Spectrum: A Framework for Adapting Consensus Protocols
在文献中存在过多的共识协议。原因是没有一个通用的解决方案，因为每个协议都是唯一的，其性能直接与部署设置和工作负载配置相关。一些协议非常适合于地理规模的环境，例如，无领导的，而其他的在具有高竞争的工作负载下提供高性能，例如，基于单一领导者。因此，现有的协议很少适应不断变化的工作负载条件。为了克服这一限制，我们提出了频谱，一个共识框架，能够在运行时切换共识协议，使动态反应的工作负载特性和部署方案的变化。有了这个框架，我们提供了各种共识协议的透明实例化，以及一个完全异步的零停机切换机制。我们通过广泛的实验评估，这表明，频谱是能够限制用户感知的延迟之间的共识协议切换时增加的有效性。
2019-02-15 cs.DC
Blockchain Consensus Protocols in the Wild
区块链是一种用于记录交易的分布式账本，由许多节点通过分布式加密协议在没有中央权威的情况下维护。所有节点都验证要添加到区块链的信息，共识协议确保节点同意添加条目的唯一顺序。容忍拜占庭故障的共识协议已经重新受到关注，因为它们也解决了区块链系统。这项工作讨论了评估和获得信心的共识协议暴露于故障和敌对节点的弹性的过程。我们提倡遵循密码学和计算机安全的既定做法，依赖于公众评论，详细的模型和正式的证明;几个实际系统的设计者似乎没有意识到这一点。此外，我们回顾了一些著名的许可区块链平台中的共识协议，以及它们的故障模型和对攻击的弹性。协议比较涵盖Hyperledger Fabric、Tendermint、Symbiont、R3~Corda、Iroha、Kadena、Chain、Quorum、MultiChain、Sawtooth Lake、Ripple、Stellar和IOTA。
2017-07-07 cs.DC
An overview of the efficiency and censorship-resistance guarantees of widely-used consensus protocols
本文综述了现有共识与无共识协议在抗审查性和效率方面的表现，并提出一种基于领导者协议构建兼具抗审查与高效特性的新方法。
2025-08-18 cs.DC
AlphaBlock: An Evaluation Framework for Blockchain Consensus Protocols
共识协议在平衡区块链系统的安全性和效率方面发挥着关键作用。在本文中，我们提出了一个区块链共识协议的评估框架，称为AlphaBlock。在这个框架中，我们比较了拜占庭容错（BFT）共识和中本共识（NC）的整体性能。BFT共识是通过多轮来自绝对多数的法定人数投票达成的，而NC是通过附加块的隐式投票积累可信度来达成的。AlphaBlock结合了Hotstu BFT（HBFT）和权威证明（PoA）的关键概念，作为BFT和NC的案例研究。使用这个框架，我们将HBFT和PoA的吞吐量和延迟与实际网络和区块链配置进行了比较。我们的研究结果表明，在大多数情况下，由于HBFT中没有分叉，HBFT的性能优于PoA。此外，我们还发现了一组AlphaBlock的最优配置，为提高区块链共识算法的性能提供了参考。
2020-07-27 cs.DC
Aleph: A Leaderless, Asynchronous, Byzantine Fault Tolerant Consensus Protocol
在本文中，我们提出了Aleph，一个领导者，完全异步，拜占庭容错共识协议，顺序进程之间交换的消息。它基于偏序集的分布式构造和在其扩展到全序上达成共识的算法。为了达成共识，进程仅基于数据结构的本地副本执行计算，然而，它们必然以相同的结果结束。我们的算法使用双阈值抛硬币计划作为随机化策略，并建立了预期的常数轮数的协议。此外，我们还介绍了一种快速验证消息的方法，这种方法可以在确定总排序之前发生。此版本的协议已弃用。当前版本见arXiv：1908.05156。
2019-08-29 cs.DC
SoK: DAG-based Consensus Protocols
本文系统化梳理基于DAG的共识协议，按可用性与一致性分类，分析其设计、权衡、安全及公平挑战，并指出研究空白与未来方向。
2025-04-22 cs.DC
IBFT 2.0: A Safe and Live Variation of the IBFT Blockchain Consensus Protocol for Eventually Synchronous Networks
在这项工作中，我们提出了IBFT 2.0（伊斯坦布尔BFT 2.0），这是一个权威证明（PoA）拜占庭容错（BFT）区块链共识协议，它（i）确保立即终结，（ii）在最终同步网络模型中是健壮的，（iii）具有动态验证器集。顾名思义，IBFT 2.0建立在IBFT区块链共识协议的基础上，保留了所有原始功能，同时解决了我们之前的一项工作中描述的安全性和活跃度限制。在本文中，我们提出了一个高层次的描述IBFT 2.0协议和相关的鲁棒性证明。协议的正式规范和相关的正式证明将是一个单独的工作主体的主题。我们还设想了一个单独的工作，将提供详细的实施规范IBFT 2.0。
