Bitcoin is a peer-to-peer electronic cash system invented by Nakamoto in 2008. While it has attracted much research interest, its exact latency and security guarantees have not been rigorously established. Previous analyses of Bitcoin either focus on specific attacks or provide asymptotic bounds that are too loose for practical use. This paper describes a continuous-time model for blockchains and develops a rigorous analysis that yields very close latency (or confirmation time) and security bounds. For example, when the adversary controls 10\% of the total mining power and the block propagation delays are within 10 seconds, a Bitcoin block is secured with less than $10^{-3}$ error probability after 5 hours 20 minutes of confirmation time, or with less than $10^{-10}$ error probability after 12 hours 15 minutes. These confirmation times are close to lower bounds due to a simple private attack. To establish the tight results, the mining of some special blocks are shown to be renewal processes. Moment generation functions of the inter-arrival times of those processes are derived in closed form. The general results are used to study the latency--security trade-off of several well-known proof-of-work longest-chain cryptocurrencies. Guidance is also provided on how to set parameters for different purposes.


翻译:Bitcoin是中本2008年发明的对等电子现金系统,虽然它吸引了许多研究兴趣,但并未严格建立确切的延缓和安全保障。Bitcoin以前对Bitcoin的分析要么侧重于具体攻击,要么提供过于松散、无法实际使用的无症状界限。本文描述一个连续时间的链条模式,并进行严格分析,得出非常密切的延缓(或确认时间)和安全界限。例如,当对手控制总采矿力的10 ⁇ 和块传播延迟的时间在10秒之内时,Bitcoin区在5小时20分钟确认时间之后,其误差概率不足10 ⁇ -3},或者12小时15分钟后,差差不到10 ⁇ -10美元。这些确认时间由于简单的私人攻击而接近于较低的界限。为了确定紧凑的结果,有些特殊区块的开采被证明是更新过程。这些过程的间接时间的生成功能以封闭的形式产生。一般结果用于研究固定-链锁-安全性标准是如何确定最久的。

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