Profitable Double-Spending Attacks
我们在本文中的目的是调查双重支出（DS）攻击的盈利能力，这些攻击操纵区块链中的先验挖掘交易。众所周知，当攻击者拥有的计算能力比例高于诚实网络时，成功的DS攻击就成立了。目前尚不清楚的是，使用不到50%计算能力的DS攻击的威胁有多大。也就是说，只要有机会获得良好的利润，任何比例的DS攻击都可能构成威胁。当一次成功的DS攻击的收益大于实施攻击的成本时，就可以获得利润。我们已经开发了一种新的概率理论计算有限时间的攻击概率。这可以用来衡量获得利润所需的攻击资源。结果使我们能够得到一个充分和必要条件的DS攻击所针对的交易的价值。我们的结果是相当令人惊讶的：我们从理论上表明，DS攻击在任何比例的计算能力可以盈利。给定一个人的交易规模，结果也可以用来评估DS攻击的风险。针对BitcoinCash网络提供了攻击资源的示例。
2020-10-14 cs.CR
Double spending prevention of digital Euros using a web-of-trust
为了提供更多的双重支出的安全性，我们已经实现了一个系统，允许网络的信任。在本文中，我们探讨了针对双重支出采取的不同方法，并在TrustChain中实现了我们自己的版本，以避免这种情况，作为EuroToken生态系统的一部分，EuroToken是欧元的数字版本。我们使用EVA协议作为在用户之间传输数据的手段，建立在现有的用户之间转账功能的基础上。这允许EuroTokens的发送者根据用户先前与其他用户的交互来留下用户的推荐。这种通过网络传播信任的方式使用户能够做出更值得信赖的决策。虽然这在可用性方面提供了升级，但我们实现的数学细节可以在其他研究中进一步探索。
2022-04-18 cs.CR cs.DC
Modeling and Verification of the Bitcoin Protocol
比特币是一种流行的在线支付数字货币，实现为分散的点对点电子现金系统。比特币保留了所有交易的分类账;大多数参与者决定正确的分类账。由于没有可信的第三方来防止双重支出，并且受到其流行程度的启发，我们想研究比特币协议的正确性。双重消费是电子支付系统的一个重要威胁。如果一个用户可以迫使大多数人相信没有他以前付款的分类账是正确的，那么就会发生双重支出。我们感兴趣的是这种双重花费攻击的成功概率，这与攻击者的计算能力有关。本文研究了比特币协议，并将其形式化为UPPAAL模型。该模型将用于展示如果比特币协议中的各方行为恶意，如何进行双重支出，以及发生双重支出的概率。
2015-11-13 cs.CR cs.LO
New intelligent defense systems to reduce the risks of Selfish Mining and Double-Spending attacks using Learning Automata
针对区块链数字货币的双花与自私挖矿攻击及二者结合的新型攻击，提出基于学习自动机的SDTLA和WVBM防御模型，可提升自私挖矿盈利阈值、降低双花风险，优化区块链安全与效率。
2024-03-08 cs.CR cs.LG
Vulnerability of Finitely-long Blockchains in Securing Data
本文建立通用有限长区块链模型，推导双花攻击成功概率的闭式表达式，并证明其安全性优于无限长区块链且更能抵抗51%攻击。
2023-04-19 cs.CR
Taming Double-Spending in Offline Payments with Reputation-Weighted Loan Networks
本文提出离线支付系统Overdraft，通过在线信誉加权的借贷网络让接收者评估付款概率，摆脱对可信硬件的依赖，并基于以太坊智能合约验证了其有效性与抗Sybil攻击能力。
2025-04-07 cs.CR
Time-Restricted Double-Spending Attack on PoW-based Blockchains
本文提出PoW区块链上的限时双重支付攻击（TR-DSA）模型，推导其成功概率的闭式表达式，并证明其成功概率不超过时间不受限攻击且始终小于1，为评估及时任务区块链应用的风险和攻击可行性提供理论依据。
2024-02-27 cs.CR
Double Spending Analysis of Nakamoto Consensus for Time-Varying Mining Rates with Ruin Theory
