Spacetime-Entangled Networks (I) Relativity and Observability of Stepwise Consensus
共识协议可以是在小区域上同步少量数据的有效工具。我们描述的概念和实施纠缠的链接，适用于数据传输，使用承诺理论的框架作为工具，以帮助确定性的分布式共识。纠缠描述了状态的相互依赖演化。由代理纠缠形成的网络保持一定的承诺：它们按顺序传递连续的消息，端到端，并以原子确认传递到链路的两端。这些属性可以递归地用于确保任何规模的条件承诺的层次结构。在需要国家共识或“共同知识”的情况下，这是一个有用的特性。我们有意在这个讨论中跨越理论和实现。
2020-06-17 cs.DC
Paxos Consensus, Deconstructed and Abstracted (Extended Version)
Lamport的Paxos算法是一个经典的共识协议，用于在允许崩溃失败的环境中进行状态机复制。Paxos的许多版本都利用协议的内在属性来获得更好的运行时性能，从而扩大了算法的原始描述（已被证明是正确的）与其实际实现之间的差距。在这项工作中，我们解决的挑战，指定和验证复杂的Paxos为基础的系统（a）设计组合规格的实现Paxos的单法令版本，和（b）工程学科的原因协议感知，语义保持优化单法令Paxos。简而言之，我们的方法阐述了解构单法令Paxos的Boichat等人。我们提供了新的非确定性规范的解构中的每个模块，并证明，实现完善相应的规范，这样的证明模块保持不变，可以在不同的实现重用。我们进一步重用这一结果，并展示如何获得一个验证的实现多Paxos从一个单一的法令Paxos的验证实施，通过一系列新的协议感知的网络语义的转换，我们证明是行为保持。
2018-02-16 cs.DC
Bullshark on Narwhal: Implementation-level Workflow Analysis of Round-based DAG Consensus in Theory and Practice
本文对运行在 Narwhal 内存池上的 Bullshark 基于轮 DAG 拜占庭容错共识协议进行实现级工作流分析，逐层解析从交易提交到确认的流程及组件交互，揭示其每秒 29.7 万笔交易、2 秒延迟的高性能实现机制。
2025-07-07 cs.CR cs.DC
Certifying Safety when Implementing Consensus
确保分布式系统实现的正确性仍然是一个具有挑战性的和很大程度上未解决的问题。在本文中，我们提出了一个协议，可以用来证明共识实现的安全性。我们提出的协议是有效的，无论是在发送的额外的消息的数量和它们的大小，并被设计为正确地运行在$n-1$节点失败的$n$节点分布式系统（假设故障停止故障）的存在。我们还评论如何我们的建设可能被推广到证明其他协议和不变量。
2019-03-08 cs.DC cs.PL
Quick Order Fairness: Implementation and Evaluation
本文重新审视并模块化实现了快速顺序公平原子广播（QOF）协议，通过实证评估表明其相比无公平性共识，吞吐量最多降低5%，延迟增加约50毫秒，并连接了类似公平性协议。
2024-03-15 cs.DC
MaGPoS -- A novel decentralized consensus mechanism combining magnetism and proof of stake
我们描述了MaGPoS，这是一种新型的共识机制，非常适合基于去中心化区块链的协议。MaGPoS基于众所周知的纳米尺度磁性物理学和先前的权益证明实现的组合。这个系统已经被全世界数十万科学家研究了一百多年，使其具有共识机制所需的极端可靠性。我们从解释物理学开始，并研究使其特别有利于共识机制的属性。然后，我们将展示如何将物理模型应用于分散的节点网络，每个节点都有自己的区块链副本。在此之后，我们描述了分散网络中的节点将进行的一些示例计算，并提供了用于实现的伪代码。最后，我们讨论了该模型如何实现共识机制所期望的所有重要属性。
2019-06-16 cs.CR cs.DC physics.soc-ph
Towards Formal Verification of HotStuff-based Byzantine Fault Tolerant Consensus in Agda: Extended Version
