マイニングプールのパワーは強すぎるのでしょうか?ビットコインがBetterHashプロトコルを使用する時期が来ているのかもしれない

注: 元のタイトルは「Betterhash: Decentralizing Bitcoin Mining With New Hashing Protocols」で、著者は StopAndDecrypt です。

翻訳は次のとおりです。

導入

BetterHash は、現在 Bitcoin 開発者によって開発されている代替マイニング プロトコルです。完了すると、このプロトコルを使用して新しいマイニング プールに切り替える意思のあるマイナーが十分にいるか、または、古いプロトコルと新しいプロトコルの両方を提供する意思のある既存のマイニング プールが存在し、マイナーが徐々に切り替える準備が整っている必要があります。どちらの場合でも、最初の切り替えには利益を上げるために十分なマイナーのサポートが必要であり、そうでなければ利益の変動性が大きくなりすぎます。最終的には、マイナーはなぜ切り替えるべきかを理解する必要があり、（既存のプールを支配したくない）先見性のあるプール運営者が必要になるでしょう。これは、現在のシステムの問題とリスクが適切に理解され、伝達された場合にのみ実現可能であり、これは BetterHash マイニング プロトコルの採用の前提条件です。

では、ビットコインマイニングは現在どのような問題に直面しているのでしょうか?

ビットコインのマイニングにはエージェンシー問題があります。ビットコインのマイニングプールはマイナーではありませんが、マイニングプールはマイナーに代わって不適切な信号を送信します。マイニング プールは、ブロックの構築、トランザクションの選択、プール内のすべてのマイナーの代表としてチェーンのどのフォークをサポートするかを担当するノードを実行します。これにより、いくつかのインセンティブの問題と、むしろ歓迎されない政治的圧力が生じます。 Betterhash は、ネットワーク全体の利益のために、これらの責任を個々のマイナーに戻し、マイニング プールの影響を取り除くことで、この問題を解決することを目指しています。 BetterHash を使用すると、マイナーは独自の計算能力を制御でき、マイニング プールはマイナーの調整と報酬の分配のみを担当します。

マイニングプールのハッシュレート分布と、各マイニングプールに投影されたスラッシュプールのマイナー分布

始める前に、既存のプロトコル間の構造的な違いと、BetterHash プロトコルによって何が変わるのかを簡単に確認してみましょう。

現在、多くのマイナーはノードを実行することすらせず、Stratum などのプロトコルを使用して ASIC マイナーをマイニング プールに接続するだけです。マイニング プールはノードを実行し、トランザクションを選択し、マイニングするブロックを作成し、そのブロックをプールを使用しているすべてのマイナーに送信して、マイナーがハッシュを開始します。マイナーがブロックのマイニングに成功すると、そのブロックはマイニング プールに送り返され、その後 Bitcoin ネットワークに出力されます。

BetterHash では、マイナーは個別に独自のノードを実行し、トランザクションを選択し、ブロックを作成して、それをマイニングします。ブロックはプールの手数料を支払うように構成され、Stratum プロトコルと同様に、これらの失敗したブロック (「シェア」と呼ばれる) はマイナーによってプールのマイニングを行っていたことを証明するために使用されます。 BetterHash は、ブロック テンプレートを作成するアクターを変更し、この概念に基づいて新しいプロトコルを構築することで、これから説明するすべての問題を回避します。

現在開発中の Betterhash プロトコルのより技術的な概要については、Matt Corallo によるこのデモ ビデオで十分でしょう。

動画でも触れられているように、「Betterhash」という名前はすでに決定されている点に留意すべきだ。

https://www.youtube.com/watch?v=h1y9b6 V=0LGO5I74QJM

ビットコインマイニングの現状

BetterHash への切り替えがなぜそれほど重要なのかを理解するために、マイナーの現在の生活様式に関連するすべての問題を解明してみましょう。これらの問題は、BetterHash プロトコルを使用すれば存在しなくなります。

