Utegemezi kati ya Gharama za Uchimbaji, Malipo ya Uchimbaji na Usalama wa Blockchain

1 Utangulizi

Makala haya yanachunguza utegemezi wa kiuchumi wa msingi ndani ya mifumo ya blockchain ya Uthibitisho-wa-Kazi (PoW). Yanadai kuwa gharama ya kuendesha blockchain (gharama za uchimbaji) ina uhusiano wa ndani na gharama ya kulinda dhidi ya mashambulizi. Maswali makuu ya utafiti yanachunguza uhusiano kati ya matokeo ya soko la fedha za kidijitali (bei), motisha kwa wachimbaji (malipo), na kiwango cha usalama kinachotokana cha daftari lililogawanyika.

Hali ya kutokuwa na imani ya blockchain za PoW inategemea wachimbaji kutumia rasilimali za kompyuta kuthibitisha manunuzi na kuunda vitalu vipya. Motisha zao zinatokana hasa na malipo ya vitalu, yaliyopimwa kwa fedha za kidijitali za asili. Kwa hivyo, mshtuko kwa bei halali ya fedha za kidijitali huathiri moja kwa moja faida ya uchimbaji na, kwa hivyo, kiasi cha nguvu ya hashi (na hivyo usalama) iliyojitolea kwa mtandao. Hii inaunda mzunguko wa maoni kati ya thamani ya soko na usalama wa mtandao.

2 Mfumo wa Nadharia & Mfano wa Usawa

Waandishi wanaunda mfano wa nadharia kupata uhusiano wa usawa kati ya vigezo muhimu.

2.1 Mfano Mkuu wa Kiuchumi

Mfano huu unawachukulia wachimbaji kama watendaji wenye busara. Uamuzi wa kutenga nguvu ya hashi $H_t$ kwa blockchain maalum kwa wakati $t$ ni utendakazi wa malipo yanayotarajiwa $R_t$ (malipo ya kuzuia + ada za manunuzi, kwa thamani halali) na gharama inayohusiana $C_t$, ambayo inasukumwa hasa na matumizi ya umeme. Katika usawa, gharama ya chini ni sawa na malipo ya chini: $MC(H_t) = MR(H_t)$.

2.2 Bajeti ya Usalama & Gharama ya Kushambulia

Kipimo muhimu ni "bajeti ya usalama," ambayo inaweza kuwakilishwa na jumla ya thamani halali ya malipo ya uchimbaji kwa kila kitengo cha wakati. Gharama ya shambulio la 51% inahusiana moja kwa moja na bajeti hii. Mfano unapendekeza kuwa usiobadilika wa blockchain unatokana na kutowezekana kwa kiuchumi kupata nguvu ya kutosha ya hashi kushinda mtandao wa uaminifu, ambayo ni utendakazi wa $R_t$ na soko la kiwango cha hashi.

3 Mbinu & Data

3.1 Mbinu ya Autoregressive Distributed Lag (ARDL)

Ili kujaribu kwa kiuchumi uhusiano wa kinadharia, makala yanatumia mbinu ya ushirikiano ya Autoregressive Distributed Lag (ARDL). Mbinu hii imechaguliwa kwa sababu inaweza kushughulikia vigezo vilivyo na maagizo tofauti ya ushirikiano (k.m., I(0) na I(1)) na inaruhusu mfululizo wote muhimu wa blockchain na soko (bei, kiwango cha hashi, ugumu, ada za manunuzi) kutibiwa kama endojenous inayowezekana, ikichukua mizunguko changamano ya maoni.

3.2 Seti ya Data (2014-2021)

Uchambuzi hutumia data ya kila siku kutoka 2014 hadi 2021, ikijumuisha fedha kuu za kidijitali za PoW kama Bitcoin. Vigezo muhimu vinajumuisha:

Bei ya Fedha za Kidijitali (USD)
Kiwango cha Hashi cha Mtandao
Ugumu wa Uchimbaji
Malipo ya Kizuia (coinbase + ada)
Hesabu/Ada za Manunuzi

4 Matokeo ya Kiuchumi & Uchambuzi

4.1 Unyumbufu wa Bei-Usalama

Matokeo yanatoa ushahidi dhabiti wa kiuchumi kwamba bei ya fedha za kidijitali na malipo ya uchimbaji yana uhusiano wa ndani na matokeo ya usalama wa blockchain. Mshtuko chanya kwa bei husababisha ongezeko la takwimu muhimu katika kiwango cha hashi cha mtandao (usalama) baada ya muda, ikithibitisha utaratibu wa motisha.

4.2 Malipo ya Uchimbaji dhidi ya Unyumbufu wa Gharama

Ugomvi mkuu ni kwamba unyumbufu wa malipo ya uchimbaji kuhusiana na usalama wa mtandao ni mkubwa kuliko unyumbufu wa gharama za uchimbaji. Hii inamaanisha kuwa wachimbaji wanaitikia zaidi mabadiliko katika mapato yanayowezekana (malipo yanayosukumwa na bei) kuliko mabadiliko katika gharama za uendeshaji (k.m., mabadiliko ya bei ya umeme) wanapofanya uamuzi wa kutenga nguvu ya hashi, angalau ndani ya masafa yaliyozingatiwa.

4.3 Matokeo Muhimu ya Takwimu

Mifano ya ARDL inaonyesha uhusiano wa muda mrefu thabiti kati ya vigezo. Masharti ya kusahihisha makosa ni muhimu, yakiashiria kuwa mkengeuko kutoka kwa usawa (k.m., kiwango cha hashi kuwa cha chini sana kwa kiwango fulani cha bei) kinasahihishwa baada ya muda, ikisaidia mchakato wa marekebisho ya nguvu ulioelezwa katika mfano wa nadharia.

5 Majadiliano & Maana

5.1 Mzunguko wa Maoni ya Usalama wa Mtandao

Matokeo yanathibitisha uwepo wa mzunguko wa maoni: Bei za juu za fedha za kidijitali → Malipo ya juu ya uchimbaji halali → Kuongezeka kwa uchimbaji/kiwango cha hashi → Usalama unaoonwa kuimarishwa → Kuongezeka kwa matumizi/mahitaji ya watumiaji → Shinikizo la juu kwa bei. Mzunguko huu ni kichocheo kikuu cha uchumi wa blockchain ya PoW lakini pia chanzo cha uwezekano wa kudhoofika ikiwa bei itashuka kwa kasi.

5.2 Maana ya Kutofautiana

Makala yanapendekeza kuwa utegemezi huu unachangia kutofautiana kikubwa kwa mapato ya fedha za kidijitali. Usalama sio sifa ya nje, isiyobadilika, lakini imedhamiriwa kwa nguvu na endojenous na hisia za soko na uchumi wa wachimbaji, na kuunda mwelekeo mpya wa hatari kwa wawekezaji na watumiaji.

6 Hitimisho & Utafiti wa Baadaye

Utafiti unahitimisha kuwa usalama wa blockchain ya PoW sio tu kipengele cha kiufundi, bali ni cha kiuchumi sana. Gharama ya kuzuia mashambulizi ina uhusiano wa ndani na malipo ya uchimbaji yanayosukumwa na soko. Utafiti wa baadaye unaweza kupanua mfumo huu kuchambua uchumi wa usalama wa mbinu mbadala za makubaliano kama Uthibitisho-wa-Hisa (PoS) na jinsi bajeti zao za usalama zinavyohusiana na vigezo tofauti vya soko.

7 Uchambuzi wa Asili: Mtazamo Muhimu wa Sekta

Ufahamu Mkuu: Makala haya yanatoa ukweli muhimu, lakini mara nyingi unaopuuzwa: Usalama wa Uthibitisho-wa-Kazi ni derivative ya hisia za soko. Haulindwi na hisabati pekee, lakini na motisha ya kiuchumi kwa wachimbaji kuwa waaminifu, ambayo imeshikamana moja kwa moja na bei ya mali inayotofautiana sana. Waandishi wanathibitisha kwa kiuchumi kile wengi katika sekta wanahisi kwa hisia – kiwango cha hashi hufuata bei, sio kinyume chake. Hii inageuza hadithi ya kawaida ya "Bitcoin ni salama kwa sababu ya nguvu yake ya hashi" kuwa sahihi zaidi kusema "nguvu ya hashi ya Bitcoin ni ya juu kwa sababu bei yake inafanya iwe na faida kuwa salama." Hii inalingana na wasiwasi ulioinuliwa na watafiti kama Pagnotta (2018) kuhusu hali ya endojenous ya usalama wa blockchain.

