The Cost of sybils

Abstract

This thesis explores Sybil strategies in decentralized and anonymous systems, focusing on blockchain technology. Combining blockchain insights with game theory, mechanism design, and machine learning, the research analyzes Sybil attacks and their implications. It establishes a theoretical foundation by formalizing permissionless games and Sybil extension mechanisms and applies machine learning to detect scams on decentralized exchanges, showcasing automated methods for identifying Sybil-related activities. A game-theoretical analysis of Miner Extractable Value (MEV) reveals Sybil strategies’ impact on transaction ordering and economic outcomes. The research examines cost-sharing mechanisms for public goods, highlighting vulnerabilities to Sybil strategies and proposing Sybil-resistant solutions applicable to blockchain technology. This thesis enhances our understanding of Sybil strategies and their mitigation in decentralized systems, offering insights for designing more secure blockchain networks. It provides a comprehensive framework for analyzing strategic behaviors in permissionless environments, contributing to efforts to improve the robustness of decentralized systems against strategic manipulations.El nostre treball explora les estratègies de Sybil en sistemes descentralitzats i anònims, amb un enfocament en la tecnologia blockchain. Combinant coneixements de blockchain amb teoria de jocs, disseny de mecanismes i aprenentatge automàtic, la investigaci´o analitza els atacs Sybil i les seves implicacions. S’estableix una base teòrica formalitzant jocs sense permís i mecanismes d’extensió Sybil i s’aplica l’aprenentatge automàtic per detectar estafes en intercanvis descentralitzats, mostrant mètodes automatitzats per identificar activitats relacionades amb Sybil. Una anàlisi de teoria de jocs del Valor Extractable pel Miner (MEV) revela l’impacte de les estratègies Sybil en l’ordre de les transaccions i els resultats econòmics. La investigació examina mecanismes de repartiment de costos per béns públics, destacant vulnerabilitats a les estratègies Sybil i proposant solucions resistents a Sybil aplicables a la tecnologia blockchain. Aquesta tesi millora la nostra comprensió de les estratègies Sybil i la seva mitigació en sistemes descentralitzats, oferint coneixements per dissenyar xarxes blockchain més segures. Proporciona un marc comprensiu per analitzar comportaments estratègics en entorns sense permís, contribuint als esfor¸cos per millorar la robustesa dels sistemes descentralitzats contra manipulacions estratègiques.Programa de Doctorat en Tecnologies de la Informació i les Comunicacions