Saling Kebergantungan antara Kos Perlombongan, Ganjaran Perlombongan dan Keselamatan Rantaian Blok

1 Pengenalan

Kertas kerja ini menyiasat saling kebergantungan ekonomi asas dalam sistem rantaian blok Bukti-Kerja (PoW). Ia mengandaikan bahawa kos mengendalikan rantaian blok (kos perlombongan) secara intrinsik berkait dengan kos untuk mengamankannya daripada serangan. Soalan penyelidikan teras mengkaji hubungan antara hasil pasaran kripto (harga), insentif untuk pelombong (ganjaran), dan tahap keselamatan yang terhasil bagi lejar teragih.

Sifat tanpa kepercayaan rantaian blok PoW bergantung pada pelombong yang menggunakan sumber pengiraan untuk mengesahkan transaksi dan mencipta blok baharu. Insentif mereka terutamanya didorong oleh ganjaran blok, yang dinilai dalam mata wang kripto asli. Oleh itu, kejutan kepada harga fiat mata wang kripto itu memberi kesan langsung kepada keuntungan perlombongan dan, seterusnya, jumlah kuasa hash (dan dengan itu keselamatan) yang diperuntukkan kepada rangkaian. Ini mewujudkan gelung maklum balas yang berpotensi antara penilaian pasaran dan keselamatan rangkaian.

2 Kerangka Teori & Model Keseimbangan

Penulis membangunkan model teori untuk memperoleh hubungan keseimbangan antara pembolehubah utama.

2.1 Model Ekonomi Teras

Model ini mengkonsepsikan pelombong sebagai pelaku rasional. Keputusan untuk memperuntukkan kuasa hash $H_t$ kepada rantaian blok tertentu pada masa $t$ adalah fungsi ganjaran jangkaan $R_t$ (ganjaran blok + yuran transaksi, dalam nilai fiat) dan kos berkaitan $C_t$, yang kebanyakannya didorong oleh perbelanjaan elektrik. Dalam keseimbangan, kos marginal sama dengan ganjaran marginal: $MC(H_t) = MR(H_t)$.

2.2 Belanjawan Keselamatan & Kos Serangan

Metrik kritikal ialah "belanjawan keselamatan," yang boleh diwakili oleh jumlah nilai fiat ganjaran perlombongan per unit masa. Kos serangan 51% berkaitan langsung dengan belanjawan ini. Model ini mencadangkan bahawa ketidakubahan rantaian blok disokong oleh ketidakmampuan ekonomi untuk memperoleh kuasa hash yang mencukupi untuk mengatasi rangkaian jujur, yang merupakan fungsi $R_t$ dan pasaran kadar hash.

3 Metodologi & Data

3.1 Pendekatan Kelambatan Teragih Autoregresif (ARDL)

Untuk menguji hubungan teori secara empirikal, kertas kerja ini menggunakan pendekatan kointegrasi Kelambatan Teragih Autoregresif (ARDL). Kaedah ini dipilih kerana ia boleh mengendalikan pembolehubah dengan peringkat integrasi yang berbeza (contohnya, I(0) dan I(1)) dan membenarkan semua siri rantaian blok dan pasaran yang relevan (harga, kadar hash, kesukaran, yuran transaksi) dianggap sebagai endogen yang berpotensi, menangkap gelung maklum balas yang kompleks.

3.2 Set Data (2014-2021)

Analisis menggunakan data harian dari 2014 hingga 2021, merangkumi mata wang kripto PoW utama seperti Bitcoin. Pembolehubah utama termasuk:

Harga Mata Wang Kripto (USD)
Kadar Hash Rangkaian
Kesukaran Perlombongan
Ganjaran Blok (coinbase + yuran)
Bilangan Transaksi/Yuran

4 Keputusan Empirikal & Analisis

4.1 Keanjalan Harga-Keselamatan

Keputusan memberikan bukti empirikal yang kukuh bahawa harga mata wang kripto dan ganjaran perlombongan secara intrinsik berkait dengan hasil keselamatan rantaian blok. Kejutan positif kepada harga membawa kepada peningkatan yang signifikan secara statistik dalam kadar hash rangkaian (keselamatan) dengan kelambatan, mengesahkan mekanisme insentif.

4.2 Keanjalan Ganjaran Perlombongan vs. Kos

Satu penemuan utama ialah keanjalan ganjaran perlombongan berkenaan dengan keselamatan rangkaian adalah lebih tinggi daripada keanjalan kos perlombongan. Ini membayangkan bahawa pelombong lebih responsif kepada perubahan dalam hasil berpotensi (ganjaran didorong harga) berbanding perubahan dalam kos operasi (contohnya, turun naik harga elektrik) apabila membuat keputusan mengenai peruntukan kuasa hash, sekurang-kurangnya dalam julat yang diperhatikan.