つまり、マイナーの単独マイニングの収益率は非常に不安定であり、それが 2010 年にマイニング プールが誕生した理由です。批評家は、マイニング プール間のハッシュレートの分配によってビットコインのマイニングが集中化されると指摘し、反論者はマイナーが使用するプールを切り替えることができると主張しますが、問題は必ずしもそれほど単純ではありません。マイナーの場合、選択肢は少数のマイニング プールに限られており、それぞれのプールには、同意するかしないかを決める利用規約があります。マイニングプールが大きすぎると、複数のオプションを提供できなくなります。

現実的には、自分にとって最適なマイニング プールを選択する以外に選択肢はありません。また、ほとんどまたはすべてのマイニング プールが気に入らない、または同意できない決定を下した場合、独自のマイニング プールを設定しても十分に安定した収入源を生み出せない可能性があるため、問題に対処する以外に選択肢はありません。すでに存在するマイニングプールは規模が大きくなり、多数のマイナーを傘下に収めることで、マイニングプールはマイナーにはない権利を獲得することになります。それぞれについて議論します。

マイニングプールは次のことが可能です。

1. どのトランザクションがブロックに含まれるか、または実行されないかを決定します。

2. 適切な条件下では、賄賂を渡してブロックチェーンを再編成することができる。

3. トランザクション手数料率を上げるためのバックログトランザクションメモリプール。

4. マイナーの同意なしに、コンピューティング能力を直接使用して競合するフォークチェーンをマイニングする。

5. 不正な採掘、その動機は隠れた動機であるべきである。

6. マイナーのハッシュレートを使用して提案への支持を示す。

前述したように、これらすべての問題は、基本的にマイナーがブロックを作成するのではなく、マイニング プールがビットコイン ブロックを作成することによって直接発生します。マイニングプールを使用すると、サードパーティの問題も発生します。マイニング プールがハッキングされ、これらのエクスプロイトが実行される可能性があります。また、マイニング プールがネットワーク レベルで攻撃され、マイナーが慌てて問題を解決したり、別のプールに切り替えたりする可能性もあります。 BetterHash を適用すると、マイニング プールのハッカーはマイナーの計算能力を制御できなくなり、マイニング プールに対するネットワーク レベルの攻撃は、マイニング プールを使用するマイナーに直接影響を与えなくなります。

ネットワーク レベルの攻撃により、攻撃者は大量のコンピューティング能力をダウンさせたり、必要に応じてリダイレクトしたりすることができます。 BGP 攻撃は簡単に実行でき、攻撃からの回復に必要な時間とリソースは、控えめに言っても懸念すべきものです。攻撃者がマイニング プールのハッシュレートを盗み、この記事に記載されているエクスプロイトを実行する方法を理解するには、次の 3 分間のデモをご覧ください。

https://youtu.be/k_z-FBAil6k?t=353

(ネットワークレベルの攻撃に関する議論は 5:52 から始まり、9:00 で終わります)

プロトコルが採用に適しているかどうかは、間違いなく、これらの問題に対処することが緊急であるかどうかによって決まります。

しかし、これらのシナリオの可能性は、必ずしもその必要性として十分に表現されているわけではありません。

Betterhash の必要性を誰もがより簡単に理解できるように、いくつかの仮説的なシナリオと、何らかの形ですでに起こったいくつかのシナリオを明らかにしたいと思います。それでは、それぞれが何であるかを詳しく見てみましょう。 (これらのうちいくつかは仮説的で実際に起こる可能性は低く、いくつかは非常に特殊な状況を必要とするもの、そして何らかの形ですでに起こっているものもあることに注意してください。)

1. マイニングプールはどのトランザクションがブロックに入るかを決定する

51% 攻撃の可能性について議論する際によく挙げられる疑問は、十分な数のマイニング プールが、たとえ一時的であっても、トランザクションの種類またはアドレスをブラックリストに登録するよう説得された場合、何が問題になるのか、ということです。これを実行する理由は強制である可能性もありますが、報酬を支払うのがマイニング プール自体であるか外部の当事者であるかにかかわらず、単に金銭的なインセンティブによるものである可能性もあります。