2019-09-23 cs.DC
A lightweight BFT consensus protocol for blockchains
我们提出了一个通用的共识框架，可以轻松地将可定制的拜占庭容错共识算法引入现有的（委托）权益证明区块链。我们证明了协议的安全性的假设下，少于1/3的验证者是拜占庭。该框架还允许共识参与者选择主观决策阈值，以便即使在拜占庭验证器的比例较大的情况下也能获得安全性。此外，如果少于1/3的验证器崩溃，则显示协议的活性。在此基础上，我们提出了一种基于Lisk生态系统的拜占庭容错共识算法Lisk-BFT。Lisk-BFT集成了现有的区块提议机制，只需要在区块中添加两个整数，并且不需要额外的消息。该协议很简单，如果少于1/3的验证器是拜占庭的，则在静态验证器的情况下提供安全性。对于动态变化的验证者的情况下，我们证明了协议的安全性，假设拜占庭验证者的数量和诚实的验证者的数量，可以改变一次的界限。我们进一步证明了Lisk-BFT协议的活性小于1/3的崩溃验证器。
2021-05-04 cs.DC
Phalanx: A Practical Byzantine Ordered Consensus Protocol
拜占庭容错（Byzantine fault tolerance，BFT）共识是分布式计算的基本原语。然而，BFT协议存在排序操纵问题，攻击者可以抢先攻击。有几种协议被提出来解决操纵问题，但它们都有一些局限性。基于批处理的协议，如Themis，由于使用复杂的算法来寻找强连接组件（SCC），因此具有显著的性能损失。基于时间戳的协议如Pompe简化了排序阶段，但它们在公平性上受到限制，对手可以通过交易的时间戳来操纵排序。在本文中，我们提出了一个拜占庭有序的共识协议称为方阵，在该协议中，事务提交基于锚定的排序策略。基于锚点的策略使得每个参与者上的事务的Lamport逻辑时钟聚合，并且生成最终排序，而不需要复杂的SCC检测。因此，密集阵取得了令人满意的性能，并表现出更好的抵抗顺序操纵比基于时间戳的策略。
2022-09-18 cs.DC
Proofware: Proof of Useful Work Blockchain Consensus Protocol for Decentralized Applications
在区块链系统中，共识协议作为一种激励和安全机制，是为了保证参与者诚实有效地构建区块。区块链有不同的共识协议，如工作量证明（PoW），权益证明（PoS），空间证明（PoSpace），活动证明等，但大多数这些共识协议都不是为了为社会做一些有用的工作而设计的，因为太多的竞争和可扩展性限制。大量的电力和计算资源，包括CPU、RAM、存储和传感器，都被浪费在运行基于这些共识协议的区块链网络上。目前用于构建去中心化应用程序（dApps）的框架和中间件在很大程度上限于简单且不太有用的工作。在本文中，我们介绍了Proofware，它旨在让开发人员使用现有的公共/基于人群的计算资源轻松构建他们的dApp。在Proofware下，开发人员可以开发和测试自己的有效工作证明（PoUW）共识协议。此外，每个dApp都有一个嵌入式货币系统，而不是依赖于集中的会计系统，以保持整个激励系统的分散，公平，透明，稳定和可持续性。基于Proofware，我们已经建立了一个基于人群的视频共享应用程序，称为OurTube，作为案例研究。以OurTube为例，证明了Proofware在构建基于人群的计算系统方面具有成本效益、抗审查、弹性和财务可持续性等特点，显著提高了生产率。
2019-03-22 cs.DC
A Generic Efficient Biased Optimizer for Consensus Protocols
一致性是分布式计算最基本的问题之一。特别是，它在许多基于复制的容错系统中，尤其是在最近的多个区块链解决方案中充当构建块。根据其确切的变体和其他环境假设，解决共识需要多轮沟通。然而，存在已知的乐观协议，其保证在有利条件下在单个通信回合中终止。在本文中，我们提出了一个通用的优化器，可以将任何共识协议转换为优化的协议，只要所有节点都以相同的预定值开始并且没有拜占庭故障发生（尽管允许节点崩溃），该协议就会在单个通信回合中终止。这不考虑网络定时假设和被优化的基础共识协议所假设的附加oracle能力。在良性故障的情况下，只要故障节点的数量为$f<n/2$，我们的优化器就会工作。对于拜占庭行为，我们的优化器的弹性取决于所寻求的有效性变量。在经典有效性的情况下，它可以容纳$f<n/4$拜占庭失败。在最近的外部有效性函数假设下，只要$f<n/3$。无论哪种方式，我们的优化器都只依赖于口头消息，从而施加了非常轻量级的加密要求。
2019-08-07 cs.DC
Basilic: Resilient Optimal Consensus Protocols With Benign and Deceitful Faults
