Fully-Distributed Byzantine Agreement in Sparse Networks
针对稀疏有界度数网络中仅靠局部知识且需容忍大量拜占庭节点的开放问题，本文提出全分布式拜占庭协议，将容忍上限提升至 O(n/polylog(n))。
2024-10-28 cs.DC cs.DS
Enhancing Byzantine fault tolerance using MD5 checksum and delay variation in Cloud services
云计算管理超出了典型的人类叙述。然而，如果虚拟系统没有有效地设计为容忍拜占庭故障，它可能会导致错误执行任务，而不是云崩溃。云计算可以从崩溃中恢复过来，但无法从信誉的损失中恢复过来。此外，除非虚拟系统被设计为检测、容忍和消除这样的故障，否则在面对拜占庭故障时，没有任何数量的复制或故障处理措施是有帮助的。然而，研究工作，以解决拜占庭故障并没有提供令人信服的解决方案，极大地由于他们的能力有限，在检测拜占庭故障。因此，本文将云系统建模为离散系统，以确定虚拟系统在不同时间间隔的行为。作为与虚拟节点相关联的预期处理延迟的偏差的度量的延迟变化变量从P {低、正常、高、极端}的集合中取值。类似地，甚至针对没有附接到TCP/IP栈的内部节点计算的校验和误差变量从P {no error，error}的集合中取值。然后，这些条件由故障事件的发生来表示，这些故障事件导致特定组件模式从故障安全转换到故障停止或拜占庭倾向。
2018-01-26 cs.DC
An n/2 Byzantine node tolerate Blockchain Sharding approach
传统的区块链分片方法只能容忍多达n/3个节点成为对手，因为它们依赖于超几何分布来使失败（对手在全局上没有n/3个节点，但可以操纵分片的共识）难以发生。系统必须保持较大的Shard大小（Shard中的节点数量）以维持较低的故障概率，以便仅存在少量Shard。在本文中，我们提出了一种新的区块链分片方法，可以承受多达n/2的节点是坏的。我们将节点分为不同的类，每个Shard都有来自不同类的固定数量的节点。我们证明了这种设计比传统模型（只有一个类）更安全，并且可以显着减少碎片大小。通过这种方式，可以存在更多的Shard，并且可以大大增加事务吞吐量。改进后的区块链分片方法有望成为去中心化自治组织和去中心化数据库的基础。
2020-03-25 cs.CR cs.DC
Asynchronous Byzantine Agreement with Optimal Resilience and Linear Complexity
给出了一个具有$n > 3t + 1$进程的系统，其中$t$是故障进程的容许个数，我们提出了一个快速异步拜占庭协议，该协议可以在$O(t)$期望运行时间内达成协议.这改善了Abraham、Dolev和Halpern的$O(n^2)$预期运行时间[PODC 2008]。此外，如果对任何$\varepsilon > 0$使用$n = (3 + \varepsilon) t$，我们的协议都能在$O (1 / \varepsilon)$的期望运行时间内达到一致。这改进了Feldman和Micali [STOC 1988]的结果（当使用$n > 4 t$时，预期运行时间恒定）。
2015-11-25 cs.DC
Egalitarian Byzantine Fault Tolerance
最大限度地减少地理复制系统中的端到端延迟通常需要在弹性，资源效率或吞吐量性能方面做出妥协，因为现有方法要么只能容忍崩溃，要么需要额外的副本，要么依赖于全球领导者达成共识。在本文中，我们消除了这种权衡的需要，提出ISO，一个无领导的复制协议，容忍$f$拜占庭故障与最低限度的$3f+1$副本。为了减少广域环境中的延迟，Isos依赖于一种高效的共识算法，该算法允许所有参与的副本提出新的请求，从而使客户端能够通过向最近的副本提交请求来避免延迟。此外，Isos通过将消息排序限制到彼此冲突的请求（例如，由于访问相同的状态部分），并且如果至少$f+1$副本报告每个冲突，则在三个通信步骤之后已经提交它们。我们对地理复制键值存储的实验评估表明，这些属性允许ISO提供比现有协议更低的端到端延迟，特别是对于系统客户端分布在多个位置的用例场景。
2021-09-14 cs.DC
Optimal Storage under Unsynchrononized Mobile Byzantine Faults
在本文中，我们证明了较低的和匹配的上限所需的服务器数量来实现一个定期的共享寄存器，容忍不同步的移动拜占庭故障。我们认为最强的移动拜占庭式的故障模型：代理人被任意移动的无所不知的对手从一个服务器到另一个，以偏离他们的计算在一个不可预见的方式。当一个服务器被拜占庭代理感染时，它的行为是任意的，直到对手决定将代理移动到另一个服务器。以前的方法考虑异步服务器与同步移动拜占庭代理（产生不可能的结果），和同步服务器与同步移动拜占庭代理（产生最佳的解决方案，定期寄存器的实现，即使在服务器和代理周期解耦的情况下）。我们考虑剩余的开放的情况下，同步服务器与非同步代理，可以按照自己的节奏移动，并在协议的执行过程中改变自己的步伐。我们的大部分研究结果都与下界有关，并描述了使问题可解的模型参数。事实证明，不同步的移动拜占庭代理运动需要全新的证明参数，在研究该模型中的其他问题时，可以独立感兴趣。此外，我们提出了一个通用的基于服务器的算法，模拟在这个模型中的一个常规寄存器，这是严格的移动拜占庭代理的数量，可以容忍。我们的仿真跨越两种感知模型：具有和不具有自诊断机制的服务器。在第一种情况下，服务器知道移动拜占庭代理已经离开，因此它们可以停止运行协议，直到它们恢复正确的状态，而在第二种情况下，服务器不知道它们的错误状态，并继续使用不正确的本地状态运行协议。