LibraBFT是基于HotStuff的拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerant，BFT）共识协议。我们提出了一个抽象模型的协议底层HotStuff / LibraBFT，和正式的，机器检查证明其核心正确性（安全性）属性和扩展条件，使非参与方验证提交的结果。（活性属性将针对特定的实现进行证明，而不是针对本文中提出的抽象模型。一个关键的贡献是精确地定义了关于诚实对等点行为的假设，以一种抽象的方式，独立于任何特定的实现。因此，我们的工作是一个重要的一步，证明正确性的整个类的具体实现，而无需重复的艰苦工作证明正确性的底层协议。抽象证明是针对单个配置（epoch）的;跨配置更改扩展这些证明是未来的工作。我们的模型和证明是用Agda表达的，并且是开源的。
2022-03-29 cs.DC cs.LO
PRDTs: Composable Design and Verification of Consensus Protocols using Replicated Data Types
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨凯泽斯劳滕-兰道理工大学）；National Research Center for Applied Cybersecurity (ATHENE)（国家应用网络安全研究中心）；Hessian Center for Artificial Intelligence (hessian.AI)（黑森人工智能中心）
提出PRDTs编程模型，利用复制数据类型单调累积知识达成共识，支持高层协议逻辑抽象和自动验证，并通过代数组合实现协议模块化构建。
2026-06-23 cs.DC cs.PL
It's not a lie if you don't get caught: simplifying reconfiguration in SMR through dirty logs
Subzero Labs；UC Berkeley（加州大学伯克利分校）
Gauss通过引入脏日志区分机制，实现SMR重新配置的模块化升级，减少停机时间并提升系统演进能力。
2026-07-21 cs.DC
On Atomic Registers and Randomized Consensus in M&M Systems
Aguilera等人受近年来分布式系统技术的启发，提出了一种混合的分布式计算模型，称为消息和内存模型，简称m&m模型[1]。在这个模型中，进程可以通过消息传递进行通信，也可以通过访问一些共享内存（例如，通过一些RDMA连接）。我们首先考虑的基本问题，实现原子单写多读（SWMR）寄存器共享的所有进程在M&M系统。具体来说，我们给出了一个算法，实现这样的寄存器在M&M系统，并表明它是最佳的进程崩溃，它可以容忍的数量。这推广了纯消息传递系统中原子SWMR寄存器的众所周知的实现[5]。然后，我们结合我们的寄存器实现的m&m系统与著名的随机共识算法的Aspnes和Herlihy [4]，并获得一个随机共识算法的m&m系统，也是最佳的进程崩溃，它可以容忍的数量。最后，我们确定的最小数量的RDMA连接，足以实现一个SWMR寄存器，或解决随机共识，在一个m&m系统与t进程崩溃，对于任何给定的t。
2020-12-13 cs.DC cs.DS
From Consensus to Chaos: A Vulnerability Assessment of the RAFT Algorithm
Arab Academy for Science, Technology & Maritime（阿拉伯科学、技术与海事学院）
本文研究RAFT算法在安全威胁下的脆弱性，提出基于密码学的改进方法以增强其安全性。
2026-01-01 cs.CR cs.DC
On Fairness in Voting Consensus Protocols
投票算法作为共识协议在容错系统的实现中得到了广泛的应用。这些算法最适合于具有低计算能力的节点的分布式系统或异构网络，其中不同的节点可能具有不同的声誉或权重级别。我们的主要贡献是建设一个公平的投票协议的意义上说，一个给定的参与者的最终结果的影响是线性的重量。具体地说，公平性保证了任何节点即使在资源或权重较低的情况下也可以积极参与共识发现。我们调查加权投票可能产生的影响，如匿名性，集中化，可扩展性的损失，并讨论其相关的协议设计和实现。
2020-12-15 cs.DC math.PR