Mtiririko wa Mantiki: Nguvu ya makala ni mantiki yake safi, ya sababu: Bei → Malipo (kwa halali) → Motisha ya Wachimbaji → Ugawaji wa Kiwango cha Hashi → Usawa wa Usalama. Matumizi ya mfano wa ARDL yanafaa, kwani yameundwa kushughulikia hali ya endojenous, inayosukumwa na maoni ya mfululizo huu wa wakati. Yanajiepusha kwa busara kudai sababu moja na badala yake huonyesha uhusiano wa usawa, ambayo ni njia sahihi kwa mfumo changamano wa kukabiliana kama mtandao wa fedha za kidijitali.

Nguvu & Kasoro: Nguvu kuu ni kutoa uthibitisho wa muda mrefu, madhubuti wa kiuchumi (2014-2021) kwa mfano wa nadharia. Ugomvi kuhusu unyumbufu wa malipo unaozidi unyumbufu wa gharama ni wa kina; unapendekeza kuwa wachimbaji ni wakuzidisha faida kwanza, na wataalamu wa ufanisi wa pili. Hata hivyo, kasoro ni majadiliano madogo ya hatari ya "mzunguko wa kifo." Ikiwa bei itashuka kwa kasi na kudumu, mfano unamaanisha kiwango cha hashi na usalama vitashuka, kwa uwezekano kupunguza imani na kushusha zaidi bei – mzunguko mbaya. Makala yanagusa kutofautiana lakini hayashughulikii kabisa udhaifu huu wa kimfumo, mada iliyochunguzwa kwa kina na Benki ya Kimataifa ya Marekebisho. Zaidi ya hayo, uchambuzi ni wa kurudi nyuma kwa asili; hauna mfano wa athari ya mishtuko ya baadaye kama kupunguzwa kwa nusu kwa Bitcoin au mgogoro wa bei ya nishati duniani.

Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa: Kwa wawekezaji, utafiti huu ni agizo la kuchambua bajeti za usalama (jumla ya thamani halali ya malipo ya kuzuia) kama kipimo muhimu, sio tu kiwango cha hashi kwa ujumla. Mnyororo wenye kiwango cha juu cha hashi lakini bajeti ya chini, inayoshuka ya usalama kwa uwezekano iko katika hatari kubwa. Kwa wasanidi programu na wabunifu wa itifaki, inasisitiza uhusiano usioweza kubadilishwa kati ya uchumi wa token na usalama. Mabadiliko yoyote kwa utoaji (kupunguzwa kwa nusu) au mienendo ya soko ya ada lazima iwe na mfano kwa athari zake za usalama za mpangilio wa pili. Kwa wasimamizi, inasisitiza kuwa kushambulia uchumi (k.m., kupitia kanuni za nishati) kunaweza kuathiri moja kwa moja usalama wa mitandao hii, upanga wenye makali mawili ambao unahitaji kuzingatiwa kwa makini.

8 Maelezo ya Kiufundi & Mfumo wa Hisabati

Usawa mkuu unaweza kuwakilishwa na utendakazi rahisi wa faida ya mchimbaji:

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

Ambapo:

$\Pi_t$: Faida kwa wakati $t$.
$H_t$: Kiwango cha hashi kilichochangia na mchimbaji mmoja.
$H_{total,t}$: Jumla ya kiwango cha hashi cha mtandao.
$R_t$: Jumla ya malipo halali ya kuzuia = $P_t \cdot (B + F_t)$, na $P_t$ kama bei ya fedha za kidijitali, $B$ kama ruzuku isiyobadilika ya kuzuia, na $F_t$ kama ada.
$C(H_t)$: Utendakazi wa gharama, kwa kawaida $C(H_t) = \gamma \cdot E \cdot H_t$, ambapo $\gamma$ ni gharama ya nishati kwa kila kitengo na $E$ ni ufanisi wa nishati (Joules/hashi).

