デジタル通貨のマイニングについてもう一度話しましょう。イーサリアムのマイナーは集中化されていますか?

昨日、ChainNewsは「暗号通貨マイニング業界の現状と秘密を1つの記事で理解する」と題する記事を公開し、マイニングとマイニングマシンビジネスの本質を総合的に分析しました。今日は、最近最も人気のあるイーサリアムのマイニング分野に注目します。

ChainNewsが以前報じたように、Bitmainのイーサリアムマイニングマシンがリリースされ、他のいくつかの大手マイニングマシンメーカーもイーサリアムマイニングマシンを製造する計画を明らかにしている。これにより、イーサリアムのマイニングが容易に集中化され、より大きな市場シェアを持つメーカーによる 51% 攻撃のリスクが生じるのではないかと、一部のマイナーは懸念している。 Alethio チームのメンバーは、Ethereum のデータを通じて、Ethereum マイニングの現状について詳細な分析を実施しました。しかし、チームは「一部のマイナーが懸念している攻撃は、いずれにせよイーサリアムネットワーク内で実行するのは困難である」と結論付けているものの、攻撃者がイーサリアムネットワーク全体を制御するためには、ネットワーク全体で最も強力なノードの1.5％を統合するだけでよいという点は無視できない。

ダニング・スイ、サウロ・リッチ、ヨハネス・プフェッファー著

編纂者：周恒宇

Ethereum の本質は P2P ネットワーク構造であり、各 Ethereum 参加者はこの巨大な構造のノードとなります。この分散型ネットワークでは、各ノードが他のノードに接続されており、ブロックチェーン ネットワーク全体の持続的な発展を維持するために、すべてのノードが合意に達する必要があります。ノードの一部は実際にはマイナーに属しており、マイナーの役割は、チェーンにアップロードされる次のブロックを確認するために継続的に計算能力を提供することです。

マイニングの成功率を高め、より頻繁に報酬を得るために、マイナーは互いに協力し、マイニング活動のためにハッシュパワーをプールすることがよくあります。このハッシュパワーの組み合わせはマイニングプールとして知られています。マイニングプールの巨大な計算能力は、ブロックチェーンネットワーク全体に影響を及ぼします。

最近の学術研究では、イーサリアムの集中化を判断する基準として各マイニングプールのハッシュパワーが使用されていますが、この判断方法は問題を単純化しすぎるだけでなく、コンピューティングパワーの集中化の議論にいくつかの違いをもたらすと考えています。

私たちは、さまざまなマイニングプールの現在の運用状況とその計算能力について、読者に深く理解してもらいたいと考えています。また、マイニングプールがマイナーに支払う方法を分析することで、イーサリアムのハッシュレートの分布についての洞察も得られます。

まず結論を述べさせてください。 Ethereum エコシステムでは:

• マイニングプールは集中化されていますか?この質問に対する答えは「はい」です。マイニングプールは高度に集中化された組織です。

• マイナーは集中化されていますか?実はそうではありません。

• さらに、イーサリアム ネットワークでは、一部のマイナーが懸念している攻撃を実行するのは困難です。

• ただし、攻撃者がネットワーク全体を制御するために必要なのは、ネットワーク全体で最も強力なノードの 1.5% を統合することだけです。

詳細な分析を見てみましょう。

採掘の方法は何ですか?

まずは最も基本的な知識を普及させることから始めましょう。通常の個人マイナーの場合、マイニングには一般的に 3 つの方法があります。

1. 自分で採掘する

マイナーはマイニングのために独自の計算能力を組織化できます。マイナーはこのようにしてすべての利益を享受できますが、実際には、1台または2台のマイニングマシンしか持たないアマチュアマイナーにとっては実現可能ではありません。なぜなら、イーサリアムのような人気のあるブロックチェーンネットワークでは、この弱い計算能力を使用してブロックを見つけるのに数年かかる場合があるからです。

これらのマイナーは、豊富な電力とコンピューティング リソースを持つ大規模なマイニング プールや協力グループとの競争に直面しなければなりません。この方法には、マイナーがマイニングのすべてのプロセスを習得できるという利点が 1 つだけあります。

2. マイニングプールに参加する

マイナーはマイニングプールに参加してマイニングを行うこともできます。マイナーは、マイニングプールの総合的なパワーに独自のハッシュパワーを追加することで、ブロックを認証する可能性を高めます。マイニング プール内のマイナーがブロックを発見して認証すると、マイニング プール全体のマイナーが、各自のコンピューティング パワーの貢献度に応じてマイニング収益を共有します。

3. クラウドマイニング

マイナーは、自己マイニングやマイニングプールでのマイニングなど、マイニング用の独自のハードウェアを所有するだけでなく、独自のマイニングマシンを所有するマイナーから未使用のマシンをレンタルすることもできます。第三者に手数料を支払う必要がありますが、このプロセスでは、クラウドマイニングのマイナーは、マイニングマシンの購入と維持の初期コストに多額の投資をすることを避けます。