拜占庭共识问题一直是设计安全分布式系统的关键。然而，这是特别困难的，主要是由于任意行为的拜占庭进程的存在和一般网络中的未知消息延迟。虽然众所周知，一旦$n/3$拜占庭进程失败，安全性和活性都有风险，但很少有工程试图精确地描述产生终止违规的故障中产生安全违规的故障。在本文中，我们提出了一个新的下限的共识问题的可解性区分欺骗性故障违反安全和良性故障违反终止更一般的拜占庭故障，我们称之为拜占庭欺骗良性故障模型。我们发现，如果$n\leq 3t+d+2q$与$t$拜占庭进程，$d$欺骗进程，和$q$良性进程不能解决共识。此外，我们表明，这个界限是紧的，通过提出的Basilic类的共识协议，解决共识时，$n > 3t+d+2q$。这些协议的不同之处在于它们在继续之前等待接收消息的进程的数量。因此，这些协议中的每一个都更适合于某些应用，这取决于良性或欺骗性故障的优势。最后，我们在需要解决最终共识的较弱问题的区块链背景下研究了Basilic类共识协议的容错。我们证明了Basilic仅用$n > 2t+d+q$解决了这个问题，从而展示了它如何加强区块链安全性。
2022-04-19 cs.DC
Byzantine Consensus in the Common Case
模块化的方法来转换拜占庭共识协议到那些是快速和通信效率在常见的情况下。称为层的小而短的协议段是定制设计的，以在常见情况下优化性能。当与选择的拜占庭共识协议组成时，它们允许对组合协议在存在故障时的行为和在不存在故障时的性能进行相当大的控制。当在普通情况下运行无故障时，产生的协议在两轮中决定，并需要$2nt$位的通信。对于常见的情况下，假设所有的处理器建议1和没有发生故障，我们展示了一个转换，其中的决定是在一个回合，没有位的通信交换。由此产生的协议实现了更好的常见情况下的复杂性比所有现有的拜占庭共识协议。最后，在不发生常见情况的极少数情况下，对原始共识协议进行转换的复杂性增加了一小部分成本。在通常情况下允许时间和通信效率的这些层的关键成分是使用{ \it静默确认回合}，其是在没有任何通信的情况下可以获得相当多的相关信息的回合。
2019-05-15 cs.DC
Efficient Consensus-Free Weight Reassignment for Atomic Storage (Extended Version)
加权投票是一种传统的方法，以提高性能的复制系统的基础上，常用的多数法定系统在异构环境中。在长寿命系统中，需要权重重新分配协议来随着时间重新分配权重，以便相应地适应性能变化。权重重分配协议在异步故障倾向系统中应该是无共识的，因为在这样的系统中不可能解决共识。本文提出了一个有效的共识自由的原子存储系统中的异构，动态，异步消息传递系统的重量重分配协议。实验评估表明，该协议提高了性能的原子读/写存储实现的多数仲裁系统相比，以前的解决方案。
2021-12-02 cs.DC
Sharpedo: Dual-Mode Uncertified DAG-Based Consensus Protocol
UCL（伦敦大学学院）
Sharpedo是首个双模式无证书DAG共识协议，结合部分同步的高性能与异步的进展保证，并引入动态调度机制提升效率。
2026-09-09 cs.DC
Formal Modeling and Verification of the Algorand Consensus Protocol in CADP
本文用进程代数在 CADP 中建模 Algorand，并基于等价检查的无干扰框架验证正常与恶意协同场景，揭示其稳健性、局限及形式化方法价值。
2025-09-29 cs.DC
Systematization of Knowledge: Formal Verification of Consensus Protocols
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学）；Positive Technologies（正点技术）
本文通过分析20余种共识协议，建立验证方法分类体系与矩阵，指出活性验证不足等缺口，给出建议与路线图，以指导构建更严谨的共识系统。
2026-08-25 cs.DC
Matchmaker Paxos: A Reconfigurable Consensus Protocol [Technical Report]
状态机复制协议（如MultiPaxos和Raft）是几乎所有强一致性分布式数据库的核心。为了容忍机器故障，这些协议必须用活机器替换故障机器，这一过程称为重新配置。随着时间的推移，随着频繁重新配置需求的增长，重新配置变得越来越重要。尽管如此，重新配置在很大程度上被忽视的文献。在本文中，我们提出了Matchmaker Paxos和Matchmaker MultiPaxos，一个可重构的共识和状态机复制协议。我们的协议可以进行重新配置，几乎没有影响的延迟或吞吐量的命令处理，他们可以在一个往返（理论上）和几毫秒（经验）进行重新配置，他们提供了一些理论见解，他们提出了一个框架，可以推广到其他复制协议的方式，以前的重新配置技术不能。我们提供的协议和优化的正确性证明，并提出经验的结果，从一个开源的实现。
2020-07-21 cs.DC
