Madencilik Maliyetleri, Madencilik Ödülleri ve Blockchain Güvenliği Arasındaki Karşılıklı Bağımlılıklar

1 Giriş

Bu makale, İş İspatı (PoW) blockchain sistemlerindeki temel ekonomik karşılıklı bağımlılıkları araştırmaktadır. Blockchain'i işletmenin maliyetinin (madencilik maliyetleri), onu saldırılara karşı güvence altına almanın maliyetiyle içsel olarak bağlantılı olduğunu öne sürmektedir. Temel araştırma soruları, kripto para piyasası sonuçları (fiyat), madenciler için teşvikler (ödüller) ve dağıtık defterin ortaya çıkan güvenlik seviyesi arasındaki ilişkiyi inceler.

PoW blockchain'lerin güvene dayanmayan doğası, madencilerin işlemleri doğrulamak ve yeni bloklar oluşturmak için hesaplama kaynakları harcamasına dayanır. Onların teşvikleri öncelikle, yerel kripto para cinsinden ifade edilen blok ödülleri tarafından yönlendirilir. Bu nedenle, kripto paranın itibari para fiyatındaki şoklar, doğrudan madencilik karlılığını ve dolayısıyla ağa adanan hash gücü miktarını (ve dolayısıyla güvenliği) etkiler. Bu, piyasa değeri ile ağ güvenliği arasında potansiyel bir geri besleme döngüsü yaratır.

2 Teorik Çerçeve ve Denge Modeli

Yazarlar, temel değişkenler arasındaki denge ilişkisini türetmek için teorik bir model geliştirmektedir.

2.1 Temel Ekonomik Model

Model, madencileri rasyonel aktörler olarak kavramsallaştırır. Belirli bir blockchain'e $t$ zamanında hash gücü $H_t$ tahsis etme kararı, beklenen ödül $R_t$ (blok ödülü + işlem ücretleri, itibari para değeri) ve büyük ölçüde elektrik harcamasından kaynaklanan ilişkili maliyet $C_t$'nin bir fonksiyonudur. Dengede, marjinal maliyet marjinal ödüle eşittir: $MC(H_t) = MR(H_t)$.

2.2 Güvenlik Bütçesi ve Saldırı Maliyeti

Kritik bir metrik, birim zaman başına madencilik ödüllerinin toplam itibari para değeri ile temsil edilebilen "güvenlik bütçesi"dir. Bir %51 saldırının maliyeti doğrudan bu bütçe ile ilişkilidir. Model, blockchain'in değişmezliğinin, dürüst ağı alt etmek için yeterli hash gücünü elde etmenin ekonomik olarak uygulanabilir olmamasına dayandığını ve bunun da $R_t$ ve hash oranı piyasasının bir fonksiyonu olduğunu öne sürmektedir.

3 Metodoloji ve Veri

3.1 Otoregresif Dağıtılmış Gecikme (ARDL) Yaklaşımı

Teorik ilişkileri ampirik olarak test etmek için, makale Otoregresif Dağıtılmış Gecikme (ARDL) eşbütünleşme yaklaşımını kullanmaktadır. Bu yöntem, farklı bütünleşme derecelerine sahip değişkenleri (örneğin, I(0) ve I(1)) işleyebildiği ve tüm ilgili blockchain ve piyasa serilerinin (fiyat, hash oranı, zorluk, işlem ücretleri) potansiyel olarak içsel olarak ele alınmasına izin verdiği, karmaşık geri besleme döngülerini yakaladığı için seçilmiştir.