シナリオ1: サーバーのホットウォレットを確認する

ある取引所のホットウォレットがマイニングプールの 40% によってブラックリストに登録されていると想像してください (おそらく、競合する取引所が裏で費用を支払っているのでしょう)。その場合、そのホットウォレットの取引は妨げられませんが、取引処理速度は著しく低下します。マイナーとしては、この行動がエコシステムにとって健全ではないと思うかもしれませんが、この件に関して発言権がないため、他に選択肢がないのかもしれません。

シナリオ2: 機密取引タイプの確認

「おそらく開発者も同様に怠惰だったのだろう」と、コードが機密トランザクションを無視する原因となった。

上記のツイートは、（彼を信じるならば）その例が悪意のないものであったことを決定的に証明していますが、状況が悪意のあるものであった可能性を考慮する価値はあります。ビットコインにはまだ秘密の取引はなく、今後もおそらくないでしょうが、さまざまな種類の取引があります。マイニング プールにそうする理由がある場合、理論的にはこれらのトランザクションを無視することができ、その結果、特定の種類のトランザクションのバックログが蓄積され、トランザクション手数料が上昇し、それらの特定のトランザクションを使用するサービスの速度が低下する可能性があります。

関連記事: ZCash 機密取引検閲事件: https://medium.com/@levdubinets/zcash-shielded-transaction-censorship-12098f21090b

2. マイニングプールに賄賂を渡してブロックチェーンを再編成できる

上記の例と同様に、マイニング プールは、トランザクションの特定のバージョンを元帳に含めたくないと決定し、この決定を実施しようとする可能性があります。この状況を自発的に、または事後に調整することはほぼ不可能ですが、マイニングプールがその傾向にあり、賄賂を受け取ってすぐに行動する意思のあるプールが少数である場合、マイナーはこの件に関して発言権を持ちません。

マイニングプールがこれらの賄賂をマイナーに分配する意思がある場合、マイナーはそれを受け入れる可能性がありますが、マイニングプールがマイナーに与える分配額が高ければ高いほど、マイナーが賄賂を受け取る動機は低くなります。さらに、ハッキングのシナリオでは、ハッカーがマイニングプールに賄賂を贈る可能性があり、状況がさらに複雑になります。

これは、取引所がハッキングされた後に言及された提案でした。マイニングプールはこれを実行する準備ができていないにもかかわらず、多くの人がこれを利用してビットコインのマイニングは集中化されていると主張しています。このトピックの詳細については、以下のポッドキャストを聞いてください。Betterhash を使用する場合、マイナーがブロックを構築しているとき、マイニング プールではないときには考慮する必要がないため、そこで説明されている内容はどれも重要ではないことに注意してください。

3. マイニングプールは取引をバックログにして取引手数料を増やすことができる

マイニング プールは特定のトランザクションをブロックできるだけでなく、一定の手数料率を下回るすべてのトランザクションを無視することもできます。これにより、トランザクションを実行するすべての人のコストが上昇します。これは無視できる問題だと主張する人もいます。なぜなら、小規模なマイニング プールは、こうしたトランザクションを含める機会を利用するからです。そうすることで得られる報酬が大きくなるからです。そのため、長期的には、より弱いマイニング プールに利益がもたらされることになります。これは些細なことではないと思います。なぜなら、この行動が短期的には料金引き上げに関する政治の場での議論にどのような影響を与えるかを見てきたからです。

手数料市場は遅かれ早かれ存在するでしょうが、ネットワークルールを制限することで利益を得るために使用すべきではありません。プールレベルでは、この動作に対抗するための競争があるかもしれませんが、空のブロックをマイニングすることを選択するプールがまだいくつかあります。過去には、ブロックに空きスペースがあっても、特定のマイニング プールに 1 バイトあたり 5 サトシを超えるトランザクションのみが含まれる例がありました。効果を上げるにはマイニングプール間の調整が必要になるかもしれませんが、インセンティブが一致していれば調整は難しくなく、必要でもありません。そして、今では少数のマイニングプール運営者が、他の誰も持っていない貴重なツールを手に入れることになります。