Making Byzantine Consensus Live (Extended Version)
部分同步的拜占庭共识协议通常将其执行结构化为一系列视图，每个视图都有一个指定的领导进程。在这些协议中保证活性的关键是确保所有正确的过程最终在视图中与正确的领导者重叠足够长的时间以达成决策。我们提出了一个简单的视图同步器抽象，封装了相应的功能拜占庭共识协议，从而简化了设计。我们提出了一个正式规范的视图同步器及其实现下的部分同步，它运行在有限的空间，尽管容忍在异步期间的消息丢失。我们表明，我们的同步器规范是强大的，足以保证几个著名的拜占庭共识协议，包括HotStuff，Tendermint，PBFT和SBFT的单发版本的活性。此外，我们给这些协议的精确延迟界限时，使用我们的同步器。通过分解视图同步的功能，我们能够在一个统一的框架中指定和分析协议，这允许比较它们并突出权衡。
2020-08-10 cs.DC
Evaluating Permissioned Blockchain Using Stochastic Modeling and Chaos Engineering
区块链和分布式账本技术依赖于分布式共识算法。近年来，人们提出了许多共识算法和协议，其中大多数是针对许可区块链网络的。然而，这些算法的性能并没有得到很好的理解。本文介绍了一种在存在拜占庭和其他网络故障的敌对网络环境中评估共识算法和区块链平台的方法。该方法首先使用随机建模来模拟共识算法在不同的典型和错误的操作场景下的行为。接下来，我们使用不同的共识协议实现了一个区块链应用程序，并使用混沌工程技术测试了它们的性能。为了展示我们的通用评估方法，我们分析了四个许可的区块链平台及其共识协议的性能。我们的研究结果表明，随机建模是一种廉价和有效的技术分析共识协议。但它们并不代表共识协议在生产环境中的实际性能。此外，混沌工程的实验表明，如果两个不同的区块链平台使用相同的区块链算法或协议，我们不应该假设它们将具有相似的性能。因此，考虑平台架构的作用以及如何在给定平台中设计协议也是至关重要的。
2023-01-14 cs.DC
An Analysis of Avalanche Consensus
本文分析了支撑Avalanche区块链的Snow共识协议的延迟与安全性，揭示了原有协议中两者权衡不利的设计问题，并提出了一种使权衡更有利的改进方案。
2024-01-05 cs.DC
Quorum Tree Abstractions of Consensus Protocols
分布式算法解决的一致性问题，如共识或状态机复制是现代容错分布式服务的重要组成部分。他们也是出了名的难以理解和推理。它们的复杂性源于对它们所处环境的不同假设，即，过程或网络链路故障，拜占庭故障等。在本文中，我们提出了一种新的抽象表示，这种协议的动态集中在法定人数的响应（投票）的请求（建议），在运行过程中形成的协议。我们表明，专注于这样的法定人数，一个协议的运行可以被视为工作在一个树结构，不同的分支代表不同的可能结果的协议，目标是稳定的选择一个固定的分支。这种抽象类似于区块链基础设施中使用的最新协议的描述，例如，支持比特币或HotStuff的协议。我们表明，这种抽象支持各种算法的安全性推理，例如，Paxos，PBFT，Raft和HotStuff，以统一的方式。在一般情况下，它提供了一个新的归纳为基础的论据，证明这样的协议是安全的。
2023-01-24 cs.DC
Scalable BFT Consensus Mechanism Through Aggregated Signature Gossip
在本文中，我们提出了一个新的BFT共识机制，使成千上万的节点参与共识过程，并支持非常高的事务吞吐量。这是通过聚合签名八卦协议来实现的，该协议可以显着降低消息传递的复杂性，从而允许大量节点快速达成共识。建议的聚合签名八卦协议利用非交互式的无领导BLS签名聚合方案。我们证明了协议的正确性，并分析了其效率。在我们的分析中，每个节点只需要发送和接收O（logn）消息就可以达成协议，其中每个消息只包含几个字节的数据。
2019-11-12 cs.DC
Distributed Consensus Network: A Modularized Communication Framework and Reliability Probabilistic Analysis
本文提出模块化通信框架以统一描述崩溃与拜占庭容错共识协议，并基于概率模型分析链路丢失和节点故障下的可靠性，结合 RAFT 实现验证两种延迟优化方法。
2025-02-17 cs.DC
Robustness of the Tangle 2.0 Consensus
在本文中，我们研究了在拜占庭环境中的缠结2.0共识协议的性能。我们使用一个基于代理的仿真模型，结合了缠结2.0共识协议的主要功能。我们的实验结果表明，缠结2.0协议是强大的诱饵和开关攻击的对手的33%的投票权的理论上限。我们进一步表明，Tangle 2.0中的通用硬币机制对于强大对手的鲁棒性是必要的。实验结果表明，该协议在典型场景下的确认时间可以达到1s左右，且非冲突事务的确认时间不受冲突的影响.