3.2 Veri Seti (2014-2021)

Analiz, Bitcoin gibi büyük PoW kripto paralarını kapsayan, 2014'ten 2021'e kadar günlük veriler kullanmaktadır. Temel değişkenler şunlardır:

• Kripto Para Fiyatı (USD)
• Ağ Hash Oranı
• Madencilik Zorluğu
• Blok Ödülü (coinbase + ücretler)
• İşlem Sayısı/Ücretleri

4 Ampirik Sonuçlar ve Analiz

4.1 Fiyat-Güvenlik Esnekliği

Sonuçlar, kripto para fiyatı ve madencilik ödüllerinin blockchain güvenlik sonuçlarıyla içsel olarak bağlantılı olduğuna dair güçlü ampirik kanıtlar sağlamaktadır. Fiyattaki pozitif bir şok, gecikmeyle birlikte istatistiksel olarak anlamlı bir ağ hash oranı (güvenlik) artışına yol açarak teşvik mekanizmasını doğrulamaktadır.

4.2 Madencilik Ödülü ve Maliyet Esnekliği

Temel bir bulgu, ağ güvenliğine göre madencilik ödüllerinin esnekliğinin, madencilik maliyetlerinin esnekliğinden daha yüksek olmasıdır. Bu, madencilerin hash gücü tahsisi konusunda karar verirken, en azından gözlemlenen aralıklar içinde, operasyonel maliyetlerdeki değişikliklere (örneğin, elektrik fiyatı dalgalanmaları) kıyasla potansiyel gelirdeki değişikliklere (fiyat kaynaklı ödüller) daha duyarlı oldukları anlamına gelir.

4.3 Temel İstatistiksel Bulgular

ARDL modelleri, değişkenler arasında istikrarlı uzun vadeli ilişkiler göstermektedir. Hata düzeltme terimleri anlamlıdır, bu da dengeden sapmaların (örneğin, belirli bir fiyat seviyesi için hash oranının çok düşük olması) zaman içinde düzeltildiğini göstererek teorik modelde açıklanan dinamik ayarlama sürecini desteklemektedir.

5 Tartışma ve Çıkarımlar

5.1 Ağ Güvenliği Geri Besleme Döngüsü

Bulgular, bir geri besleme döngüsünün varlığını doğrulamaktadır: Daha yüksek kripto fiyatları → Daha yüksek itibari para madencilik ödülleri → Artan madencilik/hash oranı → Gelişmiş algılanan güvenlik → Artan kullanıcı benimsemesi/talebi → Fiyat üzerinde yukarı yönlü baskı. Bu döngü, PoW blockchain ekonomisinin temel bir itici gücüdür, ancak fiyat keskin bir şekilde düşerse potansiyel bir kırılganlık kaynağıdır.

5.2 Oynaklık Çıkarımları

Makale, bu karşılıklı bağımlılıkların kripto para getirilerinin aşırı oynaklığına katkıda bulunduğunu öne sürmektedir. Güvenlik, dışsal, sabit bir özellik değil, piyasa duyarlılığı ve madencilik ekonomisi tarafından dinamik ve içsel olarak belirlenir, bu da yatırımcılar ve kullanıcılar için yeni bir risk boyutu yaratır.

6 Sonuç ve Gelecek Araştırmalar

Çalışma, bir PoW blockchain'in güvenliğinin sadece teknik bir özellik olmadığını, derinlemesine ekonomik bir özellik olduğu sonucuna varmaktadır. Saldırıları önlemenin maliyeti, madencilik için piyasa tarafından yönlendirilen ödüllerle içsel olarak bağlantılıdır. Gelecek araştırmalar, bu çerçeveyi Hisse İspatı (PoS) gibi alternatif mutabakat mekanizmalarının güvenlik ekonomisini ve onların güvenlik bütçelerinin farklı piyasa değişkenleriyle nasıl ilişkilendiğini analiz etmek için genişletebilir.

7 Orijinal Analiz: Eleştirel Bir Sektör Perspektifi

8 Teknik Detaylar ve Matematiksel Çerçeve

Temel denge, basitleştirilmiş bir madenci kar fonksiyonu ile temsil edilebilir:

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

Burada:

• $\Pi_t$: $t$ zamanındaki kar.
• $H_t$: Bireysel bir madenci tarafından sağlanan hash oranı.
• $H_{total,t}$: Toplam ağ hash oranı.
• $R_t$: Toplam itibari para blok ödülü = $P_t \cdot (B + F_t)$, $P_t$ kripto fiyatı, $B$ sabit blok sübvansiyonu ve $F_t$ ücretler olmak üzere.
• $C(H_t)$: Maliyet fonksiyonu, tipik olarak $C(H_t) = \gamma \cdot E \cdot H_t$, burada $\gamma$ birim başına enerji maliyeti ve $E$ enerji verimliliğidir (Joule/hash).

