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2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications

verfasst von : Juan Garay, Aggelos Kiayias, Nikos Leonardos

Erschienen in: Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2015

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Bitcoin is the first and most popular decentralized cryptocurrency to date. In this work, we extract and analyze the core of the Bitcoin protocol, which we term the Bitcoin

backbone

, and prove two of its fundamental properties which we call

common prefix

and

chain quality

in the static setting where the number of players remains fixed. Our proofs hinge on appropriate and novel assumptions on the “hashing power” of the adversary relative to network synchronicity; we show our results to be tight under high synchronization.

Next, we propose and analyze applications that can be built “on top” of the backbone protocol, specifically focusing on Byzantine agreement (BA) and on the notion of a public transaction ledger. Regarding BA, we observe that Nakamoto’s suggestion falls short of solving it, and present a simple alternative which works assuming that the adversary’s hashing power is bounded by

$$1/3$$

. The public transaction ledger captures the essence of Bitcoin’s operation as a cryptocurrency, in the sense that it guarantees the liveness and persistence of committed transactions. Based on this notion we describe and analyze the Bitcoin system as well as a more elaborate BA protocol, proving them secure assuming high network synchronicity and that the adversary’s hashing power is strictly less than

$$1/2$$

, while the adversarial bound needed for security decreases as the network desynchronizes.

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Metadaten
Titel
The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications
verfasst von
Juan Garay
Aggelos Kiayias
Nikos Leonardos
Copyright-Jahr
2015
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-46803-6_10