Profitable Manipulations of Cryptographic Self-Selection are Statistically Detectable

“密码学自我选择”是PoS区块链协议中常见的领导者选择原语。该概念最初在Algorand [CM19]中得到普及，他们还观察到该协议可能是可操纵的。[FHWY22]提供了一种具体的操纵方法，对于任何规模的权益证明者来说都是严格有利可图的（并且还证明了操纵获利的上限）。另外，[YSZ23，BM24]则独立开展了对共识协议中不可检测的有利操纵的研究，重点关注比特币PoW最长链协议的经典自私挖矿策略[ES14]。他们设计了一种自私挖矿变体，对于足够大的矿工来说是严格有利可图的，但对旁观者来说与例行延迟无异（也就是说，足够大的利润最大化矿工可以使用他们的策略来严格获利，而在其它网络用户看来，所有人都诚实，但是体验到了稍微更高的延迟。这避免了由于攻击检测而对基础加密货币的价值造成负面影响的风险）。我们研究了在[CM19]中引入并在[FHWY22]中研究的规范密码学自我选择领导者选择协议的有利操纵的可检测性，并确定对于任何持有总股份的$\alpha < \frac{3-\sqrt{5}}{2} \approx 0.38$的玩家，每个严格有利可图的操纵都是统计上可检测的。具体而言，我们考虑一个只看到每轮的随机种子（不需要看到任何其他玩家的广播）的旁观者。我们表明，当任何玩家正在有利可图地操纵协议时，随机种子序列的分布与任何由于诚实的权益证明者离线或超时（对于诚实超时的自然样式化模型）而可能产生的分布不一致。

论文研究如何检测Proof-of-Stake区块链协议中的可盈利操纵行为。

论文提出了一种基于随机种子序列的检测方法，证明了对于拥有总股份不到0.38的玩家，任何盈利操纵行为都是统计可检测的。

论文使用了自己的模型来模拟诚实节点的掉线和超时行为，提出了基于随机种子序列的检测方法，并在实验中验证了其有效性。

近期相关研究包括[CM19]中的Cryptographic Self-Selection，[FHWY22]中对其可操纵性的研究，以及[YSZ23, BM24]中针对Bitcoin Proof-of-Work协议的自私挖矿行为的研究。