マイニングプールは秘密裏にこれを行うこともできます。 「満杯でない」ブロックを作成する代わりに、それらのブロックを一見正当だが未発表のトランザクションで埋め、新しい「相場」が本物であると信じ込ませることでそれらのトランザクションを再収集することができます。市場がより高い価格を支払い始めると、マイニングプールは悪意のあるトランザクションを再調整できるようになります。下のグラフに示されている期間中、TX バックログの下位 50% が、マイナーによって徴収された手数料のわずか 7% を占めていました。報酬はトランザクションバックログの平均手数料率に応じて非線形に増加し、十分な大きさのマイニングプールがこれを試したい場合は、利益が出る可能性があります。

https://www.reddit.com/r/Bitcoin/comments/7lwajx/spamming_the_network_unfortunately_doesnt_result/

4. マイニングプールはマイナーの同意なしにコンピューティングパワーを直接使用できる

実際、どのチェーンを拡張するかを決定するのはマイニングプールです。マイニング プールはマイナーにブロックを提供し、実際には「このブロックをマイニングしてください」と指示するだけです。その後、マイナーは誰かが解決策を見つけるまでこのブロックをマイニングし、その後、マイニング プールはマイナーに別のブロックを提供します。マイナーは、異なるブランチ自体を追跡しません。マイナーは通常、マイニング プールが正直であり、マイニングしてほしいコイン/フォークをマイニングすると想定しています。多くのマイナーはノードを実行しないため、コンセンサス ルールを検証しません。過去には、マイニング プールがブロックを検証せず、代わりに無効なブロックに対して「SPV マイニング」を実行すると決定したときに問題が発生しました。マイナーとして、マイニングプールのおかげで費やした時間とお金が無駄にならないことを理解する必要があります。

シナリオ:

あなたはマイナーであり、Pool_A の一員です。プールにコンピューティング能力を提供すると、安定した支払いを受け取ることができます。計算して確認しましたが、それは決して変わりません。

マイニングプール_Aの運営者は、あなたのコンピューティングパワーを使用して、危険にさらされている別のチェーンにコンピューティングパワー（生命）サポートを提供することを決定します。そして、このチェーンは、あなたにとって関心のないチェーン、あるいは嫌いなチェーン、あるいは競合相手である可能性もあります。マイニング プールはハッシュ パワーに対して「市場価格」で支払い続けますが、ハッシュ パワーは実際にはあなたが思っていたチェーンでは使用されていません。

現在、別のチェーンをマイニングするマイニング プール全体が存在するため、ネットワークはブロックをよりゆっくりと (そしてより少ない報酬で) 生成します (市場は、実際よりも別のチェーンのサポートが多いと誤解する可能性があります)。そのため、サポートしているチェーンの潜在的な価値が低下します。鉱夫としては、おそらくこれは避けたい状況でしょう。残念ながら、これは現実世界ですでに起こっています。

5. マイニングプールはマイナーの計算能力を利用して不正なマイニングを行う可能性がある

上記のシナリオを考えてみましょう。これは、これがどのように展開するかを示す典型的な例です。マイニング プールは、その意図をマイナーに率直に伝え、少なくとも補償しようとします。彼らは鉱夫たちに、気に入らないなら出て行けばいいと言った。しかし、マイニングプールが不正だった場合はどうなるでしょうか?

