Optimal timing strategies in blockchain block proposals by one-bullet silent duels with one-third progression
| dc.contributor.author | Romanuke, Vadim V. | |
| dc.date.accessioned | 2025-12-12T13:10:07Z | |
| dc.date.available | 2025-12-12T13:10:07Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | Background. Silent duels and related timing games offer a surprisingly deep lens into certain core challenges in blockchain technology, especially when it comes to block proposal timing. Miners or validators effectively “compete” in a race to propose the next block. The success of a block proposal depends not only on when it happens but also on whether others have already succeeded or interfered — very much like the tension in a one-shot duel with uncertain outcomes. In block proposal timing for decentralized consensus protocols, a one-shot timing game models a blockchain setting, where participants (e. g., validators or miners) choose when to attempt block proposal or transaction insertion under uncertainty. Objective. The paper aims to determine the best timing strategies for the participants. Considering two identical participants, the local objective is to find pure strategy solutions of a timing game (duel) with shooting uniform jitter. Methods. A finite zero-sum game is considered, which models competitive interaction between two subjects to make the best discrete-time decision by limited observability. The moments to make a decision (to take an action, to shoot a bullet) are scheduled beforehand, and each of the subjects, alternatively referred to as the duelists, has a single bullet to shoot. Shooting is only possible during a standardized time span, where the bullet can be shot at only specified time moments. In the base pattern, apart from the duel beginning and final time moments, every following time moment is obtained by adding the third of the remaining span to the current moment. However, the precise time moment specification is not always realizable (e. g., due to the distance between neighbouring time moments being measured with finite accuracy) and so the internal moments are uniformly jittered. This means that they can be slightly shifted within the duel span. The duelist benefits from shooting as late as possible, but only when the duelist shoots first. Both the duelists act within the same conditions by linear shooting accuracy, and so the one-bullet silent duel is symmetric, regardless of the jitter. Therefore, its optimal value is 0 and the duelists have the same optimal strategies, although they still can be non-symmetric. Results. By the one-third progression pattern with jitter, the 3 x 3 duel always has a pure strategy solution. The 4 x 4 duel is pure strategy solvable by any possible jitter except for jitter interval mceclip1.png. Within this interval and interval (-11/54; -1/18) the 5 x 5 duel is pure strategy non-solvable. The 6 x 6 duel is pure strategy solvable by any possible jitter except for jitter intervals mceclip2.png and (-49/162; -1/18). Duels with seven to nine time moments are pure strategy solvable only by a jitter interval of mceclip3.png. Bigger N x N duels, having no fewer than 10 time moments, are pure strategy solvable only by a jitter interval of [-1/18; 2N-2/3N-2). The solutions for the one-third progression pattern are compared to the known solutions for the geometrical-progression pattern. Conclusions. The duel pure strategy solutions obtained suggest a clear one-step-action strategic behaviour in progressive block proposal timing for decentralized consensus protocols under uncertainty of time slots to act. The main benefit is full fairness and a potential reward if the opponent acts non-optimally, even in a single proposal. | |
| dc.description.abstractother | Проблематика. Безшумні дуелі та пов’язані з ними ігри на вибір часу пропонують несподівано глибоке розуміння певних ключових викликів у технології блокчейну, особливо щодо таймінгу пропозиції блоку. Майнери або валідатори фактично “змагаються” у гонці за право запропонувати наступний блок. Успіх пропозиції блоку залежить не тільки від моменту його здійснення, а й від того, чи вже хтось інший не досяг успіху або не завадив цьому процесу — дуже схоже на напругу у дуелі з одним пострілом і невизначеним результатом. У таймінгу пропозиції блоку для децентралізованих протоколів консенсусу одноразова гра на вибір часу моделює ситуацію в блокчейні, де учасники (наприклад, валідатори або майнери) обирають момент для спроби запропонувати