2017-07-17 cs.DC
Scheduling and Checkpointing optimization algorithm for Byzantine fault tolerance in Cloud Clusters
在这些故障中，拜占庭故障对容错机制提出了严重的挑战，因为它通常在初始阶段未被检测到，并且它可以在进行检测之前容易地传播到其他VM。因此，一些关键任务应用程序，如空中交通管制，在线烘焙等，仍然远离云计算。但是，如果在初始阶段没有检测到拜占庭故障并容忍，那么尽管整个云计算执行了数小时的计算，但大数据分析等应用程序可能会完全出错。因此，在以前的工作已经提出了一个万无一失的拜占庭故障检测，作为延续，这项工作设计了一个调度算法（WSSS）和检查点优化算法（TCC）容忍和消除拜占庭故障之前，它造成的任何影响。WSSS算法跟踪服务器性能，这是虚拟群集的一部分，有助于将性能最佳的服务器分配给任务关键型应用程序。因此，WSSS根据一个计数器对服务器进行排名，该计数器监视每个虚拟节点（VN）的时间和性能故障。TCC算法通过监测延迟变化来概括可能的拜占庭错误倾向区域，以使用先前的检查点来启动新的VN。此外，它可以拉伸状态间隔执行和无错误的VN的效果，以最大限度地减少空间，时间和成本开销所造成的检查点。通过绘制状态转换和基于CloudSim的仿真进行分析。实验结果表明，TCC能成倍地减少容错开销，WSSS能有效地分配虚拟资源
2018-02-03 cs.DC
Byzantine Fault Tolerant Protocols with Near-Constant Work per Node without Signatures
本文提出无需签名、每节点近常数通信复杂度的随机化拜占庭容错协议，通过预计算见证委员会系统实现可靠聚合、广播、共识与公共硬币计算，可容忍恒定比例拜占庭故障。
2025-02-07 cs.DC
Optimal Self-Stabilizing Mobile Byzantine-Tolerant Regular Register with bounded timestamp
本文提出了第一个实现的自稳定的定期寄存器仿真$n$服务器是宽容的移动拜占庭代理，和\emph{transient failures}在一个无轮同步模型。与现有的移动拜占庭容忍寄存器实现不同，本文考虑了一个更强大的对手，其中（i）消息延迟（即，$δ$）和移动拜占庭代理移动的周期（即，$Δ$）是完全解耦的，并且（ii）服务器不知道它们的状态，即，该协议允许\emph{(i)}和\emph{(ii)}直到$f$的移动Byzantine代理出现任意数量的瞬时故障。此外，我们的实现使用有界的时间戳从$\mathcal{Z}\_{13}$域，它是最佳的容忍$f$移动拜占庭代理在给定的模型中所需的服务器的数量。
2018-10-23 cs.DC cs.DS cs.NI
VBFT: Veloce Byzantine Fault Tolerant Consensus for Blockchains
本文提出区块链拜占庭共识协议 VBFT，在保持最优容错、强安全性、无可信硬件及领导者轮换和低成本视图切换的同时，实现两个通信步骤的低延迟共识。
2024-01-29 cs.DC
Privacy-Preserving Federated Averaging with Byzantine Aggregators in Asynchronous Networks
Université Paris Saclay, CEA LIST（巴黎萨克雷大学，CEA LIST）
针对现有安全聚合协议假设同步、依赖点对点协调且无法容忍聚合器故障的问题，提出一种在异步网络中容忍完全拜占庭聚合器的安全聚合协议，结合聚类、LWE掩码和差分隐私，消除客户端间通信，确保公平性和隐私保护。
2026-07-01 cs.DC
A Scalable Byzantine Grid
现代网络聚集了越来越多的节点。然而，它仍然难以增加每个节点的通道的数量，因此，网络的最大程度可能是有界的。这通常是网格拓扑网络中的情况，其中每个节点最多有四个邻居。在本文中，我们解决了以下问题：如果每个节点都有可能以不可预测的方式失败，我们如何才能保持一些全局的可靠性保证时，节点的数量不断增加的无界？更具体地说，我们考虑的问题或可靠地广播信息的异步网格在拜占庭故障的存在-也就是说，一些节点可能有一个任意的和潜在的恶意行为。我们的要求是，一个恒定的比例正确的节点仍然能够实现可靠的通信。现有的解决方案只能容忍一个固定数量的拜占庭故障，如果他们采用最坏情况下的布局方案。此外，如果我们假设一个恒定的拜占庭比率（每个节点有相同的概率是拜占庭），有一个致命的位置的概率接近1时，节点的数量增加，可靠性保证崩溃。在本文中，我们提出了第一个广播协议，克服了这些困难。首先，可以容忍的拜占庭故障的数量（如果它们采用最坏情况放置）现在随着节点数量的增加而增加。其次，我们能够容忍一个恒定的拜占庭比率，无论网格有多大。换句话说，网格变得可扩展。这一结果在超大型网络中具有重要的安全应用，其中每个节点都有给定的行为不端概率。
2012-10-17 cs.CR cs.DC cs.NI
Stabilizing Server-Based Storage in Byzantine Asynchronous Message-Passing Systems
