Konsensus Nakamoto: rantai dengan kerja paling banyak

Ingin tahu

1. Bagaimanakah ribuan orang asing boleh bersetuju mengenai satu sejarah yang sama tanpa pemimpin atau pengundian?
2. Mengapakah penambahan satu blok lagi menjadikan transaksi lama lebih sukar untuk dibatalkan?
3. Apa yang berlaku apabila dua rantai wujud secara serentak selama sepuluh minit?

Teroka

1. Konsensus dalam Bitcoin bukanlah satu pilihan raya. Tiada keahlian tetap, tiada pemimpin dan tiada undian rasmi. Setiap nod penuh mengesahkan transaksi secara bebas berdasarkan satu set peraturan yang menyeluruh. Apabila pelombong menghimpunkan transaksi sah ini ke dalam blok, mereka melaksanakan bukti kerja: menyelesaikan teka-teki yang mahal dari segi pengiraan, yang berfungsi sebagai cap masa. Kerja ini menambat blok tersebut pada rantai, menjadikannya sebahagian daripada sejarah global yang mahal untuk diubah.
2. Apabila dua rantai yang bersaing muncul, setiap nod mengikut satu peraturan mudah: menerima pakai rantai yang mempunyai bukti kerja terkumpul paling banyak. Apabila satu cabang mendahului dari segi kerja terkumpul, cabang yang lain ditinggalkan, dan transaksinya kembali ke mempool kecuali jika cabang yang menang sudah mengandunginya. Mekanisme ini meneutralkan serangan Sybil; mencipta ribuan identiti palsu tidak berguna jika pemiliknya tidak mempunyai kuasa pengiraan yang setimpal. Berat, yang diukur dengan bukti kerja, menentukan sejarah sah mana yang menang, bukan identiti.
3. Persetujuan ini bersifat kebarangkalian, bukan mutlak. Sesuatu transaksi menjadi lebih selamat dengan setiap blok yang ditambah di atasnya kerana penyerang perlu membuat semula kerja untuk blok tersebut dan setiap blok berikutnya bagi mengatasi rantai yang jujur. Bahagian 11 kertas putih mengira risiko ini: jika seorang penyerang menguasai bahagian q daripada kuasa hash, kebarangkalian mereka berjaya mengejar dari z blok di belakang menurun secara eksponen apabila z meningkat.
4. Bagi penyerang yang hanya memiliki 10% kadar hash rangkaian (q = 0.1), peluang untuk membalikkan transaksi yang tertimbus di bawah lima pengesahan adalah kurang daripada 0.1%. Penyusutan matematik ini menjadi asas model keselamatan bagi peniaga dan bursa. Penyusunan semula (reorganisasi) yang singkat, apabila beberapa blok dibuang demi rantai sah yang lain, merupakan sebahagian daripada operasi biasa dan tidak menandakan kegagalan, sebaliknya mencerminkan persaingan dinamik yang sedia wujud dalam bukti kerja.
5. Bahagian 6 berhujah bahawa insentif menyelaraskan pelaku yang rasional dengan kestabilan rangkaian. Pelombong yang memegang kuasa hash yang besar memperoleh lebih banyak dengan mematuhi peraturan berbanding menyerang sistem, kerana nilai syiling mereka bergantung pada kebolehpercayaan rangkaian. Memusnahkan kepercayaan itu akan menjatuhkan nilai aset yang mereka sendiri pegang. Kaitan ekonomi ini memastikan pemain besar mempunyai kepentingan untuk mengekalkan konsensus dan bukannya mengganggunya.
6. Hasilkan semula pengiraan dalam kertas putih. Bahagian 11 menyediakan sebuah program C yang ringkas dan sebuah jadual: bagi penyerang dengan q = 0.1, peluang untuk mengejar dari lima blok di belakang adalah kira-kira 0.0009, iaitu kurang daripada 0.1%. Bagi q = 0.3, lima blok yang sama masih meninggalkan peluang kira-kira 18%, dan pengesahan yang jauh lebih dalam diperlukan untuk menurunkan risiko di bawah 0.1%. Keselamatan bergantung pada jumlah kuasa hash yang mampu dikumpulkan oleh penyerang, bukan pada bilangan blok yang tetap.

Fakta utama

Latihan sembilan, enam, tiga, satu

Semakan fakta

Tarikh, angka dan dakwaan telah disemak berbanding dengan sumber yang diterbitkan yang disenaraikan di bawah.

• S. Nakamoto, 'Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System' (2008), Sections 4, 6, and 11.
• J. Garay, A. Kiayias & N. Leonardos, 'The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications' (2015)