Usalama dhidi ya shambulio la 51% mara nyingi huwa na mfano wa gharama ya kupata nguvu nyingi ya hashi. Makadirio rahisi ni kwamba gharama ya shambulio $AC_t$ ni sawia na bajeti ya usalama kwa muda wa dirisha $\tau$: $AC_t \propto \sum_{i=t-\tau}^{t} R_i$. Mfano wa ARDL wa makala unajaribu ushirikiano kati ya $P_t$, $H_{total,t}$, na $R_t$.

9 Matokeo ya Majaribio & Maelezo ya Chati

Kielelezo 2 (Kifikra): Mchoro wa Mzunguko wa Maoni. Mchoro wa mtiririko unaoonyesha utegemezi wa nguvu: "Mshtuko wa Bei ya Fedha za Kidijitali" husababisha "Mabadiliko ya Malipo ya Uchimbaji (Halali)" ambayo huathiri "Motisha ya Wachimbaji & Ugawaji wa Kiwango cha Hashi," na kusababisha "Mabadiliko ya Usalama Unaoonwa wa Blockchain." Hii kisha huathiri "Mahitaji ya Mtumiaji & Marekebisho ya Portifolio," ikitumia shinikizo la juu au chini kwa "Bei ya Fedha za Kidijitali," na kufunga mzunguko.

Kielelezo 3 (Kiuchumi): Mfululizo wa Wakati & Michoro ya Ushirikiano. Kuna uwezekano wa kuwa na paneli nyingi: (a) Kusonga pamoja kwa bei ya Bitcoin (kiwango cha logi) na kiwango cha hashi cha mtandao (kiwango cha logi) kutoka 2014-2021, ikionyesha uhusiano wa kuonekana wazi. (b) Matokeo kutoka kwa jaribio la mipaka kwa ushirikiano, ikionyesha takwimu-F ikizidi thamani muhimu ya juu, ikithibitisha uhusiano wa muda mrefu. (c) Mchoro wa neno la kusahihisha makosa (ECT) kutoka kwa mfano wa ARDL, unaonyesha urejeshaji wa wastani hadi sifuri, ambayo inathibitisha utaratibu wa kusahihisha usawa.

Jedwali la Matokeo: Vigawo vya Muda Mrefu vya ARDL. Jedwali linalowasilisha unyumbufu uliokadiriwa. Kwa mfano, lingeonyesha kuwa ongezeko la 1% katika bei ya fedha za kidijitali linaunganishwa na ongezeko la X% katika kiwango cha hashi cha mtandao kwa muda mrefu (muhimu kwa takwimu katika kiwango cha 1%). Safu nyingine ingeonyesha unyumbufu wa kiwango cha hashi kuhusiana na gharama ya uchimbaji ni Y%, ambapo Y < X, ikisaidia ugomvi mkuu kuhusu unyumbufu tofauti.

10 Mfumo wa Uchambuzi: Mfano Rahisi wa Kesi

Hali: Kuchambua mwelekeo wa usalama wa fedha ya kidijitali ya kufikiria ya PoW, "ChainX," baada ya ajali ya bei ya 50%.

Utumizi wa Mfumo:

Hali ya Kwanza: Bei ya ChainX = $100. Malipo ya kuzuia = sarafu 10 za X. Bajeti ya usalama = $1000/kizuia. Kiwango cha hashi = 10 EH/s. Gharama ya shambulio (makadirio) = $500,000.
Mshtuko: Ajali ya soko. Bei inashuka hadi $50.
Athari ya Mara: Bajeti ya usalama inapungua kwa nusu hadi $500/kizuia. Mapato ya wachimbaji kwa halali yanashuka 50%.
Jibu la Wachimbaji (Muda mfupi): Kulingana na ugomvi wa unyumbufu wa makala, wachimbaji wanaitikia sana mabadiliko ya malipo. Wachimbaji wasio na ufanisi ($C(H_t) > mapato) huzima mashine. Kiwango cha hashi cha mtandao huanza kushuka.
Marekebisho ya Nguvu: Marekebisho ya ugumu yanaacha (k.m., kila wiki 2). Katika kipindi hiki, wachimbaji waliobaki wana nafasi kubwa ya kushinda vitalu, kufidia sehemu ya mapato yaliyoshuka. Utaratibu wa kusahihisha makosa wa mfano wa ARDL ungechukua marekebisho haya kuelekea kiwango kipya cha usawa cha hashi.
Usawa Mpya (Muda mrefu): Kiwango cha hashi kinaweza kukaa katika kiwango cha chini, sema 6 EH/s. Gharama ya shambulio inakokotolewa tena kulingana na bajeti mpya, ya chini ya usalama na uwezekano wa gharama ya chini ya upatikanaji wa kiwango cha hashi, sasa inakadiriwa kuwa $200,000. Usalama wa ChainX umepungua kimsingi kwa sababu ya tukio la soko.
Maoni: Kiwango cha chini cha hashi na wasiwasi wa juu wa usalama kunaweza kuripotiwa, kupunguza imani ya watumiaji/wasanidi programu, kwa uwezekano kutumia shinikizo zaidi la chini kwa bei, na kuonyesha mzunguko wa maoni unaotofautiana.

11 Matumizi ya Baadaye & Mwelekeo wa Utafiti

Uchumi wa Usalama wa Uthibitisho-wa-Hisa (PoS): Kutumia mfumo sawa kwa mitandao ya PoS. Hapa, "bajeti ya usalama" ni thamani halali ya mali zilizowekwa (na malipo ya kuweka). Utegemezi unaohusiana kwa uwezekano unajumuisha mavuno ya uthibitishaji, bei ya token, na hatari za kupunguza. Utafiti unaweza kulinganisha unyumbufu na uthabiti wa mifano ya usalama ya PoS dhidi ya PoS.
Uchambuzi wa Mnyororo Mwingi & Ushindani wa Usalama: Kupanua mfano kwa ulimwengu ambapo wachimbaji wanaweza kubadilisha nguvu ya hashi kwa nguvu kati ya minyororo mingi ya PoW (k.m., Bitcoin, Litecoin, Bitcoin Cash). Hii inaunda soko la usalama la kuvuka minyororo. Mienendo ya bei katika mnyororo mmoja inaathirije usalama wa mwingine?
Uundaji wa Athari ya Udhibiti: Kutumia mfumo huu kuiga athari ya kanuni zinazowezekana (k.m., ushuru wa kaboni kwenye uchimbaji, ushuru wa manunuzi) kwenye viwango vya usawa vya usalama wa blockchain kuu.
Utabiri wa Bajeti za Usalama: Kuunda mifano ya utabiri kwa bajeti za usalama kulingana na viashiria vya uchumi wa jumla, bei ya nishati, na vipimo vya kwenye mnyororo, ikisaidia katika tathmini ya hatari kwa utumiaji wa taasisi.
Mifano ya Makubaliano ya Mseto: Kuchunguza uchumi wa usalama wa mifano mipya ya mseto inayounganisha PoW na PoS, ikilenga kuunda bajeti za usalama thabiti zaidi zisizotegemea kutofautiana kwa bei ya mali safi.

12 Marejeo

Ciaian, P., Kancs, d'A., & Rajcaniova, M. (2021). Utegemezi kati ya Gharama za Uchimbaji, Malipo ya Uchimbaji na Usalama wa Blockchain. (Karatasi ya Kazi).
Pagnotta, E. (2021). Kutenga Pesa: Bei za Bitcoin na Usalama wa Blockchain. Jarida la Utafiti wa Fedha.
Lee, J. (2019). Usalama wa Blockchain: Uchunguzi wa Mbinu na Mwelekeo wa Utafiti. IEEE Transactions on Services Computing.
Benki ya Kimataifa ya Marekebisho. (2019). Ripoti ya Kila Mwaka ya Kiuchumi. Sura ya III: Teknolojia kubwa katika fedha: fursa na hatari.
Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Mfumo wa Pesa wa Elektroniki wa Mtandao wa Kwa Mtandao.
Budish, E. (2018). Mipaka ya Kiuchumi ya Bitcoin na Blockchain. Kituo cha Kitaifa cha Utafiti wa Kiuchumi (NBER) Karatasi ya Kazi Nambari 24717.