一个稳定的拜占庭单写单读（SWSR）定期寄存器，稳定后，第一次调用写操作，首先提出。然后，通过使用写入的（有界）序列号来消除新/旧排序倒置，从而获得实际稳定的SWSR原子寄存器。一个实际上稳定的拜占庭单写多读（SWMR）原子寄存器，然后通过使用几个副本的SWSR原子寄存器。最后，有界的时间戳，每个作家的时间戳，连同SWMR原子寄存器，被用来构建一个实际稳定的拜占庭多写多读（MWMR）原子寄存器。在实现原子寄存器的$n$服务器的系统中，并且除了瞬时故障之外，如果通信是异步的，则构造容忍t<n/8拜占庭服务器，并且如果通信是同步的，则构造容忍t<n/3拜占庭服务器。所提出的算法的值得注意的特点是，（据我们所知）这些是第一个建立一个原子读/写存储的异步服务器上容易出现短暂的故障，其中最多的t可以是拜占庭。
2015-02-28 cs.DC
Bounding the Impact of Unbounded Attacks in Stabilization
自稳定是一种通用的容错方法，因为它允许分布式系统从任意破坏系统中所有存储器内容的任何瞬时故障中恢复。拜占庭容忍是分布式系统的一个有吸引力的特性，它允许处理任意恶意行为。结合这两个属性被证明是困难的：它是不可能包含拜占庭节点的空间影响，在一个自我稳定的上下文中的全局任务，如树的方向和树的建设。我们提出并说明了一个新的概念拜占庭遏制稳定。我们的属性，称为强稳定，能够包含拜占庭节点的影响，如果他们实际上执行太多的拜占庭动作。我们推导出不可能的结果，强稳定，并提出了强稳定的协议，树的方向和树的建设是最佳的拜占庭节点的数量，可以容忍在一个自稳定的上下文中。
2011-02-10 cs.DC
How to Trust Strangers: Composition of Byzantine Quorum Systems
信任是任何分布式、容错或安全系统的基础。信任假设指定了系统（如区块链网络）可以容忍的故障，并确定了它正确运行的条件。在易受拜占庭故障影响的系统中，信任假设通常通过可能一起失败的进程集来指定。信任在传统上是对称的，因此系统中的所有进程都遵守关于潜在故障的相同全局假设。最近，人们也考虑了非对称信任模型，特别是在区块链的背景下，每个参与者都可以自由选择信任谁。在这两种情况下，如何构建信任假设是一个悬而未决的问题。考虑两个或多个系统，由不同的、可能不相交的参与者运行，对故障有不同的假设：它们如何协同工作？这项工作回答了这个问题的第一次，并提供了对称和非对称的法定人数系统的组成规则。这些规则是静态的，不需要参与者之间的交互或对新的信任假设的协议。此外，它们确保如果原始系统允许运行特定的协议（保证一致性和可用性），那么联合系统也将如此。同时，组合系统可以容忍尽可能多的错误，这取决于底层的一致性和可用性属性。在个人拜占庭法定人数系统模型中以不对称信任达成共识（Losa等人，DISC 2019）被证明是不可能的，如果过程的信任假设彼此偏离。与不对称的法定人数系统，并通过应用我们的组成规则，我们展示了如何共识实际上是可能的，即使与不相交的进程集的组合。
2021-07-23 cs.DC
Auto-Stabilisation et Confinement de Fautes Malicieuses : Optimalité du Protocole min+1
一个自稳定是自然恢复瞬变故障（即，故障的有限持续时间）。最近，出现了一类新的协议。这些协议是自稳定的，而且对有限数量的永久性故障有弹性。在这篇文章中，我们感兴趣的自稳定协议，容忍非常硬的永久故障：拜占庭故障。介绍了两种新的自稳定系统拜占庭包容方案。我们发现，对于BFS生成树的建设问题，众所周知的自稳定协议min+1提供了没有显着修改的最佳拜占庭遏制这些新的计划。
2011-04-20 cs.DC
Byz-GentleRain: An Efficient Byzantine-tolerant Causal Consistency Protocol
因果一致性是一种广泛使用的弱一致性模型，它允许高可用性，尽管网络分区。有大量的研究原型和工业部署的因果一致的分布式系统。然而，据我们所知，他们都没有考虑拜占庭故障，除了Byz-RCM提出的Tseng等人。Byz-RCM实现因果一致性的客户端-服务器模型与$3f + 1$服务器，其中多达$f$服务器可能遭受拜占庭故障，但假设客户端是非拜占庭。在这项工作中，我们提出了Byz-Gentlerain，这是第一个因果一致性协议，它最多可以容忍每个分区中的$3f + 1$服务器和任何数量的拜占庭客户端中的$f$拜占庭服务器。Byz-GentleRain的灵感来自GentleRain的稳定机制，以实现因果一致性。为了防止由于拜占庭故障而导致的因果违规，Byz-GentleRain依赖PBFT来在服务器之间就全局稳定时间和更新的序列达成一致，并且只有时间戳小于或等于这种公共全局稳定时间的更新对客户端可见。我们证明了Byz-GentleRain实现Byz-CC，在拜占庭故障的存在下的因果一致性变量。我们在阿里云上评估Byz-GentleRain。初步结果表明，Byz-GentleRain在典型工作负载上是有效的。
2021-09-29 cs.DC
Fall of Empires: Breaking Byzantine-tolerant SGD by Inner Product Manipulation
UIUC（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
最近，已经开发了新的防御技术来容忍分布式机器学习的拜占庭故障。拜占庭模型捕获任意行为的工作者，包括恶意和受损的工作者。在本文中，我们打破了两个流行的拜占庭宽容的技术。具体来说，我们展示了强大的聚合方法同步SGD -坐标明智的中位数和克鲁姆-可以打破使用新的攻击策略的基础上的内积操作。我们从理论上证明了我们的结果，以及显示实证验证。