%51 saldırıya karşı güvenlik, genellikle çoğunluk hash gücünü elde etmenin maliyeti ile modellenir. Basit bir yaklaşım, saldırı maliyeti $AC_t$'nin bir zaman penceresi $\tau$ boyunca güvenlik bütçesiyle orantılı olduğudur: $AC_t \propto \sum_{i=t-\tau}^{t} R_i$. Makalenin ARDL modeli, $P_t$, $H_{total,t}$ ve $R_t$ arasındaki eşbütünleşmeyi test eder.

9 Deneysel Sonuçlar ve Grafik Açıklamaları

Şekil 2 (Kavramsal): Geri Besleme Döngüsü Diyagramı. Dinamik karşılıklı bağımlılığı gösteren bir akış şeması: "Kripto Para Fiyat Şoku", "Madencilik Ödülünde Değişim (İtibari Para)"na yol açar, bu da "Madenci Teşvikleri ve Hash Oranı Tahsisi"ni etkiler, "Algılanan Blockchain Güvenliğinde Değişim" ile sonuçlanır. Bu da "Kullanıcı Talebi ve Portföy Ayarlaması"nı etkileyerek "Kripto Para Fiyatı" üzerinde yukarı veya aşağı yönlü baskı uygular ve döngüyü kapatır.

Şekil 3 (Ampirik): Zaman Serileri ve Eşbütünleşme Grafikleri. Muhtemelen birden fazla panel içerir: (a) 2014-2021 arası Bitcoin fiyatı (log ölçek) ve ağ hash oranının (log ölçek) birlikte hareketi, net görsel korelasyon gösteriyor. (b) Eşbütünleşme için sınır testi sonuçları, F-istatistiğinin üst kritik değeri aştığını göstererek uzun vadeli bir ilişkiyi doğruluyor. (c) ARDL modelinden hata düzeltme teriminin (ECT) grafiği, sıfıra ortalama geri dönüşü göstererek denge düzeltme mekanizmasını doğruluyor.

Sonuçlar Tablosu: ARDL Uzun Vadeli Katsayıları. Tahmin edilen esneklikleri sunan bir tablo. Örneğin, kripto para fiyatındaki %1'lik bir artışın, uzun vadede ağ hash oranında istatistiksel olarak %1 seviyesinde anlamlı olan bir %X'lik artışla ilişkili olduğunu gösterir. Başka bir satır, hash oranının madencilik maliyetine göre esnekliğinin %Y olduğunu gösterir, burada Y < X, farklı esneklikler hakkındaki temel bulguyu destekler.

10 Analiz Çerçevesi: Basitleştirilmiş Bir Vaka Örneği

Senaryo: Varsayımsal bir PoW kripto parası olan "ChainX"in, %50'lik bir fiyat çöküşünden sonraki güvenlik yörüngesinin analizi.

Çerçeve Uygulaması:

