#incentive compatibility

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👥 作者: Akira Sakurai, Taishi Nakai, Kazuyuki Shudo

本文针对比特币挖矿的激励相容性阈值问题进行了理论研究。在比特币的权益证明(PoW)机制中,矿工是否具有诚实挖矿的理性动机直接关系到区块链的安全性。以往的研究分别通过马尔可夫决策过程(Sapirshtein et al.)和区块链挖矿博弈(Kiayias et al.)给出了该阈值的计算和理论界限,但存在两个局限:其一,模型假设矿工的行动空间过于狭窄,且理想化了区块分叉时的平局行为;其二,理论下界和上界之间差距较大。本文克服了这些局限:首先,建立了一个更现实的模型,扩展了矿工可以采取的策略(例如更复杂的自私挖矿变体),并引入了非对称的平局打破参数 γ⁻ 和 γ⁺,以反映实际协议中不同分叉处理的影响。其次,提出了一个算法,能够在最大误差不超过 9.98×10⁻⁴ 的范围内,计算激励相容阈值(即要求诚实挖矿为纳什均衡的最小网络延迟或攻击成本阈值)的下界和上界。该算法基于值迭代和动态规划,适用于 Markov 决策过程,并给出了理论上的误差界。实验结果表明,所提出的界限显著窄于以往的理论结果,接近计算最优值。本文的主要贡献在于:1) 提出了更贴合实际比特币协议的挖矿博弈模型;2) 给出了近乎紧致的理论边界,缩小了先前工作的差距;3) 所提出的算法具有可扩展性,可应用于其他基于 PoW 的区块链激励分析。适合对区块链安全性、博弈论和共识机制理论感兴趣的研究者阅读。

💡 推荐理由: 本文从理论上揭示了比特币挖矿激励相容的精确阈值,为评估 PoW 区块链的安全性提供了更紧的界限,有助于理解矿工自私挖矿的经济边界,对设计更稳健的共识机制具有指导意义。

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