2019-03-10 cs.CR cs.DC cs.LG
The fault-tolerant cluster-sending problem
传统上，能够容忍拜占庭行为的容错分布式系统的开发一直专注于支持完全复制设计的共识协议。然而，对于更复杂的高性能拜占庭分布式系统的发展，更专门的容错通信原语是必要的。在本文中，我们确定了一个基本的通信原语，并深入研究。具体来说，我们正式集群发送问题，发送消息从一个拜占庭集群到另一个拜占庭集群在一个可靠的方式的问题。我们不仅形式化这个基本问题，但也建立下界的崩溃故障和拜占庭故障下的复杂性这个问题。此外，我们开发实用的集群发送协议，满足这些下限，因此，具有最佳的复杂性。因此，我们的工作提供了一个坚实的基础，为进一步探索新的设计，解决在容错分布式系统中遇到的挑战。
2019-08-05 cs.DC
Byzantine-Resilient Population Protocols
本文研究拜占庭容错的群体协议，针对多数共识问题，提出两种算法并组合，显著提升容错性至$f \leq n/c$，且能对抗动态对手。
2024-02-04 cs.DC
Erasure-Coded Byzantine Storage with Separate Metadata
虽然已经引入了许多分布式存储协议，但在可用性、一致性、容错性、存储复杂性和所支持的并发级别方面结合最强属性的解决方案一直难以实现。结合这些特性是困难的，特别是如果所得到的解决方案需要是有效的，并招致低成本。我们提出了AWE，这是多写器多读器读/写存储对象的第一个擦除编码分布式实现，同时：（1）异步，（2）无等待，（3）原子，（4）健忘，（即，其中数据节点存储有界数目的值）和（5）使用最优数目的节点的拜占庭容错（BFT）。此外，AWE是高效的，因为它不使用公钥密码学，并且需要仅支持读和写的数据节点，从而进一步降低了分布式存储解决方案的部署和所有权成本。值得注意的是，AWE将元数据与$k$-外-$n$擦除编码片段分开存储。这使得AWE成为第一个BFT协议，它使用尽可能少的$2t+k$数据节点来容忍任何$k \ge 1$的$t$拜占庭节点。
2014-02-20 cs.DC
A Byzantine Fault Tolerant Distributed Commit Protocol
在本文中，我们提出了一个拜占庭容错分布式提交协议的事务运行在不可信的网络。传统的两阶段提交协议通过复制协调器和在协调器副本之间运行拜占庭协议算法来增强。我们的协议可以容忍拜占庭故障的协调副本和一个子集的恶意故障的参与者。一个决策证书，其中包括一组注册记录和一组投票的参与者，是用来促进协调副本，以达到拜占庭协议的结果，每一个交易。该证书还限制了错误副本可以用于非原子终止事务或语义上不正确的事务结果的方式。
2007-08-01 cs.DB cs.DC
Gathering despite a linear number of weakly Byzantine agents
我们研究的聚集问题，使多个代理最初分散在任意网络聚集在一个单一的节点。网络中存在具有唯一标识符（ID）的$k$代理，其中的$f$是弱拜占庭代理，除了伪造自己的ID外，它们的行为是任意的。代理在同步轮中运行，并且每个节点不像白板那样具有任何内存。在文献中，存在一个收集算法，容忍任何数量的拜占庭代理，而最快的收集算法需要$Ω(f^2)$非拜占庭代理。本文提出了一种算法，有效地解决了收集问题与$Ω(f)$非拜占庭代理，因为有一个很大的差距，在以前的作品中的非拜占庭代理的数量。该算法实现了在$9f+8\leq k$情况下的$O(f\cdot|Λ_{good}|\cdot X(N))$轮聚集和在$N$被给予代理时的同时启动，其中$|Λ_{good}|$是非拜占庭代理中最大ID的长度，而$X(n)$是探索由$n$节点组成的任何网络所需的轮数。如果将$n$赋予代理，该算法比现有最容错的算法更快，并且比最快的算法需要更少的非拜占庭代理，尽管对同时终止和启动延迟的保证并不相同。为了实现这一属性，我们提出了一种新的技术来模拟拜占庭共识算法的同步消息传递系统的代理系统。
2022-05-30 cs.DC
Anonymity Preserving Byzantine Vector Consensus
收集匿名意见有各种各样的应用，从简单的告密，发布秘密信息，到复杂的投票形式，参与者根据偏好对候选人进行排名。不幸的是，据我们所知，没有有效的分布式解决方案来解决这个问题。以前，参与者必须信任第三方，运行昂贵的加密协议或牺牲匿名性。在本文中，我们提出了一个最优的解决方案，这个问题称为AVCP，它容忍多达三分之一的拜占庭参与者。AVCP结合了可追踪的环签名来检测双重投票，并从向量共识减少到二进制共识，以确保考虑所有有效投票。我们证明了我们的算法是正确的，并表明，它保留了匿名性与最多的线性通信开销和恒定的消息开销相比，最近的共识基线。最后，我们实证表明，该协议是实用的，通过部署在100台机器上的地理分布在3大洲：美洲，亚洲和欧洲。匿名决定在10秒内达成，并保守地选择可追踪的环签名。
2020-04-27 cs.DC
Byzantine Eventual Consistency and the Fundamental Limits of Peer-to-Peer Databases