4.3 Penemuan Statistik Utama

Model ARDL menunjukkan hubungan jangka panjang yang stabil antara pembolehubah. Istilah pembetulan ralat adalah signifikan, menunjukkan bahawa sisihan daripada keseimbangan (contohnya, kadar hash terlalu rendah untuk tahap harga tertentu) diperbetulkan dari semasa ke semasa, menyokong proses pelarasan dinamik yang diterangkan dalam model teori.

5 Perbincangan & Implikasi

5.1 Gelung Maklum Balas Keselamatan Rangkaian

Penemuan mengesahkan kewujudan gelung maklum balas: Harga kripto lebih tinggi → Ganjaran perlombongan fiat lebih tinggi → Peningkatan perlombongan/kadar hash → Peningkatan keselamatan yang dirasakan → Peningkatan penerimaan/permintaan pengguna → Tekanan menaik ke atas harga. Gelung ini adalah pemacu asas ekonomi rantaian blok PoW tetapi juga sumber kerapuhan berpotensi jika harga menurun dengan mendadak.

5.2 Implikasi Volatiliti

Kertas kerja ini mencadangkan bahawa saling kebergantungan ini menyumbang kepada volatiliti melampau pulangan mata wang kripto. Keselamatan bukanlah sifat eksogen yang tetap tetapi ditentukan secara dinamik dan endogen oleh sentimen pasaran dan ekonomi pelombong, mewujudkan dimensi risiko baharu untuk pelabur dan pengguna.

6 Kesimpulan & Penyelidikan Masa Depan

Kajian ini menyimpulkan bahawa keselamatan rantaian blok PoW bukan sekadar ciri teknikal tetapi ciri ekonomi yang mendalam. Kos untuk mencegah serangan secara intrinsik berkait dengan ganjaran perlombongan yang didorong pasaran. Penyelidikan masa depan boleh melanjutkan kerangka ini untuk menganalisis ekonomi keselamatan mekanisme konsensus alternatif seperti Bukti-Kepentingan (PoS) dan bagaimana belanjawan keselamatan mereka berkorelasi dengan pembolehubah pasaran yang berbeza.

7 Analisis Asal: Perspektif Industri Kritikal

Pandangan Teras: Kertas kerja ini menyampaikan kebenaran penting, namun sering diabaikan: Keselamatan Bukti-Kerja adalah terbitan daripada sentimen pasaran. Ia tidak diamankan oleh matematik semata-mata, tetapi oleh insentif ekonomi untuk pelombong menjadi jujur, yang dipatok terus kepada harga aset yang sangat tidak menentu. Penulis secara empirikal mengesahkan apa yang dirasakan secara intuitif oleh ramai dalam industri – kadar hash mengikut harga, bukan sebaliknya. Ini membalikkan naratif biasa "Bitcoin selamat kerana kuasa hashnya"; lebih tepat untuk mengatakan "Kuasa hash Bitcoin tinggi kerana harganya menjadikannya menguntungkan untuk menjadi selamat." Ini selaras dengan kebimbangan yang dibangkitkan oleh penyelidik seperti Pagnotta (2018) mengenai sifat endogen keselamatan rantaian blok.

Aliran Logik: Kekuatan kertas kerja ini adalah logik kausalnya yang jelas: Harga → Ganjaran (dalam fiat) → Insentif Pelombong → Peruntukan Kadar Hash → Keseimbangan Keselamatan. Penggunaan model ARDL adalah sesuai, kerana ia direka untuk mengendalikan sifat endogen, didorong maklum balas siri masa ini. Ia secara bijak mengelak daripada mendakwa kausaliti satu hala dan sebaliknya memetakan hubungan keseimbangan, yang merupakan pendekatan yang betul untuk sistem adaptif kompleks seperti rangkaian mata wang kripto.

Kekuatan & Kelemahan: Kekuatan utama adalah memberikan pengesahan empirikal yang ketat dan jangka panjang (2014-2021) untuk model teori. Penemuan tentang keanjalan ganjaran melebihi keanjalan kos adalah mendalam; ia mencadangkan pelombong adalah pemaksimum keuntungan dahulu, dan pakar kecekapan kedua. Walau bagaimanapun, kelemahan adalah perbincangan terhad tentang risiko "lingkaran kematian." Jika harga jatuh dengan mendadak dan berterusan, model ini membayangkan kadar hash dan keselamatan akan turun, berpotensi menurunkan keyakinan dan seterusnya menekan harga – kitaran ganas. Kertas kerja ini menyentuh volatiliti tetapi tidak sepenuhnya menangani kerapuhan sistemik ini, topik yang diterokai secara mendalam oleh Bank for International Settlements. Tambahan pula, analisis ini secara semula jadi retrospektif; ia tidak memodelkan kesan kejutan masa depan seperti separuh Bitcoin atau krisis harga tenaga global.