マイニング プールが 2 つのチェーンをマイニングしているとし、黄色のチェーンがコンピューティング パワーの 80%、緑のチェーンがコンピューティング パワーの 20% を占め、それらを介して緑のチェーンをマイニングしている場合、それらが正直であり、マイナーの 20% だけがこのチェーンをサポートしていることをどうやって確認できるでしょうか。各マイナーに対して、自分たちが 20% であり、このチェーンをサポートしているのは自分たちだけだということを個別に伝えることができます。マイナーはサイドチャネルを調整し、ハッシュレートを合計して不正行為が行われていないかを判断する必要があります。主な問題は、多くの鉱山労働者が秘密主義であり、多くが秘密のままでいたいと考えており、またそうあるべきだということです。騙されたり操作されたりしないようにこのように調整するのは非現実的な解決策です。

この種の虚偽の情報により、マイニングプールはすべてのマイナーの総合的な計算能力を最大限に活用できるだけでなく、詐欺行為は各チェーンの市場評価にも影響を及ぼす可能性があります。ビットコインネットワークの長期的な健全性を重視する人なら誰でもこれを避けたいと思うでしょう。

6. マイニングプールはハッシュレートを使用して提案への投票を通知できます

この操作では、実際のチェーン分割は必要ありません。投票シグナルは金銭的なコミットメントではないため、そうすることのリスクは最小限です。市場を希望の方向に動かしたいのであれば、これらのマイニングプールを運営している少数の人々に一時的にサポートのシグナルを送るよう説得するだけで済みます。 NO2X の場合のように失敗しても、マイニング プールにとっては大きな損失にはなりません。結果にかかわらず、各マイナーの計算能力は正常に使用されています。

各列はマイニング プールを表します。各列の上部はプールのハッシュレートを表し、下部はそのプールを使用している他のマイナーのタイプを表します。

誰も新たな NO2X 計画を望んでいませんし、大多数の人々が実際には支持していないものを「決定」できる人もいません。 BetterHash が数年前に存在していたら、NO2X 運動は必要なかったかもしれません。

Segwit2Xに投票したのはマイナーではなく、マイニングプールだ

結論: 視点の問題

この投稿を読んだ人は2つの異なる反応を示すだろうと私は予想していましたが、投稿を見た数人からは両方の反応が返ってきました。

1. 「マイニングプールにそれほどの力があるとは知りませんでした。」

2. 「この記事では、マイニングプールが実際よりも多くの制御権を持っているかのように思われます。」

さて、「メタ考慮事項」に関して、一見すると次のように考えるかもしれません。

「最初の人物はマイニングプールやビットコインについてあまり知らないかもしれないが、2番目の人物はニュアンスを十分に理解し、これらの状況をより適切に評価できるベテランだ。」

これについて考える別の方法は次のとおりです。

「前者はシステム内の力のバランスについて学ぶための新しい本物の視点を提供するが、後者はしばらくシステム内にいたため、現状や潜在的な脅威に対して過度に快適になり、鈍感になっている。」

これら両方の初期反応は有効であり、これら両方のメタ考慮事項も有効です。マイニングプールが現在のシステム設定を悪用することが不可能であれば、より優れたプロトコルを開発する動機は生まれず、この記事を読んでいる人もいないでしょう。逆に、マイニング プールがビットコインに深刻な脅威を与える場合、マイニング プールは回復不能な破壊的な方法でその力を乱用することになります (BCash を参照)。

これらの極端な意見はさておき、皆さんに伝えたいことは次のとおりです。

BetterHash は、Bitcoin で使用されている現在のプロトコルよりも客観的に優れているため、実装する必要があります。マイニング プールの不正使用やネットワーク攻撃は実行不可能であるべきであり、マイナーが独自のノードを実行して独自のブロックを作成し、シンプルだが根本的な変更に基づいて構築されたより優れたマイニング プール プロトコルを使用できるようにすることで、これらの懸念を軽減できます。事前に解決方法がわかっている問題を解決しないと、深刻な問題が発生する可能性が常にあるので、解決しましょう。

追加リソース:

ボブ・マケラス: ビットコインの分散型マイニングプール

ジミー・ソングとオフチェーン：マット・コラロとマイニングプールの仕組み

ビットコインがもたらしたもの: マット・コラロがビットコインの仕組みを語る

ジェイムソン・ロップとスティーブ・リーに感謝