Sybil攻击，其中大量的对手控制的节点加入网络，是一个问题，许多对等数据库系统，需要昂贵的对策，如工作量证明。然而，有一类数据库应用程序在设计上对Sybil攻击免疫，因为它们可以容忍任意数量的Byzantine故障节点。在本文中，我们使用一个一致性模型，我们称之为拜占庭最终一致性（BEC）这一类的应用程序的特点。我们介绍了一种算法，保证BEC的基础上拜占庭因果广播，证明其正确性，并在原型实现中表现出接近最佳的性能。
2020-12-01 cs.CR cs.DB cs.DC
Construction auto-stabilisante d'arbre couvrant en dépit d'actions malicieuses
根据定义，自稳定协议提供对瞬时故障的容忍。最近，出现了一类新的自稳定协议。这些协议还提供了对给定数量的永久故障的容忍度。在这篇文章中，我们感兴趣的是处理拜占庭式故障的自稳定协议。我们证明了，对于一些不允许严格稳定化的问题（见[Nesterenko，Arora，2002]），如果我们定义一个新的容忍标准，存在容忍拜占庭故障的解决方案。
2010-04-29 cs.DC
SplitBFT: Improving Byzantine Fault Tolerance Safety Using Trusted Compartments
部分同步系统中的拜占庭容错协议（Byzantine Fault Tolerant Agreement，BFT）通常要求3f + 1个节点容忍f个错误副本。由于其高吞吐量和终结性属性，BFT算法构建了最近许可区块链的核心。作为一个复杂且需要资源的基础设施，多家云提供商已经开始提供区块链即服务。这简化了许可区块链的部署，但将云提供商置于中央控制位置，从而质疑区块链的容错和去中心化特性及其底层BFT算法。本文介绍了SplitBFT，这是一种利用可信执行技术（TEE）（如英特尔SGX）来加强BFT系统的安全性和机密性保证的新方法，从而加强了对许可区块链基于云的部署的信任。与标准假设不同，SplitBFT承认受可信执行保护的代码可能会失败。我们通过将BFT协议的核心逻辑拆分和隔离到多个隔间中来解决这个问题，从而形成更具弹性的架构。我们将SplitBFT应用到传统的实用拜占庭容错算法（PBFT）中，并使用SGX对其进行评估。我们的研究结果表明，SplitBFT只增加了一个合理的开销相比，非划分的变体。
2022-05-24 cs.DC
Who Needs Consensus? A Distributed Monetary System Between Rational Agents via Hearsay
我们提出了一种新的分布式货币系统，称为传闻，容忍拜占庭和理性的行为，而不需要代理达成共识执行的交易。最近的工作[5，10，15]表明，分布式货币系统不需要共识，并且可以使用具有较弱保证的广播原语（例如可靠广播）进行操作。然而，这些协议假设一些代理可能是拜占庭的，其余的代理是完全正确的。在货币体系中，代理人是具有经济利益的真实的人，对于这种货币体系的应用，代理人完全正确的假设可能过于强烈。我们扩大这一思路，削弱假设的正确性，而是采用容错模型，允许多达$t < \frac{N}{3}$代理拜占庭和其余的代理是合理的。一个理性的代理人是一个会偏离协议，如果它是在自己的最佳利益。在这个容错模型下，Hearsay实现了一个货币系统，在这个系统中，所有理性的代理人都能就已执行的交易达成一致。此外，Hearsay只要求每笔交易进行一次广播。为了激励理性的代理人在传闻中正确地行为，代理人因参与协议而获得交易费，并因明显偏离协议而受到惩罚。此外，Hearsay使用了一种名为RationalReliableBroadcast的新颖的广播原语，以确保代理可以在Hearsay的容错模型下广播消息。Rational Reliable Broadcast实现了与Byzantine Reliable Broadcast [7]等同的保证，但可以容忍理性代理的存在。为了表明这一点，我们证明，以下的理性可靠广播协议…
2021-04-15 cs.DC
Proximal Byzantine Consensus
本文提出近端拜占庭共识协议，利用流式计算统计模型决定共识值并给出置信区间，相比向量共识协议具有更低误差、更强抗拜占庭攻击能力和更好的高维可扩展性。
2024-02-19 cs.DC
Byzantine-Tolerant Register in a System with Continuous Churn
共享读/写寄存器仿真在消息传递模型之上提供了共享内存的假象。这种仿真的主要障碍是处理系统中的服务器故障。静态系统中的几个容错寄存器仿真需要算法将共享寄存器的值复制到大多数服务器上。多数正确性对于这种模拟是必要的。拜占庭故障被认为是任何分布式系统中可能发生的最严重的故障。模拟拜占庭容错寄存器需要将寄存器值复制到超过三分之二的服务器上。在服务器和客户端可以进入和离开系统并出错的动态系统中模拟寄存器比在静态系统中更困难。有几种用于动态系统的容错寄存器仿真。本文提出了一个多读多写原子寄存器在系统中，可以承受节点不断进入和离开，没有上限的系统规模，并可以容忍拜占庭服务器的第一个仿真。只要在固定时间间隔内进入和离开的服务器数量最多是该间隔开始时系统大小的一个常数部分，并且只要系统中拜占庭服务器的数量最多为f，该算法就可以工作。虽然我们的算法要求有一个常数已知的上限上的拜占庭服务器的数量，这种限制是不可避免的，因为我们表明，它是不可能模拟原子寄存器，如果系统的大小和最大数量的服务器，可以在系统中的拜占庭是未知的节点。
2019-10-13 cs.DC
Efficient Synchronous Byzantine Consensus