2022-08-24 cs.DC
Network Hardware-Accelerated Consensus
共识协议是构建许多容错分布式系统和服务的基础。本文假设，有显着的性能优势，以获得提供共识作为网络服务（CAANS）。CAANS利用商品网络硬件设计和可编程性的最新进展来实现网络设备中的共识协议逻辑。CAANS提供了一个完整的Paxos协议，是Paxos基于软件实现的直接替代品，对网络拓扑没有任何限制，并以更高级别的数据平面程序设计语言实现，允许跨一系列目标设备的可移植性。与此同时，CAANS显著提高了吞吐量并减少了共识操作的延迟。在硬件中执行的共识逻辑可以以线速传输共识消息，延迟仅略高于简单地转发数据包。
2016-05-18 cs.DC
Moving Participants Turtle Consensus
我们提出了移动参与者海龟共识（MPTC），一个异步的共识协议崩溃和拜占庭宽容的分布式系统。MPTC使用各种移动目标防御策略来容忍由能够损害系统的有界部分的对手发出的某些拒绝服务（DoS）攻击。MPTC支持共识策略以及在解决一致性问题时执行该策略的过程的动态重新配置。它使用现有的加密技术，以确保重新配置发生在一个不可预测的方式，从而消除对手的优势，预测协议和执行特定的信息，可以用来反对协议。我们实现了MPTC以及状态机复制协议，并评估我们的设计在不同的攻击场景下。我们的评估表明，即使在协调良好的DoS攻击下，MPTC也接近最佳情况下的性能。
2016-11-21 cs.DC
Scaling Blockchain Consensus via a Robust Shared Mempool
由于区块链，人们对拜占庭容错（BFT）系统的兴趣重新抬头。然而，许可区块链使用的基于领导者的BFT共识协议具有有限的可扩展性和鲁棒性。为了缓解BFT共识中的领导者瓶颈，我们引入了Stratus，一个强大的共享内存池协议，它将事务分发从共识中分离出来。我们的想法是让副本以分布式方式传播事务，并让领导者只提出事务ID。Stratus使用可证明可用广播（PAB）协议来确保引用事务的可用性。我们通过将其与最先进的基于BFT的区块链协议集成来实现和评估Stratus，并在LAN和WAN设置中评估这些协议。我们的研究结果表明，基于Stratus的协议实现高达$5\sim20\times$更多的吞吐量比他们的本地同行在一个网络中有数百个副本。此外，Stratus的性能在存在网络入侵、拜占庭攻击者和不平衡工作负载的情况下会优雅地下降。我们的设计提供了易于使用的API，以便其他遭受领导者瓶颈的BFT系统可以使用Stratus。
2022-09-25 cs.DC
Blizzard: a Distributed Consensus Protocol for Mobile Devices
我们介绍了Blizzard，一种拜占庭容错（BFT）分布式账本协议，旨在使移动设备成为共识过程中的一等公民。Blizzard引入了一种新颖的双层架构，让移动节点通过在线代理进行通信，并包括一个分散的匹配方案，以确保每个节点连接到一定数量的随机代理。通过数学分析，我们得到了一个保证安全的区域（即恶意节点和恶意代理的安全性得到保证的比率的集合）的暴雪协议。也显示出了活力。我们从吞吐量、延迟和消息复杂度三个方面分析了暴雪的性能。通过基于软件实现的实验，我们证明了暴雪能够在每个分片每秒数千个事务的数量级上实现吞吐量，以及亚秒级的确认延迟。
2022-01-06 cs.DC
Nakamoto Consensus with Verifiable Delay Puzzle
提出了一种新的基于可验证延迟函数的一致性协议。首先，我们引入了可验证延迟难题（VDP）的概念，它类似于PoW机制中使用的哈希难题，但只能顺序解决。然后，我们提出了一个VDP实现的基础上的连续可验证的延迟函数。此外，我们表明，VDP可以结合中本聪共识的权益证明/延迟证明的混合协议。我们分析了协议的持久性和活性，并表明，相比PoW，我们的建议消耗更少的能量;相比基于BFT领导选举的共识算法，我们的建议实现了更好的抵抗远程攻击和针对块提案者的拒绝服务攻击。
2021-07-20 cs.DC
Microchain: A Hybrid Consensus Mechanism for Lightweight Distributed Ledger for IoT
最近有报道称，物联网应用的区块链和智能合约支持的安全机制适用于城市、金融和网络服务。然而，由于现有区块链（如比特币和以太坊）中的功耗密集型和低吞吐量共识机制，将区块链技术集成到资源受限的物联网平台中仍然存在挑战。在本文中，微链，基于一个混合的信用证明（Proof-of-Credit，Voting-based Chain Finality，VCF）共识协议，被提出来为物联网系统提供一个安全的，可扩展的，轻量级的分布式账本。通过使用抗偏置随机协议和加密排序算法，随机选择节点子集作为最终委员会来执行共识协议。混合共识机制依赖于一种纯粹的权益证明（PoS）协议来确定参与者是否有资格在给定信用分配的公平初始分配的情况下提出区块。基于投票的链终结性协议负责通过解决冲突的检查点并选择唯一的链来完成块的历史。一个概念验证原型的实现和测试的物理网络环境。实验结果验证了Micorchain能够为物联网应用提供部分分散，可扩展和轻量级的分布式账本协议。
2019-09-24 cs.DC