私たちの研究で使用したデータ

当研究所が使用しているデータベースには、イーサリアム転送データなどを含む、2018年4月21日から28日までの1週間分のイーサリアムブロックデータが含まれています。

データセットの全体的なステータス

結論1:

Ethereum マイニングプールは集中化されていますか?はい

分析をサポートするために、まず、すべてのマイニング プール間でコンピューティング能力がどのように分配されているかについて説明します。

下の図に示すように、上位 5 つのマイニング プールが今週、確認された新しいブロックの 84% をマイニングしました。つまり、ある意味では、マイニング プールは高度に集中化された組織です。

しかし実際には、現実の世界では、各マイニング プールは比較的独立した個体です。マイニング プールには、マイニング能力を高めるために独自のマイニング機器に投資するすべての個々のマイナーの利益が含まれます。したがって、私たちの分析では、マイニング プールをさらに深く掘り下げて、イーサリアムが分散化の目標をどのように達成するかを説明します。

イーサリアムマイニングプールによって採掘されたブロックの割合

結論2:

Ethereum のマイナーは集中化されていますか?実はそうではない

上の写真から受ける第一印象は、イーサリアムマイニングの計算能力が非常に集中しているということです。ただし、前述したように、マイニングプールは必ずしも多数のマイニングマシンを所有しているわけではありません。実際には、多くの個人の計算能力を組み合わせることで新しいブロックをマイニングします。

この問題を個々の鉱山労働者の観点から見ると、全体が私たちが想像していたものとは違うことがわかります。

マイニングプールがマイナーに支払う最も直接的な方法は、利益を直接返すことです。この場合、収益はマイニングプールのアカウントからマイナーのアカウントアドレスに直接転送されます。このタイプの割り当ては頻繁に使用される割り当て方法であり、割り当て量はマイニングプールの割り当てアカウントを管理するマイナーによって設定できます。

場合によっては、このような報酬の支払いはマイニングプールのアカウントから直接送金されるのではなく、プロキシアカウントと呼ばれる別のアカウントを通じてマイニングに関与した個々のマイナーに返金されることもあります。しかし、一部のマイニングプールは、それほど直接的な支払い方法を使用しておらず、法定通貨を使用して個々のマイナーに直接支払います。たとえば、先ほど述べたクラウドマイニングでは、このように報酬が支払われます。報酬は、マイニングプロセス全体に参加した人のクレジットカードに入金されます。

以下の表は、分析期間中の上位マイニング プールのステータスを示しています。マイニング収入は、採掘したブロックの数にほぼ比例します。データの不一致は主に、支払いプロセスのパーソナライズと時間の遅延によって生じます。

表の最後のマイニングプール「bitclubpool」によって支払われる報酬は、マイニングされたブロックの数と明らかに不釣り合いであることがわかります。 Bitclubpool は、マイニング プール アカウントからマイナーに直接報酬を返さないマイニング プールのことです。これは、独立した支払いアカウントの数から推測できます。私たちは、この報酬の運用方法は非常に不透明であり、マイナーの信頼を低下させると考えています。

以下のグラフは、マイニング プールが各マイナーに支払う報酬の割合の CDF をプロットしたものです。累積分布関数のグラフは、主にサンプルの分布を示します。曲線の急勾配部分は、x 軸上のこの値付近の領域がサンプルの比較的集中した領域であることを示しており、y 軸はサンプル全体のうちこの値を下回るサンプルの割合を示しています。

累積分布グラフは、マイナーへの小額の支払いがすべての支払いの大部分を占めていることを示しています。私たちの分析によると、上位 4 つのマイニング プールは、各マイナーに総報酬の平均 0.04% しか支払っていないことがわかりました。総報酬の最大の割合を受け取ったマイナーは、「nanopool」に参加したマイナーで、マイニングプールの総収益の3.7%を受け取った。

マイニングプールはどのようにしてマイナーに支払いを行うのでしょうか?

分析中に、マイニング プール間で報酬を支払う 3 つの異なる方法が観察されました。

1. 暗号通貨を使用してチェーン上で直接支払います。これを実行するマイニング プールには、Ethermine、Ethfan、F2pool、nanopool などがあります。

特徴：

• 支払金額は少額で、支払口座は多数ある

• ほとんどの支払いは1ETH未満です

• 支払いを行うアカウント所有者は、実際にマイニングに参加するマイナーです。

2. 支払いはチェーン上のプロキシアカウントを通じて行われます。たとえば、次のアカウントはチェーン上の支払いに使用されるプロキシアカウントです: 0xb75d1e62b10e4ba91315c4aa3facc536f8a922f5

