Natural forking in blockchain refers to a phenomenon that there are a set of blocks at one block height at the same time, implying that various nodes have different perspectives of the main chain. Natural forking might give rise to multiple adverse impacts on blockchain, jeopardizing the performance and security of the system consequently. However, the ongoing literature in analyzing natural forking is mainly from the macro point of view, which is not sufficient to incisively understand this phenomenon. In this paper, we fill this gap through leveraging the large deviation theory to conduct a microscopic study of natural forking, which resorts to investigating the instantaneous difference between block generation and dissemination in blockchain. Our work is derived comprehensively and complementarily via a three-step process, where both the natural forking probability and its decay rate are presented. Through solid theoretical derivation and extensive numerical simulations, we find 1) the probability of the mismatch between block generation and dissemination exceeding a given threshold dwindles exponentially with the increase of natural forking robustness related parameter or the difference between the block dissemination rate and block creation rate; 2) the natural forking robustness related parameter may emphasize a more dominant effect on accelerating the abortion of natural forking in some cases; 3) when the self-correlated block generation rate is depicted as the stationary autoregressive process with a scaling parameter, it is found that setting a lower scaling parameter may speed up the failure of natural forking. These findings are valuable since they offer a fresh theoretical basis to engineer optimal countermeasures for thwarting natural forking and thereby enlivening the blockchain network.


翻译:环形链中的自然环绕指一个现象,即一个区块高度同时有一组块状体,意味着各节点对主链的不同观点。自然环绕可能会对块链产生多重不利影响,从而危及系统的性能和安全。然而,目前分析自然叉子的文献主要是从宏观角度分析的,这不足以深入理解这一现象。在本文件中,我们通过利用大型偏移理论对自然圈高度进行微缩研究来填补这一差距,这需要调查块状体生成与块链中传播之间的瞬间差异。我们的工作通过三步过程全面而互补地产生,在这个过程中,自然偏移概率及其衰落率都会受到多重不利影响。通过坚实的理论推断和广泛的数字模拟,我们发现(1) 区块生成与传播之间的不匹配概率超过某一阈值的几率,而自然偏移的稳妥度参数或块状传播率之间的差;(2) 稳重相关参数的自然相关参数可能会通过三步过程全面且补充,自然偏移概率的自然递增速度。

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