PoVD: Efficient Consensus Protocol based on Verifiable Delay Function
National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学国家移动通信实验室）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；School of Cyber Science and Engineering, Southeast University（东南大学网络空间安全学院）；State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Davis（加州大学戴维斯分校电气与计算机工程系）
提出基于可验证延迟函数的轻量级共识协议PoVD，在较弱网络假设下实现低分叉率、低计算通信开销，提升区块链一致性，适用于资源受限环境。
2026-09-21 cs.DC
BunchBFT: Across-Cluster Consensus Protocol
在本文中，我们提出了BunchBFT拜占庭容错状态机复制的高性能和可扩展性。BunchBFT的核心是一种称为基于集群的方法的新颖设计，该方法将副本划分为副本集群。通过将这种基于集群的方法与跨集群的分层通信、跨集群发送消息的捎带技术以及每个集群的分散式领导者选举相结合，BunchBFT实现了高性能和可扩展性。我们还证明了BunchBFT满足拜占庭共识的基本安全性和活性特性。我们在PaxiBFT框架中实现了BunchBFT的原型，以表明BunchBFT可以将MirBFT的吞吐量提高10倍，具体取决于广域链路上的可用带宽。
2022-05-21 cs.DC
SoK: Scalability Techniques for BFT Consensus
随着区块链系统的发展，最近的许多研究工作都提出了分布式账本技术（DLT），该技术采用拜占庭容错（BFT）共识协议来决定将哪个块添加到账本旁边。值得注意的是，BFT共识可以提供高性能，能源效率和可证明的正确性属性，因此它被认为是创建高弹性和高性能区块链基础设施的有前途的构建块。然而，一个主要的持续挑战是使BFT共识适用于大规模环境。最近的大量工作通过开发新的想法来解决这一挑战，以提高BFT共识的可扩展性，从而为适应区块链需求的新一代BFT协议开辟了道路。在这项调查中，我们创建了一个关于最先进的BFT共识协议使用的新型可扩展性增强技术的知识系统化。为了进行比较，我们仔细分析了这些协议所做的努力、假设和权衡。
2023-03-20 cs.DC
Relay Protocol for Approximate Byzantine Consensus
近似拜占庭共识是分布式计算的一个基本问题。本文提出了一种新的近似拜占庭共识算法，称为中继ABC。该算法允许机器在拜占庭式故障的情况下实现近似一致到任意精确。该算法依赖于使用中继消息传递系统和具有不可伪造签名的签名消息，这些签名对于每个节点都是唯一的。签名和中继的使用允许规避传统近似拜占庭共识算法的严格必要的网络条件。我们还提供了理论保证的有效性和收敛性的继电器ABC。为了做到这一点，我们利用的想法，在网络中的状态的迭代可以通过一系列的转移矩阵建模。我们扩展了以前的方法，使用转移矩阵证明ABC收敛，每个状态向量模型不只是一个迭代，但一组$D$迭代，其中$D$是一个直径的图形属性。这使我们能够准确地模拟中继系统中固有的消息延迟。
2021-06-27 cs.DC
Fast Probabilistic Consensus with Weighted Votes
快速概率共识（FPC）是一种投票共识协议，在拜占庭基础设施中是健壮和高效的。我们提出了一个自适应的FPC的设置，其中的投票权是成比例的节点的声誉。我们使用Zipf定律对声誉进行建模，并使用模拟表明，该协议在拜占庭基础设施中的性能随着Zipf指数的增加而增加。此外，我们提出了几个改进的FPC，降低故障率显着，并允许协议承受对手更高的重量。我们区分谨慎和狂暴策略的对手，并提出了一个有效的方法来检测更有害的狂暴策略。我们的研究在几个方面提到了IOTA协议的具体实现，但主要结果适用于声誉模型的一般实现。
2020-06-01 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
DAG-based Consensus with Asymmetric Trust [Extended Version]
本文提出首个基于非对称信任的DAG共识协议，通过扩展DAG-Rider并设计非对称公共核心原语，实现常数轮期望决策。
2025-05-23 cs.DC
Majorum: Ebb-and-Flow Consensus with Dynamic Quorums
Ethereum Foundation（以太坊基金会）
Majorum是一种基于准群协议的动态准群共识机制，能够在乐观条件下快速最终确定区块，提升网络分区和长时间异步情况下的安全性和效率。
2026-01-07 cs.DC
Blockchain Epidemic Consensus for Large-Scale Networks
针对现有区块链共识协议在可扩展性、资源消耗等方面的缺陷，提出无固定角色的BECP流行病共识协议，实验证明其在吞吐量、延迟和消息效率上优于同类方案，适用于大规模区块链网络。