特徴：

• 少数の口座への大口支払いの場合

• 平均して、各送金ごとに特定のアカウントに約 100 ETH が支払われます。

• このアカウントは代理アカウントであり、支払いは実際に参加しているマイナーに直接行われます。

• Bitclubpoolなどのクレジットカード決済などの非チェーンアカウントを通じて

• 高額振込

• 金額は1取引あたり約1000ETH

• 支払い口座は通常、マイニングプールの所有者の個人口座です。

以下は、支払いを受けたマイナーの数と平均支払い額の散布図です。さまざまな支払い方法が含まれ、それに応じてクラスター化されます。

上位 5 つのマイニング プール miningpoolhub、f2pool、ethfa​​ns、nanopool、ethermine にはすべて同じパターン (多数のマイナーと少額の支払い) があることがわかります。これは、マイナーに直接支払いが行われることを意味し、マイニングプール内のマイナーの分散構造と一致しています。

しかし、別の観点から見ると、「bitclubpool」はグラフの左上にある外れ値であり、これは「bitclubpool」が少数のアカウントにのみ多額の報酬を支払うことを意味します。これらのアカウントはブロックマイニングネットワークから報酬を受け取っていません。受け取った 35,173 ETH は、その週にマイニングした 1124 ブロックからの収入をはるかに上回っていることがはっきりとわかります。 Bitclubpool のウェブサイトには、当座預金口座を使用して法定通貨で支払いが行われると記載されています。 Bitclubpool 上のオンチェーン支払いの多くは、実際には他のマイニングプール所有者への送金であると考えられます。同時に、Bitclubpool と bw がマイニングを利用して特定の不正行為を隠蔽している兆候もあります。

さらに、上図のBitclubpoolとbw付近のポイントを詳しく調査しました。アドレス 0x92e3f585ab699445fd7a809b5edf0c3dc88fb549 の支払いモードは、Bitclubpool および bw と同様です。

上の画像のアドレス 0xb75d1e62b10e4ba91315c4aa3facc536f8a922f5 のマイニング プール支払いにも、特定の特徴があります。各支払いは約 100 ETH の価値があり、同じアカウントに送金されていることがわかりました。このアカウントは、収益を 1 ETH 未満の金額で他のアカウントに転送します。これは、プロキシ アカウントを使用するトップ マイニング プールの慣行と多少似ています。

51% の計算能力攻撃を開始するには、何人のマイナーが必要ですか?数千人

51% コンピューティング パワー攻撃は、ブロックチェーン エコシステムで頻繁に発生する問題です。攻撃者がネットワーク全体のハッシュパワーの半分以上を制御すると、最終的にはネットワーク全体で最も長いチェーンを作成できるようになります。この記録された情報のチェーンは完全に彼の所有物であり、他のマイナーによって以前に採掘されたブロックさえ含まれていない可能性があります。最も長いチェーンは常に最も信頼性が高いものと見なされるため、攻撃者は次の特権を持ちます。

• ブロックチェーンによって認証される転送を制御する検閲

• わずかに短い競合チェーンをキャンセルすると、二重支払いやその他の攻撃が発生する可能性があります。

• 多くの悪影響を引き起こす

私たちはさまざまなマイニングプールからマイナーに関する情報を収集し、調査期間中に受け取った報酬に応じて分類しました。コンピューティング能力と収益の比率に基づいて、企業が管理するコンピューティング能力の量を判断できます。

半分以上の計算能力を獲得するために、攻撃者は攻撃を開始する前に 4484 人以上のマイナーに協力するよう説得するために全力を尽くさなければなりません。つまり、ネットワークを破壊できると思われる 3 つのマイニング プールではなく、少なくとも 4484 人のマイナーが統一された悪意のある攻撃を開始して、Ethereum ネットワーク全体を破壊する必要があります。しかし、支払いアドレスに関して言えば、上位 4,484 人のマイナーはネットワーク内のすべてのマイナーのわずか 1.5% を占めるにすぎません。下の図は、残りの 50% の計算能力を制御するマイナーが 297,443 人いることを示しています。したがって、別の観点から見ると、攻撃者はネットワーク全体を制御するために、ネットワーク全体で最も強力なノードの 1.5% を統合するだけで済みます。

51% の計算能力攻撃が達成されると、暗号通貨市場全体に大きな影響が及ぶことになります。競合するチェーンが攻撃側のチェーンほど長くない場合、持続的な 51% 攻撃によって、他のマイナーがネットワークから新しいブロックをマイニングできなくなる可能性もあります。マイナーが十分に合理的であると仮定すると、彼らは投資と収益の価値を守るために最善を尽くすでしょう。マイニング プールがネットワーク全体の 50% に近いハッシュ パワーに達した場合、または他のマイニング プールと協力して 51% を超えるハッシュ パワーに達した場合、マイナーは自身の利益を守るためにこれらのマイニング プールを放棄します。

この記事の著者は Alethio チームのメンバーです。 Alethio は、Ethereum ネットワークとマイナー エコシステムの健全性を監視し、ネットワークに影響を与えるアクティビティ パターンに関する情報をさまざまなユーザーに提供するツールです。 Alethio を通じて、誰でも Ethereum ネットワークの状態を分析し、調査を通じて結論を導き出すことができます。