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
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
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
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
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
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
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
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
Compact Shielded CSV: Post-Quantum, Private, Lightweight Client-Side Validation Blockchain
Orbs；Imperial College London（帝国理工学院）
提出紧凑屏蔽CSV，一种后量子私有客户端验证区块链，通过链下存储密码学工件并将链上足迹缩减至3个哈希，引入去悲伤器机制仅用哈希承诺防双花，为私有可扩展后量子支付奠定基础。
2026-09-29 cs.CR
LTRAS: A Linkable Threshold Ring Adaptor Signature Scheme for Efficient and Private Cross-Chain Transactions
School of Cyber Science and Engineering, Southeast University（东南大学网络空间安全学院）；State Key Laboratory of Internet Architecture, Tsinghua University（清华大学互联网架构国家重点实验室）
LTRAS方案通过结合适配签名的条件绑定、阈值环签名的多账户支付和可链接性，解决了跨链交易中的隐私和效率问题。
2026-02-05 cs.CR
qBitcoin: A Peer-to-Peer Quantum Cash System
给出了一个去中心化的在线量子现金系统qBitcoin。我们设计的系统具有以下意义上的量化的好处。首先，量子隐形传态技术被用于硬币交易，这防止了硬币的所有者即使在将硬币发送给另一个人之后也保留原始硬币数据。这是经典电路中的一个主要问题，区块链被引入来解决这个问题。在qBitcoin中，双重支出问题永远不会发生，其安全性在理论上是由量子信息理论保证的。制作一个区块是耗时的，qBitcoin的系统是基于量子链，而不是区块。因此，支付可以比比特币更快地完成。此外，我们采用量子数字签名，使它自然地继承了最初在比特币中提出的对等（P2P）现金系统的属性。
2017-11-19 cs.CR q-fin.GN quant-ph
Snappy: Fast On-chain Payments with Practical Collaterals
无许可区块链提供了许多优势，但也有很大的局限性，包括高延迟。这阻止了它们在零售支付等重要场景中的使用，在这些场景中，商家应该快速批准支付。先前的工作试图通过将事务移出链来缓解这个问题。然而，这种第二层解决方案有自己的问题：支付渠道需要向每个商家单独存款，因此需要大量的客户锁定资金;支付中心需要非常大的运营商存款，这取决于客户的数量;侧链需要可信的验证器。在本文中，我们提出了Snappy，一种新的解决方案，使收件人，如商家，安全地接受快速支付。在Snappy中，所有支付都在链上，而小型客户抵押品和中等商家抵押品则充当支付担保。除了接收付款外，商家还充当状态管理员，他们使用多数投票集体跟踪和批准传入的付款。在双重支出攻击的情况下，受害商家可以从恶意客户的抵押品或串通的国家管理者（商家）中恢复损失的资金。Snappy克服了以前解决方案的主要问题：单个客户抵押品可以用于与许多商家购物;商家抵押品与客户数量无关;验证者不必信任。我们的以太坊原型表明，在现有的区块链上，安全、快速（<2秒）和廉价的支付是可能的。
2020-01-05 cs.CR cs.DC