2025-08-04 cs.DC
Deconstructing Stellar Consensus (Extended Version)
最近的一些区块链提案，如Stellar和Ripple，允许开放成员资格，同时使用典型的具有封闭成员资格的经典拜占庭共识的法定人数结构。这是通过以分散的方式构建法定人数来实现的：每个参与者独立选择信任谁，法定人数由这些个人决定产生。不幸的是，这种区块链背后的共识协议知之甚少，它们的正确性也没有得到严格的研究。在本文中，我们严格证明了恒星共识协议（SCP）的正确性，我们的证明深入了解了协议结构及其使用的低级别抽象。为此，我们首先提出了一个抽象版本的SCP，它使用Stellar的联邦投票原语（类似于可靠的拜占庭广播）作为黑匣子，以前由García-Pérez和Gotsman研究过。抽象共识协议突出了Stellar中的模块化结构，并且可以通过重用以前的联邦投票结果来证明其正确性。然而，它是不适合现实的实现，因为它的进程保持无限状态。因此，我们建立了一个抽象的协议和具体的SCP之间的细化，只使用有限的状态，从而携带前者的正确性的结果，后者。我们的研究结果有助于建立像Stellar这样的去中心化区块链的理论基础，并对其正确性充满信心。
2019-12-13 cs.DC
An Efficient Read Dominant Data Replication Protocol under Serial Isolation using Quorum Consensus Approach
在分布式系统中，数据复制提供了更好的可用性，更高的读容量，提高了访问效率，降低了系统的带宽要求。在本文中，我们提出了一个显着有效的方法的数据复制串行隔离使用新提出的循环仲裁系统。本文有三个主要贡献。首先，我们提出了循环式的法定人数系统，概括了现有的各种法定人数系统，如读一写全部（ROWA）法定人数系统，多数法定人数系统，网格法定人数系统，钻石法定人数系统，D空间法定人数系统，多维网格法定人数系统和广义网格法定人数系统。其次，循环仲裁系统不仅推广，而且提高了现有的同类仲裁系统的性能。第三，我们提出了一个高可用性的循环仲裁共识协议的数据复制串行隔离水平下，使用一个合适的循环仲裁系统读占主导地位的情况下。
2014-06-28 cs.DC
Byzantine Consensus is Θ(n^2): The Dolev-Reischuk Bound is Tight even in Partial Synchrony! [Extended Version]
Dolev-Reischuk界限说，任何确定性拜占庭共识协议在最坏情况下（至少）具有二次通信复杂性。虽然它已被证明，在同步环境中的界限是紧的，它仍然是未知的，是否可以在部分同步获得二次通信复杂性的共识协议。到目前为止，用于部分同步设置中的拜占庭共识的最有效的已知解决方案具有立方通信复杂性（例如，HotStuff，二进制DBFT）。本文通过引入具有二次最坏通信复杂性的部分同步拜占庭共识协议SQad来弥补现有的差距。此外，SQuad具有最佳弹性，可实现线性最坏情况延迟复杂度。SQad背后的关键技术贡献在于我们解决视图同步的方式，即在足够长的时间内将所有正确的进程带到具有正确领导者的同一视图的问题。具体来说，我们提出了RareSync，一个视图同步协议，具有二次通信复杂性和线性延迟复杂性，我们利用它来获得SQad。
2022-09-06 cs.DC
Simple-IT: Practical Low-Latency Signature-Free BFT Consensus
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；University of Bern（伯尔尼大学）；Stellar Development Foundation（Stellar 开发基金会）；Aptos Labs（Aptos 实验室）
针对量子计算对现有BFT协议签名方案的威胁，提出Simple-IT无签名共识协议，理论延迟4个消息延迟（乐观路径3个），实验表明其吞吐量和延迟与现有易受量子攻击的协议相当。
2026-10-30 cs.DC
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
ALDER: Unlocking blockchain performance by multiplexing consensus protocols
今天的大多数在线服务（例如，社交网络、搜索引擎、市场）是集中的，这由于各种原因（例如，中央管理、审查制度、失去对个人数据的控制）。区块链技术通过在线服务的去中心化承诺了一场新的Web革命（Web 3.0）。然而，这场革命在全球范围内发生的关键限制之一是当今区块链的表现不佳。我们在本文中提出了ALDER，这是一种通过复用共识协议来解锁现成的基于领导者的区块链性能的解决方案。我们的解决方案利用多个潜在领导者的存在来缓解存在于不同级别的共识协议中的瓶颈。为了说明它给区块链性能带来的好处，我们将ALDER应用于三个代表性的区块链，即Algorand（权益证明），RapidChain（基于分片）和Bitcoin（工作证明）。我们的评估涉及部署在100台物理机器上的多达10，000个节点，表明使用ALDER可以在吞吐量和延迟减少方面提供高达300%的改进。