本文提出基于破产理论的双重支付模型，分析中本聪共识在时变挖矿率（含区块交付期间）下的双重支付概率，以刻画网络延迟与矿工动态参与行为，并通过数值算例验证了方法的有效性。
2025-04-28 cs.CR cs.DC cs.DM
Double-Spend Counterattacks: Threat of Retaliation in Proof-of-Work Systems
工作量证明挖掘旨在为区块链提供抵御双重花费攻击的鲁棒性。然而，Budish（2018）的经济分析认为，免费进入条件以及租用足够哈希率进行攻击的能力表明，由此产生的区块奖励可以使攻击变得便宜。我们对双重支出攻击进行正式辩护。我们表明，当受害者可以反击以同样的方式作为攻击者，这导致了一个变化的经典博弈论的战争Atenomic模型。这种反击的威胁导致了一个子博弈完美均衡，在这个均衡中，首先没有攻击发生。
2020-02-25 cs.CR cs.GT
LocalCoin: An Ad-hoc Payment Scheme for Areas with High Connectivity
自比特币出现以来，数字货币，特别是加密货币的受欢迎程度一直在不断增长。比特币的安全性在于工作量证明方案，这需要矿工的高计算资源。尽管移动技术取得了进步，但由于其处理能力较低，现有的加密货币无法通过移动设备进行维护。移动设备只能容纳允许用户交换加密货币信用的移动应用程序（钱包）。在这项工作中，我们提出了LocalCoin，这是一种替代加密货币，需要最少的计算资源，产生低数据流量，并与现成的移动设备一起使用。LocalCoin用确保交易的所有见证者都是共谋者的社会硬度取代了比特币安全性的根本计算硬度。Localcoin具有（i）轻量级工作量证明方案和（ii）分布式区块链。我们分析了LocalCoin在被动和主动攻击中的双重支出，并证明了在足够数量的用户和适当选择的调优参数的假设下，双重支出的概率接近于零。对真实移动轨迹、现实城市环境和随机几何图形的大量模拟表明，一次交易成功的概率收敛于1，而双重支出尝试成功的概率收敛于0。
2017-11-26 cs.CR
Centrally Banked Cryptocurrencies
目前的加密货币，从比特币开始，建立了一个分散的基于区块链的交易分类账，通过工作量证明来维护，也产生了货币供应。这种权力下放有好处，例如独立于国家政治控制，但在可扩展性和计算成本方面也有很大的限制。我们介绍RSCoin，这是一种加密货币框架，在这种框架中，中央银行保持对货币供应的完全控制，但依赖于一组分布式当局或mintettes来防止双重支出。虽然货币政策是集中的，但RSCoin仍然提供了强大的透明度和可验证性保证。我们从理论上和实验上证明了适度集中的好处，例如消除浪费的哈希和避免双重支出攻击的可扩展系统。
2015-12-18 cs.CR
Double-Spending Risk Quantification in Private, Consortium and Public Ethereum Blockchains
最近，一些作品揭示了主流区块链在几种网络攻击下的漏洞。所有这些攻击都表明，这些区块链的假设在理论上或在模拟中都是可以被违反的。不幸的是，以前的结果通常忽略了区块链代码运行的网络的性质，以及区块链是私有的、联盟的还是公共的。在本文中，我们研究了公共以太坊区块链以及联盟和私有区块链，并量化了中间人和双重支出攻击的可行性。为此，我们列出了以太坊公共区块链拓扑的重要属性，我们部署了具有受限CPU量子的虚拟机来模拟以太坊的前10个采矿池，并开发了全面的攻击，首先通过BGP劫持或ARP欺骗来划分网络，然后发出平衡攻击来窃取硬币。我们的研究结果表明，攻击以太坊在联盟或私人环境中具有显著的破坏性，因为对手可以通过BGP劫持在10小时内将其数字资产增加200，000倍，而在公共环境中几乎不可能。
2018-05-14 cs.CR cs.DC cs.NI
Leveraging the Verifier's Dilemma to Double Spend in Bitcoin
我们描述并分析了毁灭性挖矿，这是一种新颖的区块保留挖矿策略，通过从私有维护的链中释放区块头来吸引利润驱动的矿工在公共链上做有用的工作。然后，我们介绍了双私有链（DPC）攻击，其中旨在双重支出的对手通过间歇性地将其部分哈希能力用于破坏采矿来提高其成功率。我们详细描述了DPC攻击的马尔可夫决策过程，并利用蒙特卡罗模拟评估了它的双消费成功率。我们证明了DPC攻击降低了比特币的安全性，因为存在利润驱动的矿工，他们在挖矿之前不会等待验证区块的交易。
2023-02-09 cs.CR cs.DC
When Should Selfish Miners Double-Spend?