我们提出了新的协议，拜占庭状态机复制和拜占庭协议的同步和认证设置。著名的PBFT状态机复制协议容忍$f$拜占庭故障在异步设置使用$3f+1$副本，并已被研究或部署了许多作品。在这项工作中，我们提高了拜占庭容错阈值$n=2f+1$通过利用一个宽松的同步假设。我们提出了一个同步状态机复制协议，在常见的情况下，每3轮提交一个决定。关键的挑战是要确保仲裁交集在一个诚实的副本。我们的解决方案是依赖于同步假设来形成大小为$2f+1$的提交后仲裁，该仲裁在$f+1$副本处与任何大小为$f+1$的提交前仲裁相交。我们的协议也解决了同步认证拜占庭协议在预期的8轮。之前的最佳解决方案（Katz和Koo，2006）需要预期的24轮。我们的协议可以应用于构建拜占庭容错系统或改进加密协议，如加密货币时，可以假设同步。
2017-09-12 cs.CR cs.DC
D-CAST: Distributed Consensus Switch in Wireless Trustworthy Autonomous System
针对无线可信自主系统因动态拓扑和随机信道可能同时出现崩溃与拜占庭故障的问题，本文提出分布式共识自主切换机制D-CAST以适配动态节点的不同容错需求，并分析了其在无线系统中落地的挑战。
2024-05-14 cs.DC
On Byzantine Fault Tolerance in Multi-Master Kubernertes Clusters
Docker容器虚拟化技术以其轻量级、高效的特点在云计算环境中得到了广泛的应用。但是，它需要通过协调器进行充分的控制和管理。因此，云提供商正在采用开放访问的Kubernetes平台作为容器化应用程序的标准编排器。为了确保应用程序在Kubernetes中的可用性，后者使用了Raft协议的复制机制。尽管它很简单，但Raft假设机器只有在关机时才会失败。这种故障事件很少是机器故障的唯一原因。事实上，软件错误或恶意攻击可能会导致机器表现出拜占庭（即随机）行为，从而破坏复制协议的准确性和可用性。在本文中，我们提出了一个Kubernetes多主健壮（KmMR）平台来克服这一限制。KmMR基于BFT-SMaRt容错复制协议到Kubernetes环境中的适应和集成。与Raft协议不同，BFT-SMaRt对拜占庭和非拜占庭故障都有抵抗力。实验结果表明，KmMR是能够保证服务的连续性，即使在容忍的故障总数超过。此外，在这种情况下，KmMR平均提供的共识时间比传统平台（具有Raft）短1000倍。最后，我们表明，KmMR产生一个小的额外成本，在资源消耗方面相比，传统的平台。
2020-04-11 cs.DC
Fast B4B: Fast BFT for Blockchains
低延迟是部分同步拜占庭共识协议的期望属性之一。以前的协议已经通过两个通信步骤实现了共识，或者通过减少协议可以容忍的故障数量的界限（$f \leq \frac{n-1}{5}$），或者使用可信执行环境（TEE）等可信硬件。在本文中，我们提出了一种称为快速B4B的协议，该协议在两个通信步骤中实现了共识。快速B4B可以容忍部分BFT共识可以容忍的最大数量的故障（$f \leq \frac{n-1}{3}$）。此外，Fast B4B不需要使用任何可信硬件。这一成就的折衷是，在最多$f$次，一些节点可以恢复它们的块。我们表明，这种块的逆转不会损害协议的安全性，但它可能会在视图更改过程中产生少量的额外延迟。
2021-10-11 cs.DC
FinWhale: An Optimally Resilient Two-Round Terminating DAG Protocol
Technion, Israel（以色列理工学院）
提出首个基于DAG的两消息延迟快速路径拜占庭容错协议FinWhale，通过快速路径证据块实现安全共存，在部分同步模型下达到最优弹性。
2026-08-19 cs.DC
Resilient Byzantine Agreement with Predictions
TU Berlin（柏林技术大学）；Weizenbaum Institute（魏泽恩堡研究所）；HU Berlin（柏林洪堡大学）
本文研究了在有预测器辅助下解决拜占庭共识问题，通过算法容错性和预测器准确度的权衡分析，提出在非认证和认证设置下容忍不同数量故障节点的算法及不可能性结果。
2026-05-19 cs.AI cs.DC
Fully-Distributed Construction of Byzantine-Resilient Dynamic Peer-to-Peer Networks
提出一种完全分布式的动态P2P协议，在高流失和大量拜占庭节点环境下以高概率维护常数度数扩展图拓扑，开销仅为polylogarithmic，可用于解决拜占庭共识等基础分布式计算问题。
2025-08-15 cs.DC
Strengthened Fault Tolerance in Byzantine Fault Tolerant Replication
拜占庭容错（BFT）状态机复制（SMR）是构建许可区块链系统的重要构建块。与Nakamoto Consensus相比，任何区块都可以在区块链中获得更高的保证，在BFT SMR中，任何提交的区块都是安全的，具有固定的弹性阈值。在本文中，我们研究加强容错（SFT）在BFT SMR部分同步下，它提供了逐渐增加的弹性保证（如中本共识）在一个乐观的时期，当网络同步和拜占庭故障的数量是小的。此外，即使在乐观期之后，已提交的块也可以容忍超过三分之一（高达三分之二）的腐败。与需要二次消息复杂度的现有最佳解决方案灵活BFT相比，我们的解决方案保持了最先进的BFT SMR协议的线性消息复杂度，并且只需要边际簿记开销。我们实现了我们的解决方案在开源的Diem项目，并给出实验结果，证明其效率在现实世界的情况下。