Pandangan Boleh Tindak: Untuk pelabur, penyelidikan ini adalah mandat untuk menganalisis belanjawan keselamatan (jumlah nilai fiat ganjaran blok) sebagai metrik utama, bukan sekadar kadar hash secara terpencil. Rantaian dengan kadar hash tinggi tetapi belanjawan keselamatan rendah dan menurun berpotensi menghadapi risiko yang lebih besar. Untuk pembangun dan pereka protokol, ia menekankan hubungan tidak boleh dirunding antara tokenomik dan keselamatan. Sebarang perubahan kepada pengeluaran (separuh) atau dinamik pasaran yuran mesti dimodelkan untuk kesan keselamatan peringkat kedua. Untuk pengawal selia, ia menyerlahkan bahawa menyerang ekonomi (contohnya, melalui peraturan tenaga) boleh memberi kesan langsung kepada keselamatan rangkaian ini, pedang bermata dua yang memerlukan pertimbangan berhati-hati.

8 Butiran Teknikal & Kerangka Matematik

Keseimbangan teras boleh diwakili oleh fungsi keuntungan pelombong yang dipermudahkan:

$\Pi_t = \frac{H_t}{H_{total,t}} \cdot R_t - C(H_t)$

Di mana:

$\Pi_t$: Keuntungan pada masa $t$.
$H_t$: Kadar hash yang disumbangkan oleh pelombong individu.
$H_{total,t}$: Jumlah kadar hash rangkaian.
$R_t$: Jumlah ganjaran blok fiat = $P_t \cdot (B + F_t)$, dengan $P_t$ sebagai harga kripto, $B$ sebagai subsidi blok tetap, dan $F_t$ sebagai yuran.
$C(H_t)$: Fungsi kos, biasanya $C(H_t) = \gamma \cdot E \cdot H_t$, di mana $\gamma$ ialah kos tenaga per unit dan $E$ ialah kecekapan tenaga (Joules/hash).

Keselamatan terhadap serangan 51% sering dimodelkan oleh kos untuk memperoleh kuasa hash majoriti. Anggaran mudah ialah kos serangan $AC_t$ berkadaran dengan belanjawan keselamatan dalam tetingkap masa $\tau$: $AC_t \propto \sum_{i=t-\tau}^{t} R_i$. Model ARDL kertas kerja ini menguji kointegrasi antara $P_t$, $H_{total,t}$, dan $R_t$.

9 Keputusan Eksperimen & Penerangan Carta

Rajah 2 (Konseptual): Gambar Rajah Gelung Maklum Balas. Carta alir yang menggambarkan saling kebergantungan dinamik: "Kejutan Harga Mata Wang Kripto" membawa kepada "Perubahan Ganjaran Perlombongan (Fiat)" yang menjejaskan "Insentif Pelombong & Peruntukan Kadar Hash," mengakibatkan "Perubahan Keselamatan Rantaian Blok yang Dirasakan." Ini kemudian mempengaruhi "Permintaan Pengguna & Pelarasan Portfolio," mengenakan tekanan menaik atau menurun ke atas "Harga Mata Wang Kripto," menutup gelung.

Rajah 3 (Empirikal): Plot Siri Masa & Kointegrasi. Kemungkinan mengandungi beberapa panel: (a) Pergerakan bersama harga Bitcoin (skala log) dan kadar hash rangkaian (skala log) dari 2014-2021, menunjukkan korelasi visual yang jelas. (b) Keputusan daripada ujian batas untuk kointegrasi, menunjukkan statistik-F melebihi nilai kritikal atas, mengesahkan hubungan jangka panjang. (c) Plot istilah pembetulan ralat (ECT) daripada model ARDL, menunjukkan pemulihan min kepada sifar, yang mengesahkan mekanisme pembetulan keseimbangan.

Jadual Keputusan: Pekali Jangka Panjang ARDL. Jadual yang membentangkan keanjalan yang dianggarkan. Contohnya, ia akan menunjukkan bahawa peningkatan 1% dalam harga mata wang kripto dikaitkan dengan peningkatan X% dalam kadar hash rangkaian dalam jangka panjang (signifikan secara statistik pada tahap 1%). Baris lain akan menunjukkan keanjalan kadar hash berkenaan dengan kos perlombongan ialah Y%, di mana Y < X, menyokong penemuan utama tentang keanjalan berbeza.

10 Kerangka Analisis: Contoh Kes Mudah

Skenario: Menganalisis trajektori keselamatan mata wang kripto PoW hipotesis, "ChainX," selepas kejatuhan harga 50%.