1. Başlangıç Durumu: ChainX fiyatı = $100. Blok ödülü = 10 X-coin. Güvenlik bütçesi = $1000/blok. Hash oranı = 10 EH/s. Saldırı maliyeti (tah.) = $500,000.
2. Şok: Piyasa çöküşü. Fiyat $50'ye düşer.
3. Anlık Etki: Güvenlik bütçesi yarıya inerek $500/blok olur. Madenci geliri itibari para cinsinden %50 düşer.
4. Madencilerin Tepkisi (Kısa vadeli): Makalenin esneklik bulgusuna göre, madenciler ödül değişikliklerine oldukça duyarlıdır. Daha az verimli madenciler ($C(H_t) > gelir$) makinelerini kapatır. Ağ hash oranı düşmeye başlar.
5. Dinamik Ayarlama: Zorluk ayarlaması gecikir (örneğin, her 2 haftada). Bu süre boyunca, kalan madencilerin blok kazanma şansı daha yüksektir, gelir düşüşünü kısmen telafi eder. ARDL modelinin hata düzeltme mekanizması, yeni bir denge hash oranına doğru bu ayarlamayı yakalardı.
6. Yeni Denge (Uzun vadeli): Hash oranı daha düşük bir seviyede, diyelim ki 6 EH/s'de sabitlenir. Saldırı maliyeti, yeni, daha düşük güvenlik bütçesi ve potansiyel olarak daha düşük hash oranı edinme maliyeti temelinde yeniden hesaplanır, şimdi $200,000 olarak tahmin edilir. ChainX'in güvenliği, bir piyasa olayı nedeniyle temelden azalmıştır.
7. Geri Besleme: Daha düşük hash oranı ve artan güvenlik endişeleri raporlanabilir, kullanıcı/geliştirici güvenini azaltarak potansiyel olarak fiyat üzerinde daha fazla aşağı yönlü baskı uygular ve oynak geri besleme döngüsünü gösterir.

11 Gelecek Uygulamalar ve Araştırma Yönleri

• Hisse İspatı (PoS) Güvenlik Ekonomisi: Benzer bir çerçevenin PoS ağlarına uygulanması. Burada "güvenlik bütçesi", stake edilmiş varlıkların (ve staking ödüllerinin) itibari para değeridir. Karşılıklı bağımlılıklar muhtemelen doğrulayıcı getirileri, token fiyatı ve slashing risklerini içerir. Araştırma, PoS ve PoW güvenlik modellerinin esnekliğini ve istikrarını karşılaştırabilir.
• Çoklu Zincir Analizi ve Güvenlik Rekabeti: Modelin, madencilerin hash gücünü birden fazla PoW zinciri (örneğin, Bitcoin, Litecoin, Bitcoin Cash) arasında dinamik olarak değiştirebildiği bir dünyaya genişletilmesi. Bu, zincirler arası bir güvenlik piyasası yaratır. Bir zincirdeki fiyat hareketleri diğerinin güvenliğini nasıl etkiler?
• Düzenleyici Etki Modellemesi: Potansiyel düzenlemelerin (örneğin, madencilik için karbon vergileri, işlem vergileri) büyük blockchain'lerin denge güvenlik seviyeleri üzerindeki etkisini simüle etmek için çerçevenin kullanılması.
• Güvenlik Bütçeleri Tahmini: Makroekonomik göstergeler, enerji fiyatları ve zincir üstü metrikler temelinde güvenlik bütçeleri için tahmin modelleri geliştirilmesi, kurumsal benimseme için risk değerlendirmesine yardımcı olur.
• Hibrit Mutabakat Modelleri: PoW ve PoS'yi birleştiren, saf varlık fiyatı oynaklığına daha az bağımlı, daha istikrarlı güvenlik bütçeleri oluşturmayı amaçlayan ortaya çıkan hibrit modellerin güvenlik ekonomisinin araştırılması.

12 Kaynaklar

1. Ciaian, P., Kancs, d'A., & Rajcaniova, M. (2021). Interdependencies between Mining Costs, Mining Rewards and Blockchain Security. (Çalışma Makalesi).
2. Pagnotta, E. (2021). Decentralizing Money: Bitcoin Prices and Blockchain Security. The Review of Financial Studies.
3. Lee, J. (2019). Blockchain Security: A Survey of Techniques and Research Directions. IEEE Transactions on Services Computing.
4. Bank for International Settlements. (2019). Annual Economic Report. Bölüm III: Finansta büyük teknoloji: fırsatlar ve riskler.
5. Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: Eşler Arası Elektronik Nakit Sistemi.
6. Budish, E. (2018). Bitcoin ve Blockchain'in Ekonomik Sınırları. Ulusal Ekonomik Araştırma Bürosu (NBER) Çalışma Makalesi No. 24717.