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比特币区块时间戳保护规则!比特币如何防止矿工篡改时间戳?

全文导读

比特币的时间问题,人们可能认为时间对于比特币网络并不是一项重要的考虑因素,因为每个区块都引用前一个区块的哈希值,所以这些区块已经有先后顺序。比特币区块还包含交易(输入、输出和值)、推导区块头的默克尔树(Merkle Tree)和区块哈希值本身,用于证明工作量

比特币的时间问题,人们可能认为时间对于比特币网络并不是一项重要的考虑因素,因为每个区块都引用前一个区块的哈希值,所以这些区块已经有先后顺序。比特币区块还包含交易(输入、输出和值)、推导区块头的默克尔树(Merkle Tree)和区块哈希值本身,用于证明工作量。从表面上看,这对于交易和一致性系统也许已经足够。但是,存在调整难度的问题如果太多的矿工加入网络,区块时间可能变得太快,又或者如果太多的矿工离开,区块时间可能变得太慢,使得网络不可靠。

为了解决这个问题,每两星期调整一次采矿难度,以实现区块之间十分钟的目标时间。遗憾的是,为了对两星期的时间进行计算,需要将时间概念引入区块链并成为一致性系统的一部分。因此区块必须含有时间戳,人们可以将比特币看作世界上第一个分布式电子时钟。

比特币区块时间戳保护规则!比特币如何防止矿工篡改时间戳?

区块时间戳安全规则

在比特币区块产生时,实质上涉及两个时间:

pk29开奖计划1. 区块头中的时间,是由矿工放置的

2. 区块产生的实际时间。

当然,这两个时间应当几乎相同。毕竟,矿工们肯定有合理准确的时钟,他们为什么会在时间上撒谎呢?

pk29开奖计划矿工的确存在在时间上撒谎的诱因。比如,不法矿工可能会添加一个将来的时间戳。举例,如果生产一个区块要 10 分钟,矿工可以通过向将来添加 5 分钟的时间戳来声称花了 15 分钟。如果这种增加 5 分钟的做法在整个两星期的难度调整周期都持续 ,平均区块时间会看起来像是 15 分钟,而实际上比这要短。那么下一个周期的难度可能会向下调整,由于区块时间加快,增加采矿收入。当然,这种方法的问题在于,比特币时钟的移动继续与真实时间越来越远。

为了解决或减轻上述问题,比特币有两个机制防止矿工篡改时间戳。

pk29开奖计划1. 过去时间中值(MPT)规则 - 时间戳必须比过去 11 个区块的中值更靠前。11 个区块的中值意味着可以对6 个区块进行重组并且时间仍不会向后移动,有人可能认为这与 Meni Rosenfeld 的 2012年报告中提供的例子是一致的,即对于拥有 10% 网络算力的攻击者,必须进行六次确认才能将攻击的成功概率降低到 0.1% 以下。

pk29开奖计划2. 未来区块时间规则根据 -MAX_FUTURE_BLOCK_TIME 常量,相比来自同等节点的中值时间,时间戳不能出现在未来 2 小时以上。节点提供的时间与当地系统时钟之间的最大允许差是 90 分钟(又一个安全保障措施)。需要注意的是,不同于上面的 MPT 规则,这不是一个完全达成共识的规则。具有在未来太远时间点的时间戳的区块是无效的,但随着时间向前移动它们可能变得有效。

规则一确保区块链在时间方面继续向前移动 ,而规则二确保区块链不会向前移动 太远。这些时间保护规则并不完美 ,例如,矿工仍可以在两星期时间内通过生成未来的时间戳,从而将时间戳向前移动,但这种操作的影响有限。

比特币区块时间戳保护规则!比特币如何防止矿工篡改时间戳?

如上文的比率所示 ,由于两个小时只是两星期中很小的一部分,此操作对网络可靠性和挖矿盈利能力的影响可能有限。这相当于在难度调整后的两星期内,将区块之间的时间从 10 分钟减少至9 分 54 秒。而且 ,它只是一次性变动,因为一旦发生了两小时的时间移动 之后,除非先向后移动 ,否则无法再次发生前移。与此同时,矿工在向前移动两个小时之前,可能会考虑安全边际,以减少区块被网络拒绝的风险。

据我们判断 ,这些规则在防止矿工以恶意方式篡改比特币时间戳方面,已经证明具有合理的有效性。

比特币现金的理论区块时间问题

如我们最先在 2017 年 9 月所提及,比特币现金是 2017 年 8 月从比特币分叉出来的一种替代货币,它的主要目的是提高区块大小限制 。当时比特币现金开发者的担忧之一, 就是很多矿工不会开采比特币现金,因此区块之间的时间 差可能太大。因此实施了所谓的 “紧急难度调整”(EDA),以减轻这种担忧 。我们在此不会进行详细 讨论,但足以说明此机制非常复杂并且证明存在根本的瑕疵。这种算法意味着,如果在特定时期内没有找到特定数量的区块,难度将会降低。此政策尤其激进,因为它意味着区块之间的时间差越长,难度向下调整的幅度就越大。矿工可以故意留下大的时间差操纵网络,导致难度大幅变动,随后出现以非常高频率生成区块的低难度期。然后网络变得不可靠。

pk29开奖计划由于这种瑕疵 ,生成的比特币现金区块超过预期,并且矿工在此期间的收入增加。比特币现金建立了基于比特币的大约 5,000 条区块引线,一条引线至今依然存在。几个月后,在 2017 年 11 月,最终进行了修复 。EDA 被移除并且被一个新的难度调整系统(更简单的 24 小时滚动系统)取代。但是,这仍然与比特币的两星期窗口系统不同。比特币现金的系统更加动态并且调整速度更快。 虽然这意味着比特币现金可能在短期拥有更波动的难度,但此货币对变化的调整速度更快,而比特币中的时间差纠正可能需要花费更长时间。

比特币区块时间戳保护规则!比特币如何防止矿工篡改时间戳?

(来源: BitMEX Research)

在比特币现金的新难度调整算法中很多人可能忽略了一件事情 ,就是它与两小时时间保护规则的相互关系。 据我们所知,比特币现金保留了 2 小时常数。

比特币区块时间戳保护规则!比特币如何防止矿工篡改时间戳?

两小时时间现在是计算期的 8.3% 。这相当于将区块之间的时间从 10 分钟减少至9 分 10 秒。这确实似乎具有潜在的重要意义,并且如果加以利用,可能导致矿工盈利能力的变化。因此比特币现金在矿工篡改时间戳方面可能具有一定脆弱性,或者至少比比特币更加脆弱。另一方面,虽然比特币现金面对矿工时间戳篡改攻击时比比特币更加脆弱,但对问题的解决速度更快。

结论

pk29开奖计划比特币现金的时间保护规则的明显脆弱性,可能未被利用,显示出比特币的时间保护规则的思考是如此完善。据我们所知,这些时间保护规则自 2009 年比特币推出时就已经存在。在设计系统时,中本聪必须至少在三个深度层面进行创新:工作系统的验证 → 难度调整系统 → 完善的时间保护规则

pk29开奖计划虽然这在今天我们看来可能不是特别精巧,但我们对这些系统已经有了 10 年经验。我们认为,中本聪在没有任何此类网络之前对此进行了全面思考,是非常了不起的。

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