升
就在升級后不久的3月10日,門羅幣出塊時間從平均2分鐘飆升到10分鐘以上。盡管分叉之后,ASIC礦工被立即排除,整體網(wǎng)絡(luò)算力出現(xiàn)斷崖式下降,但根據(jù)挖礦難度的數(shù)學設(shè)計原理,難度系數(shù)不會立刻下降而是逐漸下降。
因此,礦工人數(shù)減少了,但他們卻按照與分叉前相同的難度在搶奪區(qū)塊(網(wǎng)絡(luò)算力較高),從而導致出塊時間變長。有趣的是,在出塊時間變長的情況下,未來區(qū)塊高度上的任何調(diào)整都將延遲,從而導致出塊時間延長的情況進一步加劇。大約36小時之后,平均出塊時間才恢復(fù)到之前每塊2分鐘的正常水平。2018年4月的分叉毫無意外也出現(xiàn)了類似的情形(如上表中的第一個峰值所示,出塊時間峰值接近10分鐘)。
結(jié)論:分叉的結(jié)果
結(jié)果1: 對于采用家用礦機的礦工來說,挖礦仍舊很難獲利
盡管分叉之后,挖礦難度降低了約75%左右,盈利能力大幅提升,但按美元絕對值計算的環(huán)比增幅卻相當?shù)?/strong>。
這說明,該項目試圖讓更多個體用戶參與到網(wǎng)絡(luò)中來的做法可能沒那么有效,因為此次分叉后挖礦盈利能力絕對值漲幅僅為上一次分叉之后增幅(見表5中較高的黃色柱狀圖)的1/3,考慮進通用設(shè)備的硬件成本和電費后個人礦工很難真正盈利。但分叉前挖礦能力的 20-25%依舊得以保留,表明了一些礦工仍然期望強勁的價格反彈,或部分礦工有著較低的挖礦邊際成本(比如免費的電力)。相比之下,2018年4月的分叉(第一次分叉)對挖礦盈利能力的影響更大,因為門羅幣價格比2019年3月份價格高出3倍多,因此兩次分叉后,以美元計價的挖礦盈利能力變化幅度較大。
結(jié)果2:算力低=遭到51%攻擊的可能性更高
由于ASIC礦工被強制“出局”,算力下降70%多,導致網(wǎng)絡(luò)受到51%攻擊的風險略有上升。
總體來說,ASIC礦工可能導致任何采用工作量證明機制的挖礦活動過于中心化,但排除ASIC礦工同樣會給網(wǎng)絡(luò)帶來更大的“尾部風險”。
采取“ASIC抗性”仍然是一場貓鼠游戲,適用新算法的ASIC礦機可能很快出現(xiàn),正如前兩次升級猴一樣,項目方需要在“避免中心化”與“提升挖礦參與率”之間平衡。也許可以采取一種替代性的解決方案,那就是在ASIC挖礦行業(yè)鼓勵競爭、透明和合作,從而讓社區(qū)能夠更好地控制網(wǎng)絡(luò)運營。
無論是硬分叉、軟分叉、有爭議的分叉還是無爭議的分叉,分叉都是加密行業(yè)的正?，F(xiàn)象,而且頻繁分叉可能表明加密網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展。無論此次分叉的結(jié)果如何,開發(fā)團隊都將繼續(xù)改進門羅幣,而下一次的分叉將預(yù)計在2019年10月進行。
Binance Research通過客觀中立的研究報告為投資者提供深度的,數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)字資產(chǎn)洞見。
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