2022-02-07 cs.DC
Prism Removes Consensus Bottleneck for Smart Contracts
现有的无许可智能合约平台（如以太坊）的性能受到共识层的限制。Prism是一种新的工作量证明共识协议，可证明在物理限制下实现吞吐量和延迟，同时保留最长链协议的强有力保证。本文报告了在Prism上实现两个智能合约虚拟机EVM和MoveVM的实验结果，并证明共识瓶颈已经消除。代码可以在https://github.com/wgr523/prism-smart-contracts上找到。
2020-06-13 cs.DC
Robustness and efficiency of leaderless probabilistic consensus protocols within Byzantine infrastructures
研究了噪声拜占庭网络中具有低计算复杂性的无领导二进制多数一致性协议.使用计算机模拟，我们表明，显式随机化的共识协议可以显着增加对故障和恶意节点的鲁棒性。我们确定了各种拜占庭攻击策略的最佳数量的随机性在不同类型的网络拓扑结构。
2019-11-20 cs.DC math.PR
Revisiting consensus protocols through wait-free parallelization
最近区块链系统的激增重新引起了人们对传统拜占庭容错共识协议的兴趣。许多这样的共识协议具有主备份设计，其中分配的副本，即主副本，负责协调共识协议。虽然主备份设计导致相对简单和高性能的共识协议，它放置在一个良好的主不合理的负担，并允许恶意主大大影响系统性能。在本文中，我们提出了一个协议无关的方法来改善设计的主要备份共识协议。我们方法的核心是一种新颖的无等待方法，并行运行底层共识协议的多个实例。为了获得高性能的并行化设计，我们提出了无协调的技术，以命令操作跨并行实例，处理实例故障，并将客户端分配给特定的实例。因此，我们提出的设计能够减少单个实例和主实例的负载，同时也减少了任何恶意副本的不利影响。
2019-08-06 cs.DB cs.DC
Specification of the Giskard Consensus Protocol
Giskard共识协议用于验证PlatON网络中的交易和计算。在本文中，我们提供了一个严格的Giskard规格说明，适合作为协议实现和形式化验证的参考。使用我们的规范，我们证明了该协议保证几个显着的安全属性。
2020-10-05 cs.CR cs.DC
A Survey of Distributed Consensus Protocols for Blockchain Networks
自比特币诞生以来，加密货币和底层区块链技术吸引了学术界和工业界越来越多的兴趣。在各种核心组件中，共识协议是区块链安全性和性能背后的定义技术。从Nakamoto共识协议的增量修改到创新的替代共识机制，已经提出了许多共识协议来提高区块链网络本身的性能或适应其他特定的应用需求。在这项调查中，我们对最先进的区块链共识协议进行了全面的审查和分析。为了便于讨论我们的分析，我们首先介绍了经典的容错理论中的关键定义和相关结果，这有助于为进一步的讨论奠定基础。我们确定了区块链共识协议的五个核心组成部分，即区块提议、区块验证、信息传播、区块终结和激励机制。然后仔细审查各种区块链共识协议，并进行算法抽象和漏洞分析。调查的共识协议进行了分析，使用五个组件的框架和比较不同的性能指标。这些分析和比较为我们提供了新的见解，在不同的建议，其适用的应用场景，关键假设，预期的容错，可扩展性，缺点和权衡方面的根本差异。我们相信这项调查将为区块链开发人员和研究人员提供关于最先进共识协议的全面视图，并促进设计未来协议的过程。
2020-01-29 cs.CR cs.DC
Bottlenecks in Blockchain Consensus Protocols
大多数区块链许可系统采用拜占庭容错（BFT）共识协议，以确保诚实的验证者同意将条目添加到其分类账的顺序。在本文中，我们研究的性能和可扩展性突出的共识协议，即PBFT，Tendermint，HotStuff和Streamlet，无论是通过负载公式分析和实际上通过实施和评估。在相同的条件下，我们确定了这些共识协议的瓶颈，并表明这些协议不扩展以及验证器的数量增加。我们的调查指出通信复杂性是罪魁祸首。即使有足够的网络带宽，消息的串行化和非串行化的CPU成本也会限制吞吐量并增加协议的延迟。为了缓解瓶颈，最有用的技术包括降低通信复杂性，轮换通信热点，以及跨共识实例的流水线。
2021-10-12 cs.CR cs.DC
Asynchronous BFT Consensus Made Wireless
针对异步BFT共识在无线网络中消息复杂度高且缺乏测试平台的问题，提出ConsensusBatcher批处理协议并开源测试平台，使延迟降低48%-59%、吞吐量提升48%-62%。
2025-04-05 cs.CR cs.DC
Verifying Randomized Consensus Protocols with Common Coins
本文扩展概率阈值自动机（PTA）以验证带有公共硬币的随机化容错共识协议，通过引入公共硬币进程克服对称性破坏等技术挑战，并成功验证了8个协议的协议一致、有效性和几乎必然终止属性。
2024-09-26 cs.DC cs.FL
