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 properties remain open. Existing analyses provide security and latency (or confirmation time) guarantees that are too loose for practical use. In fact the best known upper bounds are several orders of magnitude larger than the well-known private-mining lower bounds. This paper describes a continuous-time model for blockchains and develops a rigorous analysis that yields very close upper and lower bounds for the latency--security trade-off. 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 merely a few hours away from their corresponding lower bounds. To establish the tight results, the mining of some special blocks are shown to be renewal processes. The moment generation functions of their inter-arrival times are derived in closed form. The general results are applied 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,但其确切的潜值和安全特性仍然开放。现有的分析提供了安全和潜值(或确认时间)保障,这些保障太松,无法实际使用。事实上,最已知的上限范围是比众所周知的私人采矿下限大得多的多个数量级。本文描述的是块链的连续时间模式,并进行严格的分析,为延缓安全交易带来非常接近和较低的界限。例如,当对手控制总采矿权的10%和块传播延迟在10秒之内时,一个比特币区块在5小时20分钟的确认时间过后被保证了不到10美元差(或确认时间),或者12小时后被限制的私人采矿下限差值不到10美元。这些确认时间离相应的较低界限只有几小时。为了确定紧要的结果,有些特殊区块的开采被显示为更新过程。它们之间在10秒之内的生成功能,其间断层安全时间的概率在最晚的一段时间里也是用来进行。一般的试验结果。

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