Aplikasi Kerangka:

Keadaan Awal: Harga ChainX = $100. Ganjaran blok = 10 X-koin. Belanjawan keselamatan = $1000/blok. Kadar hash = 10 EH/s. Kos serangan (anggaran) = $500,000.
Kejutan: Kejatuhan pasaran. Harga turun kepada $50.
Kesan Segera: Belanjawan keselamatan separuh kepada $500/blok. Hasil pelombong dalam fiat turun 50%.
Tindak Balas Pelombong (Jangka Pendek): Menurut penemuan keanjalan kertas kerja, pelombong sangat responsif kepada perubahan ganjaran. Pelombong kurang cekap ($C(H_t) > hasil) mematikan mesin. Kadar hash rangkaian mula menurun.
Pelarasan Dinamik: Pelarasan kesukaran lewat (contohnya, setiap 2 minggu). Dalam tempoh ini, pelombong yang tinggal mempunyai peluang lebih tinggi untuk memenangi blok, mengimbangi sebahagian penurunan hasil. Mekanisme pembetulan ralat model ARDL akan menangkap pelarasan ini ke arah kadar hash keseimbangan baharu.
Keseimbangan Baharu (Jangka Panjang): Kadar hash stabil pada tahap lebih rendah, katakan 6 EH/s. Kos serangan dikira semula berdasarkan belanjawan keselamatan baharu yang lebih rendah dan kos pemerolehan kadar hash yang mungkin lebih rendah, kini dianggarkan pada $200,000. Keselamatan ChainX telah menurun secara asasnya disebabkan oleh peristiwa pasaran.
Maklum Balas: Kadar hash yang lebih rendah dan kebimbangan keselamatan yang meningkat mungkin dilaporkan, mengurangkan keyakinan pengguna/pembangun, berpotensi mengenakan tekanan menurun lanjut ke atas harga, menggambarkan gelung maklum balas yang tidak menentu.

11 Aplikasi Masa Depan & Hala Tuju Penyelidikan

Ekonomi Keselamatan Bukti-Kepentingan (PoS): Menggunakan kerangka serupa kepada rangkaian PoS. Di sini, "belanjawan keselamatan" ialah nilai fiat aset yang dipertaruhkan (dan ganjaran pertaruhan). Saling kebergantungan kemungkinan melibatkan hasil pengesah, harga token, dan risiko pemotongan. Penyelidikan boleh membandingkan keanjalan dan kestabilan model keselamatan PoS vs. PoW.
Analisis Pelbagai Rantaian & Persaingan Keselamatan: Memperluaskan model kepada dunia di mana pelombong boleh menukar kuasa hash secara dinamik antara pelbagai rantaian PoW (contohnya, Bitcoin, Litecoin, Bitcoin Cash). Ini mewujudkan pasaran keselamatan silang rantaian. Bagaimanakah pergerakan harga dalam satu rantaian menjejaskan keselamatan rantaian lain?
Pemodelan Kesan Kawal Selia: Menggunakan kerangka untuk mensimulasikan kesan kawal selia berpotensi (contohnya, cukai karbon ke atas perlombongan, cukai transaksi) ke atas tahap keselamatan keseimbangan rantaian blok utama.
Ramalan Belanjawan Keselamatan: Membangunkan model ramalan untuk belanjawan keselamatan berdasarkan penunjuk makroekonomi, harga tenaga, dan metrik atas-rantaian, membantu dalam penilaian risiko untuk penerimaan institusi.
Model Konsensus Hibrid: Menyiasat ekonomi keselamatan model hibrid baru yang menggabungkan PoW dan PoS, bertujuan untuk mencipta belanjawan keselamatan yang lebih stabil kurang bergantung pada volatiliti harga aset tulen.

12 Rujukan

Ciaian, P., Kancs, d'A., & Rajcaniova, M. (2021). Saling Kebergantungan antara Kos Perlombongan, Ganjaran Perlombongan dan Keselamatan Rantaian Blok. (Kertas Kerja).
Pagnotta, E. (2021). Mendesentralisasikan Wang: Harga Bitcoin dan Keselamatan Rantaian Blok. The Review of Financial Studies.
Lee, J. (2019). Keselamatan Rantaian Blok: Tinjauan Teknik dan Hala Tuju Penyelidikan. IEEE Transactions on Services Computing.
Bank for International Settlements. (2019). Laporan Ekonomi Tahunan. Bab III: Teknologi besar dalam kewangan: peluang dan risiko.
Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Sistem Wang Elektronik Peer-to-Peer.
Budish, E. (2018). Had Ekonomi Bitcoin dan Rantaian Blok. Kertas Kerja Biro Penyelidikan Ekonomi Kebangsaan (NBER) No. 24717.