2021-01-11 cs.CR cs.DC
Probabilistic Byzantine Fault Tolerance (Extended Version)
本文提出概率拜占庭容错协议 ProBFT，在部分同步许可系统中以 O(n√n) 消息复杂度和最优通信步数实现高概率安全性与活性，显著降低通信开销。
2024-06-11 cs.DC
Predictions Can Only Help! Communication Efficient Byzantine Agreement with Predictions
ETH Zürich, Switzerland（苏黎世联邦理工学院）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland（洛桑联邦理工学院）；National University of Singapore, Singapore（新加坡国立大学）
本文提出一种通信效率更高的拜占庭协议，通过预测减少通信量，无需传统Ω(f)轮次下界，实现最优轮次复杂度。
2026-08-19 cs.DC
Communication Complexity of Byzantine Agreement, Revisited
随着拜占庭协议（BA）在大规模去中心化加密货币中的应用，一个越来越重要的问题是设计具有改进的通信复杂性的BA协议。一些现有的作品已经展示了如何在{ \it adaptive}对手下实现次二次BA。有趣的是，它们都对攻击者的适应性做了一个共同的放松，即如果一个诚实的节点发送了一条消息，然后在某轮中被破坏，对手{ \it不能删除已经发送的消息} -此后我们说这样的对手不能执行“事后删除”。相比之下，文献中的许多（超）二次BA协议可以容忍事后删除。在本文中，我们首先证明，不允许事后删除是必要的子二次通信BA。接下来，我们展示了新的次二次二进制BA结构（当然，假设没有事后删除），在标准密码假设和公钥基础设施（PKI）的同步和部分同步设置下，实现了接近最佳的弹性和预期的常数轮。相比之下，所有已知的次二次协议都做出了额外的强假设，例如随机预言或诚实节点从内存中删除秘密的能力，即使有这些强假设，也没有先前的工作可以实现上述属性。最后，我们表明，一些设置假设是必要的，实现次二次多播为基础的BA。
2020-02-15 cs.DC
ZLB, a Blockchain Tolerating Colluding Majorities
本文提出拜占庭-欺诈-良性故障模型下共识可解性的新紧下界，基于Basilic类协议构建首个可容忍超半数合谋节点的ZLB区块链，实验证明其性能优于HotStuff，接近无法容忍n/3故障的Red Belly Blockchain。
2023-05-04 cs.CR cs.DC
Consensus on an Unknown Torus with Dense Byzantine Faults
本文针对环面拓扑中拜占庭故障集中于单列的场景，提出弱共识解决方案CBAT，通过全对全广播算法BAT在O(H+W)轮内实现无故障列进程间共识，并扩展至固定消息大小模型。
2023-08-09 cs.DC
Prioritized-MVBA: A New Approach to Design an Optimal Asynchronous Byzantine Agreement Protocol
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
优先级-MVBA协议通过引入委员会和ABBA协议，实现了在异步网络中容忍最多⌊n/3⌋拜占庭故障的最优MVBA协议设计。
2025-11-19 cs.DC
CoBRA: A Universal Strategyproof Confirmation Protocol for Quorum-based Proof-of-Stake Blockchains
TU Wien（维也纳工业大学）；Common Prefix；Mysten Labs；ISTA（奥地利科学技术研究所）
本文研究了基于准群的状态机复制协议在混合模型下的安全性，提出了一种通用策略证明确认协议CoBRA，能够容忍超过1/3的拜占庭节点和1/3的理性节点，同时通过引入最强链规则和交易量限制，确保交易最终性，并通过实证分析验证其在以太坊和Cosmos上的实用性。
2026-06-16 cs.CR cs.DC
Byzantine Fault-Tolerant Multi-Agent System for Healthcare: A Gossip Protocol Approach to Secure Medical Message Propagation
Nihir Chadderwala（独立研究者）
本文提出一种基于 gossip 协议的拜占庭容错多智能体系统，用于医疗领域，通过加密验证和共识协议保障信息安全与系统容错性。
2025-11-27 cs.AI cs.DC
Toward Optimal-Complexity Hash-Based Asynchronous MVBA with Optimal Resilience
Category Labs；a16z Crypto Research（a16z 加密研究）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本文提出Reducer协议，在保持HMVBA最优复杂度的同时提升容错能力至t<1/4n，并进一步提出Reducer++协议，容忍t<(1/3-ε)n的适应性故障，采用随机预言模型确保终止性。
2026-05-13 cs.DC