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
本文研究了在自私挖矿中实现双重消费的最优策略，分析了固执与自私挖矿的结合，并探讨了固执程度与k确认规则的关系。
2026-03-20 cs.CR cs.DC cs.DM
Bitcoin and Blockchain: Security and Privacy
加密货币是一种分散的数字货币，旨在实现安全和私人的资产转移和存储。作为一种货币，它应该很难伪造和双重消费。在本文中，我们回顾和分析了比特币的主要安全和隐私问题。特别是，我们专注于其基础，区块链技术。首先，我们介绍了比特币的全面背景和安全性的初步研究。其次，研究了比特币面临的主要安全威胁和应对措施。我们分析了双重支出攻击的风险，评估成功执行攻击的概率，并推导出攻击者执行此类攻击的盈利能力。第三，分析了比特币点对点网络的潜在安全风险和比特币存储的安全性。我们比较了三种类型的比特币钱包的安全性，服务类型及其权衡。最后，我们讨论了替代加密货币的安全和隐私功能，并概述了当今新兴技术。我们的研究结果可以帮助比特币用户在接受交易之前确定双重支出尝试的风险和交易时间延迟或信心之间的权衡。这些结果也可以帮助矿工制定合适的策略，参与采矿过程，并最大限度地提高他们的利润。
2019-04-25 cs.CR
RDV: An Alternative To Proof-of-Work And A Real Decentralized Consensus For Blockchain
区块链是一个分散的分类账，所有交易都被记录下来。为了拥有可靠的区块链和防止双重支出，我们需要在区块链上达成分散的共识和协议。比特币使用工作量证明（PoW）。这是一个密码学难题，很难解决，但很容易验证。然而，由于用于交易确认的工作量证明的显著延迟，这种共识机制容易受到双重支出的影响。另一方面，PoW消耗了大量的能量，通过增长网络，它成为这种共识机制的主要问题。在本文中，我们介绍了PoW的替代方案，因为它的所有主要问题和安全问题都可能导致区块链的去中心化崩溃，而完全去中心化的系统是使用区块链技术的主要目的。我们介绍的方法是基于分布式投票过程，称为“RDV：注册，存款，投票”。由于RDV算法没有挖掘过程，因此适用于低能耗设备和物联网（IoT）。
2019-05-03 cs.CR
The Unicity Execution Layer
Tallinn University of Technology（塔尔图理工大学）；Unicity Labs OÜ
本文提出Unicity执行层，通过形式化安全模型和广义多公钥签名方案，实现无需信任的双花预防、不可阻塞性和服务端隐私，并支持私密交易。
2026-06-01 cs.CR
Crystal: Enhancing Blockchain Mining Transparency with Quorum Certificate
本文提出Crystal协议，通过两轮抗Sybil委员会选举和法定人数证书机制强制矿工公开区块，从根本上消除区块扣留，从而显著降低自私挖矿和双花攻击成功率，并提供形式化端到端安全性证明。
2023-12-01 cs.CR cs.DC
Perspectives on Objectives and Design Principles in Offline Payments with Central Bank Digital Currency
Deutsche Bundesbank（德意志联邦银行）；Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文探讨了CBDC离线支付中安全、防不当行为和隐私保护的核心设计原则及实现方法。
2026-10-20 cs.CR
ADESS: A Proof-of-Work Protocol to Deter Double-Spend Attacks
本文提出 ADESS，通过识别竞争链的区块时序并要求攻击者投入指数增长算力，提高双花攻击成本，并证明可令任意交易价值下的攻击预期利润为负。
2023-09-25 cs.CR cs.GT
Block Double-Submission Attack: Block Withholding Can Be Self-Destructive
工作量证明（PoW）是基于区块链的加密货币中采用的Sybil控制机制。它可以防止恶意行为者试图操纵分布式账本。比特币通过接受最长的PoW链成功地抑制了双重支出。尽管如此，PoW在采矿竞争中遇到了几个主要的安全问题。其中之一是Block WithHolding（BWH）攻击，它可以利用一个广泛的合作环境，称为采矿池。这种攻击利用了矿池和参与代理之间的不可信关系。此外，由于矿池的性质，检测或响应攻击具有挑战性。然而，在本文中，我们认为BWH攻击也有一个类似的信任问题。由于BWH攻击者无法完全控制BWH代理，因此他们可以背叛所属的矿池，并通过与受害者进行交易来寻求进一步的利益。我们证明了这种背叛不仅在所有攻击参数下都有效，而且还提供了双重好处;最后，它是BWH代理的最佳策略。此外，我们的研究表明，BWH攻击可能会遇到自我毁灭自己的收入，与他们的意图相反。
2022-08-30 cs.CR
On The Longest Chain Rule and Programmed Self-Destruction of Crypto Currencies
在本文中，我们重新审视了比特币加密货币及其众多克隆货币的核心的一些主要正统观念。特别是，我们看看最长链规则，货币供应政策和执行它们的确切机制。我们声称，这些内在属性并不像有时声称的那样出色。更仔细的研究表明它们更接近于...其他加密货币盲目复制的工程错误。更确切地说，我们表明，当前加密货币抵抗双重支出攻击的能力很差，大多数当前加密货币都非常脆弱。中本聪没有为比特币交易实现时间戳，比特币软件也没有试图监控双重支出事件。因此，涉及数亿美元的重大攻击可能发生，甚至不会被记录下来。已经投资了数亿美元来支付ASIC哈希基础设施，但对网络中立性的关注不够，并确保其承诺的保护层是有效的，不能被滥用。在本文中，我们开发了一种加密货币的程序化自毁理论。我们观察到，大多数加密货币都强制执行了突然和突然的过渡。这会影响它们的哈希率，因此会影响它们对双重支出攻击的保护，我们不会将其限制在51%攻击的概念中，这是非常误导的。此外，我们还发现，规模较小的比特币竞争对手更容易受到攻击。除了小的哈希率，许多比特币竞争对手还要求对矿工奖励进行非常重要的调整。我们展示了“另类硬币”的例子，这些例子验证了我们的理论，并且程序化的衰落和快速自我毁灭的过程显然已经开始。
2014-12-10 cs.CE cs.CR
The offline digital currency puzzle solved by a local blockchain
本文提出用本地区块链存储序列化铸造的硬币来解决央行数字货币离线难题，既保留现金便利又防止双重支付和伪造，并支持热硬币与冷硬币两种模式。
2023-05-03 cs.CR
How does post-quantum cryptography affect Central Bank Digital Currency?
本研究探讨量子计算对央行数字货币密码安全的威胁，分析系统中典型资产，提出后量子密码学升级策略以应对新攻击向量。
2023-12-18 cs.CR
Bitcoin's Security Model Revisited
我们重新审视比特币对双重支出攻击的安全性的基本问题。虽然以前的工作有界的概率，交易被逆转，我们表明，没有这样的保证可以有效地给出，如果攻击者可以选择何时发起攻击。其他限制攻击成本的方法在只考虑有限的攻击场景时犯了错误，事实上，很容易证明攻击可能根本不会让攻击者付出代价。因此，我们提供了一个不同的解释，在以前的文件中提出的结果，并纠正他们在几个方面。我们提供了不同的交易安全概念，为不同类别的捍卫者提供保障：定期收到付款的商人，矿工和一次性大额付款的接收者。我们还考虑了一种可以针对轻量级客户端发起的攻击，并表明这些客户端的安全性低于全节点客户端，并在这种情况下为防御者提供了正确的策略。总的来说，我们的研究结果提高了对比特币安全保证的理解，并为那些希望安全接受交易的人提供了正确的界限。
2016-05-31 cs.CR
Bitcoin over Tor isn't a good idea
比特币是一种去中心化的P2P数字货币，其中硬币由一组分布式矿工生成，交易通过点对点网络进行广播。虽然比特币通过鼓励用户拥有任意数量的随机比特币地址来提供一定程度的匿名性（或者说匿名性），但最近的研究表明，这种匿名性水平相当低。这鼓励用户通过Tor等匿名者连接到比特币网络，并激励为流行的移动SPV客户端开发默认的Tor功能。在本文中，我们展示了Tor和比特币的结合为确定性和隐形中间人攻击创建了一个攻击向量。低资源攻击者可以完全控制所有选择使用比特币而不是Tor的用户之间的信息流。特别是，攻击者可以将用户的交易链接在一起，而不管使用的是什么名称，控制哪些比特币区块和交易被中继给用户，并可以延迟或丢弃用户的交易和区块。在与强大的矿工勾结的情况下，双重支出攻击成为可能，并且可以为这些用户创建完全虚拟的比特币现实。此外，我们还展示了攻击者如何对用户进行指纹识别，然后在他们决定直接连接到比特币网络时识别他们并了解他们的IP地址。
2015-01-08 cs.CR
Optimal Selfish Mining Strategies in Bitcoin
比特币是一种分散的加密货币，以及一种伴随的协议，创建于2008年。比特币节点不断地生成和传播区块--新批准的交易的集合，这些交易被添加到比特币的分类账中。区块创建需要节点投入计算资源，但也会以比特币的形式向创建者支付奖励。虽然该协议要求节点快速分发新创建的区块，但强大的节点实际上可以通过扣留他们创建的区块并选择性地推迟其发布来获得更高的回报。这种自私挖掘攻击的存在首先由Eyal和Sirer报道，他们已经证明了与标准协议的特定偏差（我们将其命名为SM 1）。在本文中，我们扩展了自私的挖掘攻击的基础模型，并提供了一个算法，以找到$ε$ -最优策略的模型内的攻击者，以及严格的上界的收入最优的政策。因此，我们能够提供攻击者需要的计算能力的下限，以便从自私的挖掘中受益。我们发现，利润阈值-一个有利可图的攻击所需的资源的最小比例-是严格低于SM 1计划引起的。事实上，我们的算法给出的策略通过更好地调节攻击-撤回来主导SM 1。使用我们的算法，我们表明，Eyal和Sirer的建议对策自私的挖掘是略低于以前的有效性。接下来，我们深入了解存在通信延迟的自私挖掘，并表明，在考虑延迟的模型下，利润阈值消失，即使是小的攻击者也有动机偶尔偏离协议。我们的结论与自私的采矿和双重支出攻击的综合力量的观察。
2015-07-23 cs.CR
Analysis of Bitcoin Vulnerability to Bribery Attacks Launched Through Large Transactions
本文设计了一种新型比特币贿赂攻击，通过动态激励理性矿工滥用协议，证明其能极大削弱双重支付防御，并提出软分叉修复方案。
2021-05-16 cs.CR cs.MA
Hijacking Bitcoin: Routing Attacks on Cryptocurrencies
作为迄今为止最成功的加密货币，比特币成为攻击者的首选目标。虽然已经发现了许多攻击媒介，但有一个重要的媒介被遗漏了：通过互联网路由基础设施本身攻击货币。事实上，通过操纵路由广告（BGP劫持）或自然拦截流量，自治系统（AS）可以拦截和操纵大部分比特币流量。本文介绍了路由攻击的第一种分类及其对比特币的影响，考虑了针对单个节点的小规模攻击和针对整个网络的大规模攻击。虽然具有挑战性，但我们证明了两个关键属性使路由攻击变得实用：（i）路由操纵的效率;（ii）比特币在采矿和路由方面的显著集中化。具体来说，我们发现任何网络攻击者都可以劫持几个（<100个）BGP前缀来隔离约50%的挖矿能力-即使考虑到矿池是严重多宿主的。我们还表明，路径上的网络攻击者可以通过干扰一些关键的比特币消息来大大减缓块传播。我们证明了对部署的比特币软件的每个攻击的可行性。我们还使用从比特币超级节点收集的数据结合BGP路由数据来量化它们对当前比特币拓扑的有效性。比特币的潜在危害令人担忧。通过隔离网络的部分或延迟块传播，攻击者可以导致大量的挖掘能力被浪费，导致收入损失，并实现广泛的漏洞利用，如双重支出。为了在实践中防止这种影响，我们提供了短期和长期的对策，其中一些可以立即部署。
2017-03-24 cs.CR cs.NI
Examining Attacks on Consensus and Incentive Systems in Proof-of-Work Blockchains: A Systematic Literature Review
University of Ruhuna（鲁胡纳大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
本文系统性审查了工作量证明区块链中的共识与激励系统攻击，分析了个体攻击及其组合策略对安全性和盈利能力的影响，并提出了预防与减轻威胁的设计指南。
2024-11-11 cs.AI cs.CR
