КіСА | Зміст

Том 61 >>> № 4 ЛИПЕНЬ — СЕРПЕНЬ 2025

-->

УДК 621.391:519.2:519.7

Л.В. КОВАЛЬЧУК
Навчально-науковий фізико-технічний інститут Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна; Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, Україна,
lusi.kovalchuk@gmail.com

М.Ю. КУЗНЄЦОВ
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ, Україна; Навчально-науковий фізико-технічний інститут Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна
kuznetsov2024@ukr.net

А.А. ШУМСЬКА
Навчально-науковий фізико-технічний інститут Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна,
shumska-aa@ukr.net

Моделювання спрощеного варіанта атаки розгалуження на блокчейн,
ґрунтований на протоколі консенсусу Proof-of-Stake

Анотація. Відомо, що атака розгалуження є однією з найважливіших атак на блокчейн, насамперед для протоколів Proof-of-Work та Proof-of-Stake, як найбільш поширених. На сьогодні немає явних аналітичних формул для обчислення ймовірності її успіху, що викликає певну недовіру до блокчейн-технологій. У цій роботі для спрощеної (але все одно достатньо складної з математичного погляду) моделі атаки розгалуження отримано рекурентні формули, які дають змогу знаходити точні значення ймовірності того, що зловмисник зможе побудувати розгалуження заданої довжини. Коректність цих формул перевіряється на числових прикладах методом Монте-Карло шляхом побудови оцінок із заданими достовірністю та відносною похибкою.

Ключові слова: блокчейн, Proof-of-Stake, атака розгалуження, стейкхолдер, таймслот, слотлідер, рекурентні формули, метод Монте-Карло.

повний текст

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Nakamoto S. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system. 2008. URL: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf.

2. Ciotti G. Unpredictable randomness thanks to verifiable random functions. 2024. URL: https://developer.algorand.org/solutions/avm-evm-randomness/#verifiable-random-functions.

3. Madden N. Hybrid encryption and the KEM/DEM paradigm. 2021. URL: https://neilmadden.blog/2021/01/22/hybrid-encryption-and-the-kem-dem-paradigm.

4. Koe U., Alonso K., Noether S. Zero to Monero: a technical guide to a private digital currency; for beginners, amateurs, and experts. Monero Project, 2020. Version 2.0.0. viii, 146 p. URL: https://www.getmonero.org/library/Zero-to-Monero-2-0-0.pdf.

5. El-Hajj M., Roelink B. Evaluating the efficiency of zk-SNARK, zk-STARK, and bulletproof in real-world scenarios: A benchmark study. Information. 2024. Vol. 15, Iss. 8. Article number 463. https://doi.org/10.3390/info15080463.

6. Groth J., Kohlweiss M. One-out-of-many proofs: or how to leak a secret and spend a coin. Proc. 34th Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques (Advances in Cryptology — EUROCRYPT 2015) (26–30 April 2015, Sofia, Bulgaria). Sofia, 2015. LNCS. 2015. Vol. 9057. P. 253–280. https://doi.org/10.1007/.

7. Deng C., You L., Tang X., Hu G., Gao S. Cuproof: range proof with constant size. Entropy. 2022. Vol. 24, Iss. 3. Article number 334. https://doi.org/10.3390/e24030334.

8. Sharp M., Njilla, L., Huang C.-T., Geng T. Blockchain-based e-voting mechanisms: a survey and a proposal. Network. 2024. Vol. 4, Iss. 4. P. 426–442. https://doi.org/10.3390/network4040021.

9. Wang D., Zhao J., Mu C. Research on blockchain-based e-bidding system. Appl. Sci. 2021. Vol. 11, Iss. 9. Article number 4011. https://doi.org/10.3390/app11094011.

10. Zabala-Vargas S., Alvarez-Pizarro Y., Sanchez-Galvis I., Rubio-Vasquez K. Blockchain-based strategy to optimize certified notifications from government entities. Administr. Sci. 2024. Vol. 14, Iss. 9. Article number 195. https://doi.org/10.3390/admsci14090195.

11. Buterin V. A proof of stake design philosophy. 2016. URL: https://medium.com/@VitalikButerin/a-proof-of-stake-design-philosophy-506585978d51.

12. Guru A., Mohanta B.K., Mohapatra H., Al-Turjman F., Altrjman C., Yadav A. A survey on consensus protocols and attacks on blockchain technology. Appl. Sci. 2023. Vol. 13, Iss. 4. Article number 2604. https://doi.org/10.3390/app13042604.

13. Grunspan C., PБrez-Marco R. Double spend races. Int. J. Theor. and Appl. Finance. 2018. Vol. 21, N 8. Article number 1850053. https://doi.org/10.1142/S021902491850053X.

14. Karpinski M., Kovalchuk L., Kochan R., Oliynykov R., Rodinko M., Wieclaw L. Blockchain technologies: probability of double-spend attack on a Proof-of-Stake consensus. Sensors. 2021. Vol. 21, Iss. 19. Article number 6408. https://doi.org/10.3390/s21196408.

15. Kovalchuk L., Kaidalov D., Nastenko A., Rodinko M., Shevtsov O., Oliynykov R. Decreasing security threshold against double spend attack in networks with slow synchronization. Computer Communications. 2020. Vol. 154. P. 75–81. https://doi.org/10.1016/jj.com.2020.01.079.

16. Kovalchuk L., Kaidalov D., Shevtsov O., Nastenko A., Rodinko M., Oliynykov R. Analysis of splitting attacks on Bitcoin and GHOST consensus protocols. Proc. 9th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS) (21–23 September 2017, Bucharest, Romania). Bucharest, 2017. P. 978–982. https://doi.org/10.1109/IDAACS.2017.8095233.

17. Kiayias A., Russell A., David B., Oliynykov R. Ouroboros: a provably secure proof-of-stake blockchain protocol. Proc. 37th Annual International Cryptology Conference (Advances in Cryptology — CRYPTO 2017) (20–24 August 2017, Santa Barbara, USA). Santa Barbara, 2017. P. 357–388. https://doi.org/10.1007/978-3-319-63688-7_12.

УДК 621.391:519.2:519.7

Моделювання спрощеного варіанта атаки розгалуження на блокчейн, ґрунтований на протоколі консенсусу Proof-of-Stake

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Моделювання спрощеного варіанта атаки розгалуження на блокчейн,
ґрунтований на протоколі консенсусу Proof-of-Stake