Asynchronous BFT Storage with 2t+1 Data Replicas
拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerant，BFT）存储的成本是阻止其在实践中采用的主要问题。这种成本源于在异步模型中需要在不同的存储服务器中维护至少3t +1个副本，以便可以容忍t个拜占庭副本故障。在本文中，我们提出了MDStore，第一个完全异步的读/写BFT存储协议，减少数据副本的数量少到2t +1，维护3t +1副本的元数据在（可能）不同的服务器。MDStore存储的核心是其元数据服务，该服务构建在我们称为时间戳存储的新抽象之上。带时间戳的存储既允许有条件的写入（促进元数据服务的实现），又具有第一共识（使其在异步系统中即使有故障也可以实现无等待）。除了低数据复制系数外，MDStore还提供了非常强的保证，实现多写入器多读取器原子无等待语义，并容忍任何数量的拜占庭读取器和崩溃错误写入器。我们进一步表明，MDStore的数据复制开销是最佳的，也就是说，我们证明了一个下限的2t +1的数据副本的数量，甚至适用于容错存储与无故障的元数据服务甲骨文。最后，我们证明了从元数据中分离数据以降低BFT存储成本是不可能的，如果没有密码学假设。然而，我们的MDStore协议只使用轻量级加密哈希函数。
2014-02-13 cs.DC
Fault Independence in Blockchain
本文针对无许可区块链中缺乏故障独立性研究的问题，首次分析其影响，探讨副本配置多样性，用熵量化多样性并定义最优故障独立性。
2023-06-09 cs.DC
DETOX: A Redundancy-based Framework for Faster and More Robust Gradient Aggregation
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
为了提高分布式训练对最坏情况或拜占庭节点故障的恢复能力，最近的几种方法已经用鲁棒的聚合方法取代了梯度平均。这样的技术可能具有高计算成本，通常是计算节点数量的二次方，并且仅具有有限的鲁棒性保证。其他方法使用冗余来保证鲁棒性，但只能容忍有限数量的拜占庭故障。在这项工作中，我们提出了DETOX，拜占庭弹性分布式训练框架，结合了算法冗余与强大的聚合。DETOX分两个步骤操作，一个是过滤步骤，使用有限的冗余来显著减少拜占庭节点的影响，另一个是分层聚合步骤，可以与任何最先进的鲁棒聚合方法一起使用。我们从理论上表明，这导致了鲁棒性的大幅增加，并且具有在计算节点的数量上几乎是线性的每次迭代运行时间。我们在各种大规模机器学习任务的真实分布式设置上提供了广泛的实验，表明DETOX导致了许多最先进的拜占庭弹性方法的数量级精度和加速改进。
2020-03-08 cs.DC cs.LG stat.ML
XFT: Practical Fault Tolerance Beyond Crashes
尽管经过多年的深入研究，拜占庭容错（BFT）系统尚未在实践中采用。这是由于与崩溃容错（CFT）相比，BFT在资源、协议复杂性和性能方面的额外成本。BFT的这种开销来自于这样的假设：强大的对手不仅可以完全控制拜占庭式的故障机器，而且同时还可以完全控制整个网络的消息传递时间表，从而有效地诱导通信异步并随意划分其他正确的机器。然而，对许多从业者来说，这种强烈的攻击似乎无关紧要。在本文中，我们介绍了交叉容错或XFT，一种新的方法来建立可靠和安全的分布式系统，并将其应用到经典的状态机复制（SMR）问题。简而言之，XFT SMR协议提供了广泛使用的异步CFT SMR协议（如Paxos和Raft）的可靠性保证，但也容忍拜占庭故障与网络冗余的组合，只要大多数副本是正确的并同步通信。这允许以CFT的价格（在实践中已经支付）开发XFT系统，但具有比CFT更强的弹性-有时甚至比BFT本身更强。作为XFT的展示，我们展示了第一个XFT SMR协议XPaxos，并将其部署在地理复制设置中。虽然它在没有额外资源成本的情况下提供了比CFT SMR更强的弹性，但XPaxos的性能与最先进的CFT协议相匹配。
2016-11-08 cs.DC
Fast Tendermint: Speeding Up a Foundational Consensus Protocol
Circle Research
Fast Tendermint是Tendermint在n>5f场景下的适配方案，保留其领导者轮换结构，将预投票与预提交合并为单一步骤，可在两次通信步骤内达成决策，同时完成相关性质证明与形式化规范。
2026-10-23 cs.DC
On the Round Complexity of Randomized Byzantine Agreement
本研究证明了随机拜占庭协议在一轮和两轮后停止概率的下界，并指出在合理猜想下，第三轮终止的协议已接近最优，匹配Micali的协议。
2022-02-12 cs.CR cs.DC
GeoShield: Byzantine Fault Detection and Recovery for Geo-Distributed Real-Time Cyber-Physical Systems
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
针对地理分布式实时CPS易遭拜占庭攻击、现有容错方案不适配资源受限实时场景的问题，提出GeoShield方案，通过有界时间故障检测与恢复机制，无需可信硬件即可高效保障系统安全，性能优于现有方法。
2025-11-19 cs.CR cs.DC cs.SY