Distributed Accelerated Projection-Based Consensus Decomposition
本文提出一种分布式加速投影一致性分解算法，通过改进APC迭代方法以加速处理大型稀疏矩阵，实验表明收敛加速效果显著。
2023-06-17 cs.DC
Randomized Consensus with Regular Registers
著名的随机共识算法由Aspnes和Herlihy异步共享内存系统被证明工作，即使对一个强大的对手，假设它使用的寄存器是原子寄存器。使用原子寄存器，每个读或写操作都是瞬时的（因此不可分割）。然而，正如Golab et al.（2011）所指出的，如果我们用寄存器的线性化实现替换它使用的原子寄存器，那么与原子寄存器一起工作的随机算法不一定工作。这就提出了以下问题：如果我们用可线性化的寄存器替换原子寄存器，Aspnes和Herlihy的随机共识算法是否仍然适用于强大的对手？我们的答案是肯定的，事实上，我们表明，即使是线性寄存器是不必要的。更确切地说，我们证明了该算法的Aspnes和Herlihy工程对一个强大的对手，即使该算法只使用常规寄存器。
2020-06-11 cs.DC cs.DS
Dynamic Active Average Consensus and its Application in Containment Control
本文提出了一种连续时间动态主动加权平均共识算法，其中代理可以根据其访问参考输入的能力在主动和被动模式之间交替。我们的目标是使所有的代理，无论是主动和被动，跟踪加权平均的参考输入的主动代理。该算法被建模为一个切换线性系统，其收敛性能进行了仔细研究，考虑代理的分段常数访问的参考信号和可能的分段常数权重的代理。我们还研究了该算法的离散时间实现。接下来，我们展示了如何遏制控制问题，其中一组追随者应该跟踪一组观察到的领导者的凸包，可以铸造为一个积极的平均共识问题，并有效地解决了我们提出的动态积极平均共识算法。数值例子验证了我们的结果。
2020-08-13 cs.DC cs.SY eess.SY
Self-Stabilizing Indulgent Zero-degrading Binary Consensus
Guerraoui为二元共识问题提出了一个宽容的解决方案。也就是说，他证明了故障检测器的任意行为永远不会违反安全要求，即使它损害了活性。共识实现经常以重复的方式使用。Dutta和Guerraoui提出了一种零降级的解决方案，\ie在故障检测器表现完美的系统运行期间，一个共识实例期间的节点故障对未来实例的性能没有影响。我们的研究，重点是放纵零退化的二进制共识，旨在设计一个更强大的通信抽象。我们通过自我稳定的镜头这样做-一个非常强大的容错概念。除了节点和通信故障之外，自稳定算法可以在任意瞬时故障发生后恢复;这些故障表示违反系统设计操作所依据的假设（只要算法代码保持完整）。这项工作提出了第一个，据我们所知，自我稳定算法放纵零退化二进制共识的时间自由的消息传递系统容易检测到的过程故障。所提出的算法具有O（1）的稳定时间（异步周期）从任意瞬态故障。由于所提出的解决方案使用Ω故障检测器，我们还提出了第一个，据我们所知，自稳定异步Ω故障检测器，这是一个变化的Mostéfaoui，Risugaya，和Raynal。
2020-10-12 cs.DC
Proof-of-Collaborative-Learning: A Multi-winner Federated Learning Consensus Algorithm
University of Manitoba（曼尼托巴大学）
本文提出协作学习证明，一种多赢家联邦学习共识机制，将区块链算力用于训练联邦学习模型，并设计了模型评估、攻击防御及公平奖励分配机制。
2024-07-24 cs.DC cs.LG
The quest for scaling BFT Consensus through Tree-Based Vote Aggregation
随着人们对区块链的商业兴趣越来越大，许可实现受到了越来越多的关注。不幸的是，现有的BFT共识协议是许可区块链的骨干，要么扩展性差，要么提供有限的吞吐量。这些算法中的大多数需要至少一个进程来接收和验证来自所有其他进程的投票，然后广播结果，这本质上是不可扩展的。一些算法通过使用聚合树来收集和验证投票来避免这个瓶颈。然而，据我们所知，这样的算法提供有限的吞吐量，并迅速降低故障的存在。在本文中，我们提出了\thesystem，第一BFT通信抽象，组织参与者在一棵树中进行可扩展的投票聚合，并在错误的运行，能够终止协议的最佳数量的重新配置（$f+1$）。我们精确地定义了哪些聚合树允许最佳的重新配置，并表明，与以前的协议不同，当使用这些配置，\thesystem的规模，以大量的进程和超过HotStuff的吞吐量高达38倍。
2021-03-22 cs.DC
Experimental Evaluation of Asynchronous Binary Byzantine Consensus Algorithms with $t < n/3$ and $O(n^2)$ Messages and $O(1)$ Round Expected Termination
这项工作在各种配置中对四个异步二进制拜占庭共识算法[11，16，18]进行了实验评估。除了是异步的，这些算法在轮中运行，容忍多达三分之一的故障节点，使用$O(n^2)$消息，并使用随机化的共同硬币在预期的恒定轮数中终止。四种算法中的每一种都对随机硬币有不同的要求，每轮所需的消息数量，是否需要加密签名，以及其他细节。测试了两种不同的非交互式阈值共同硬币实现，一种使用阈值签名，另一种基于使用有效性证明的E-H问题[11]。实验运行在单个数据中心和地理分布的配置与$4$和$48$节点之间。测试各种简单的错误行为。由于没有算法在所有实验条件下都表现最好，因此引入了两种新算法，它们简单地将现有算法的属性与在大多数实验设置中具有良好性能的目标相结合。
2020-04-23 cs.DC
Gromit: Benchmarking the Performance and Scalability of Blockchain Systems
越来越多的区块链系统实现与对这些解决方案的性能特征进行系统比较的研究仍然有限形成鲜明对比。这样的研究对于评估新的共识协议及其实现所引入的基本权衡至关重要。这些性能限制通常使用专门的基准测试框架进行分析，重点关注区块链系统的共识算法。然而，设计选择的比较评估需要宏观基准，以便在系统层面对区块链进行统一和全面的性能评估，而不是孤立组件的性能指标。为了解决这一研究空白，我们实现了Gromit，这是一个用于分析区块链系统的通用框架。Gromit将每个被测系统视为一个事务结构，客户端将事务发送给验证器。我们使用Gromit进行了迄今为止最大的区块链研究，涉及七个具有不同共识模型的代表性系统。我们确定这些系统的峰值性能与合成工作负载的事务吞吐量和可扩展性，并表明事务吞吐量不随验证器的数量而扩展。我们探讨了受试系统对网络延迟的鲁棒性，并揭示了许可区块链的性能对网络条件高度敏感。
2022-08-24 cs.DC cs.PF
ExClique: An Express Consensus Algorithm for High-Speed Transaction Process in Blockchains
针对 Clique 共识因全区块通信延迟和轮外区块导致交易速度受限的问题，提出 ExClique 算法，通过压缩广播区块和禁止轮外区块，在 21 和 101 节点网络中分别提升 TPS 2.25 倍和 7.01 倍。
2025-01-25 cs.DC
Instant Resonance: Dual Strategy Enhances the Data Consensus Success Rate of Blockchain Threshold Signature Oracles
针对区块链阈值签名预言机在实时数据获取中成功率低的问题，本文提出REP-AG和TIM-OPT双策略，分别提升数据代表性和优化访问时序，实验显示成功率分别提升约56.6%和32.9%。
2024-11-05 cs.DC cs.ET
Distributed Constraint-Coupled Optimization: Harnessing ADMM-consensus for robustness
本文针对智能体网络中的分布式约束耦合优化问题，提出一种基于原始-对偶架构的新算法，利用时间尺度分离理论证明其线性收敛，并验证了其在异步通信和丢包场景下的鲁棒性以及在微电网辅助服务中的有效性。
2025-02-10 cs.DC math.OC
Designing Parallel Algorithms for Community Detection using Arachne
该研究基于 Arachne 并行实现 Label Propagation 与 Louvain 社区检测算法，在多线程图分析中显著优于 NetworkX、igraph 和 NetworKit。
2025-08-31 cs.DC cs.DS