блок або вставити транзакцію за умов невизначеності. Мета дослідження. Загальною метою є визначення найкращих стратегій таймінгу для учасників. Розглядаючи двох ідентичних учасників, локальна мета полягає у знаходженні розв’язків у чистих стратегіях гри на вибір часу (дуелі) за рівномірного джитера моменту пострілу. Методика реалізації. Розглядається скінченна гра з нульовою сумою, яка моделює конкурентну взаємодію між двома суб’єктами у прийнятті найкращого дискретного рішення за умов обмеженої спостережуваності. Моменти для прийняття рішення (виконання дії, пострілу кулею) призначаються заздалегідь, і кожен із суб’єктів, яких також називають дуелянтами, має лише одну кулю для пострілу. Стріляти дозволено тільки протягом стандартизованого проміжку часу, де кулю можна випустити лише у визначені моменти часу. У базовій моделі, окрім початкового та кінцевого моментів дуелі, кожен наступний момент визначається додаванням третини залишкового проміжку до поточного моменту. Однак точна специфікація моментів часу не завжди здійсненна (наприклад, через обмежену точність вимірювання відстані між сусідніми моментами), тому внутрішні моменти часу зазнають рівномірного джитера. Це означає, що вони можуть бути злегка зміщені в межах проміжку дуелі. Дуелянту вигідно стріляти якомога пізніше, але тільки якщо він стріляє першим. Обидва дуелянти діють в однакових умовах за лінійної влучності пострілу, тому дуель із однією кулею є симетричною, незалежно від джитера. Відповідно, її оптимальне значення дорівнює 0, а дуелянти мають однакові оптимальні стратегії, хоча ці стратегії можуть бути також і несиметричними. Результати дослідження. За моделлю однотретинної прогресії з джитером 3 3 -дуель завжди має розв’язок у чистих стратегіях. 4 4 -Дуель розв’язується у чистих стратегіях за будь-якого можливого джитера, окрім інтервалу джитера 19 4 9;1 6 . У межах цього інтервалу та інтервалу 11 54; 1 18 5 5 -дуель не розв’язується у чистих стратегіях. 6 6 -Дуель розв’язується у чистих стратегіях за будь-якого можливого джитера, окрім інтервалів 19 4 9;1 6 та 49 162; 1 18 . Дуелі із семи до дев’яти моментів часу розв’язуються у чистих стратегіях лише при джитері в інтервалі 1 18; 19 4 9 . Більші N N -дуелі, де кількість моментів часу не менше 10, розв’язуються у чистих стратегіях тільки при джитері в інтервалі 2 2 1 18; 2 3 N N . Розв’язки для моделі однотретинної прогресії порівнюються з відомими розв’язками для моделі геометричної прогресії. Висновки. Отримані розв’язки у чистих стратегіях для дуелей пропонують чітку однокрокову поведінку при прогресуючому таймінгу пропозицій блоків у децентралізованих протоколах консенсусу за умов невизначеності часових слотів для дій. Основною перевагою є повна справедливість і можливість отримати винагороду, якщо опонент діє неоптимально, навіть за однієї спроби пропозиції. | |
| dc.format.pagerange | Pp. 30-42 | |
| dc.identifier.citation | Romanuke, V. V. Optimal timing strategies in blockchain block proposals by one-bullet silent duels with one-third progression / Vadim V. Romanuke // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2025. – Vol. 16. – N. 1. – Pp. 30-42. – Bibliogr.: 20 ref. | |
| dc.identifier.doi | https://doi.org/10.20535/2411-2976.12025.30-42 | |
| dc.identifier.orcid | 0000-0001-9638-9572 | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/77670 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" | |
| dc.publisher.place | Kyiv | |
| dc.relation.ispartof | Information and telecommunication sciences : international research journal, Vol. 16, N. 1 | |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | block proposal timing | |
| dc.subject | one-bullet silent duel | |
| dc.subject | linear accuracy | |
| dc.subject | matrix game | |
| dc.subject | pure strategy solution | |
| dc.subject | progressing-by-one-third shooting moments | |
| dc.subject | таймінг пропозицій блоків | |
| dc.subject | безшумна дуель з однією кулею | |
| dc.subject | лінійна влучність | |
| dc.subject | матрична гра | |
| dc.subject | розв’язок у чистих стратегіях | |
| dc.subject | прогресуючі на третину моменти пострілу | |
| dc.subject.udc | 519.832.3 | |
| dc.title | Optimal timing strategies in blockchain block proposals by one-bullet silent duels with one-third progression | |
| dc.title.alternative | Оптимальні стратегії часу у пропозиціях блокчейн-блоків засобами однокульових безшумних дуелей з однотретинною прогресією | |
| dc.type | Article |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: