Synchronous Transmissions in Low-Power Wireless: A Survey of Communication Protocols and Network Services
低功耗无线通信是信息物理系统和物联网的核心组成部分。传统的低功耗无线协议使避免分组冲突成为基础设计选择。同步传输的概念挑战了这种观点。由于碰撞不一定是破坏性的，因此在特定情况下，即使存在来自不同发射器的叠加信号，商品低功率无线电设备也常常能够接收有用的信息。我们调查越来越多的协议，利用同步传输更高的鲁棒性和效率，以及前所未有的功能和通用性相比，传统的设计。基于同步传输的协议的说明是在我们建立的概念框架中进行的，目的是突出所提出的解决方案之间的差异和相似之处。最后，我们对这一领域的开放性研究问题进行了讨论。
2020-01-24 cs.DC cs.NI cs.SY
Multidimensional Byzantine Agreement in a Synchronous Setting
在本文中，我们将提出多维拜占庭协议（MBA）协议，一个领导者的拜占庭协议协议定义为完整的和同步的网络，允许网络的节点，以达成共识的一组观察到的事件的相关信息的向量。共识过程在每个分量上并行进行，输出是一个向量，其分量要么是网络中具有广泛一致性的值（即使没有单个节点对每个值都达成一致），要么是表示不可调和的分歧的特殊值$\bot$。MBA协议是概率性的，其执行以概率1停止，并且停止所需的步骤数遵循Bernoulli分布。该设计结合了多维分级共识和多维二元拜占庭协议，这是Micali和Feldman对两个协议的多维情况的推广。我们证明了协议的正确性和安全性，假设一个同步网络，其中少于三分之一的节点是恶意的。
2022-04-01 cs.CR cs.DC
In Search for an Optimal Authenticated Byzantine Agreement
在本文中，我们挑战传统的方法状态机复制系统设计确定性协议的最终同步通信模型。我们首先证明，没有这样的协议可以保证有界的通信成本之前的全球稳定时间，并提出了一种不同的方法，希望最好的（同步），但准备最坏的情况（同步）。因此，我们设计了一个乐观的拜占庭协议，首先尝试一个有效的确定性算法，依赖于同步终止，然后，只有当协议没有达成由于dummy，该协议使用一个随机的异步协议的回退，保证终止概率为1。我们正式证明，我们的协议达到最佳的通信复杂性在所有的网络条件和故障情况下。我们首先证明了同步确定性拜占庭协议的$Ω(ft+ t)$的一个下界，其中$t$是失败阈值，$f$是实际的失败次数。然后，我们提出了一个严格的上限，并使用它的乐观协议的同步部分。最后，对于异步回退，我们使用（最佳）VABA协议的变体，我们重新构建它以安全地将其与同步部分结合起来。我们相信，我们的自适应故障同步拜占庭协议有一个独立的利益，因为它是第一个协议，我们知道，其中通信复杂性最佳地取决于实际的失败次数。
2021-08-04 cs.CR cs.DC
Perfectly Secure Synchronous MPC with Asynchronous Fallback Guarantees Against General Adversaries
在这项工作中，我们研究了完全安全的多方计算（MPC）对一般（非阈值）的对手。同步网络中的已知协议对于$Q^{(3)}$对手结构是安全的，而在异步网络中，已知协议对于$Q^{(4)}$对手结构是安全的。一个自然的问题是是否存在一个单一的协议，该协议分别在同步和异步网络中对$Q^{(3)}$和$Q^{(4)}$对手结构保持安全，其中各方不知道网络类型。我们设计了第一个这样的两全其美的协议来对抗一般的对手。我们的结果推广了Appan，Chandramouli和Choudhury（PODC 2022）的结果，该结果提出了一个两全其美的完全安全协议。为了设计我们的协议，我们提出了两个重要的积木是独立的利益。第一个构建块是用于$Q^{(3)}$对手结构的两全其美的完全安全的拜占庭协议（BA）协议，该协议在同步和异步网络中都保持安全。第二个构建块是一个两全其美的完全安全的可验证秘密共享（VSS）协议，该协议分别在同步网络和异步网络中对$Q^{(3)}$和$Q^{(4)}$攻击结构保持安全。
2022-08-12 cs.CR cs.DC cs.IT
Autobahn: Seamless high speed BFT
针对现有部分同步模型下BFT协议无法兼顾良好区间低延迟与波动后平稳恢复的问题，提出结合异步数据传播层与部分同步共识机制的Autobahn协议，消除传统协议滞后效应，同时实现高吞吐量与低延迟。
2025-01-20 cs.DC
Perfectly-Secure Synchronous MPC with Asynchronous Fallback Guarantees
安全多方计算（MPC）是安全分布式计算中的一个基本问题。MPC协议允许一组相互不信任的$n$方执行其私有输入的任何联合计算，而不公开关于其输入的任何附加信息。具有信息理论安全性的MPC提供了最强的安全保证，即使对计算上无限的对手也是安全的。完全安全MPC协议是一类信息理论上安全的MPC协议，它以无差错的方式提供所有的安全保证。这项工作的重点是完全安全的MPC。已知的协议被设计为假定同步或异步通信网络。众所周知，只要攻击者能够破坏任何$t_s < n/3$方，完全安全的同步MPC协议是可能的。另一方面，完全安全的异步MPC协议可以容忍多达$t_a < n/4$破坏方。一个自然的问题是，是否存在一个单一的MPC协议，用于各方不知道确切的网络类型的设置，并且该协议可以容忍同步网络中高达$t_s < n/3$的破坏和异步网络中高达$t_a < n/4$的破坏。我们设计了这样一个两全其美的完全安全的MPC协议，提供了$3t_s + t_a < n$持有。为了设计我们的协议，我们设计了两个重要的构建块，这是独立的利益。第一个构建块是一个两全其美的拜占庭协议（BA）协议，它容忍$t < n/3$损坏，并且在同步和异步网络中都保持安全。第二个构建块是基于多项式的两全其美可验证秘密共享（VSS）协议，其可以分别在同步和异步网络中容忍高达$t_s$和$t_a$的破坏。
2022-08-09 cs.CR cs.DC cs.IT
XPC: Fast and Reliable Synchronous Transmission Protocols for 2-Phase Commit and 3-Phase Commit
无线传感系统工程的主要挑战之一是在确保系统可靠性和效率的同时，改进程序员可用的软件抽象和框架。分布式系统社区已经开发了一套丰富的这样的抽象，用于构建使用有线网络连接的可靠分布式系统，然而，经过20年的研究，其中许多逃避无线传感器系统。在本文中，我们提出了X进程提交（XPC）的原子提交协议框架，利用同步传输（ST）。我们还介绍了混合，一种技术，使我们能够利用光泽和混沌同步传输原语的优势，以获得更低的延迟和更高的可靠性比。使用XPC和混合，我们演示了如何建立经典的2阶段和3阶段提交抽象协议，并评估这些表现出显着改善的性能和可靠性比单独使用光泽或混沌作为传播原语。我们解决了如何克服将Glossy和Chaos结合在一起形成Hybrid的时间挑战，并通过广泛的实验证明它对多个源引起的网络内无线电干扰具有鲁棒性。我们是第一个提出的测试结果表明，混合可以提供几乎100%的可靠性，在网络中的节点遭受各种程度的无线电干扰。
2019-10-22 cs.DC cs.NI
Permissionless Consensus
本文提出按参与者知识划分的无许可程度层级，刻画区块链共识的能力边界，并证明完全无许可、动态可用和准无许可环境下拜占庭协议、状态机复制及长程攻击的不可能性或可行性结果。
2024-03-03 cs.DC
3-Slot-Finality Protocol for Ethereum
针对以太坊现有Gasper协议最终确认延迟长、易遭MEV攻击等问题，提出结合部分同步最终确认组件与动态可用共识协议的方案，实现3时隙最终确认，提升网络安全性与交易效率。
2024-11-01 cs.DC
HotStuff: BFT Consensus in the Lens of Blockchain
我们提出了HotStuff，一个领导者为基础的拜占庭容错复制协议的部分同步模型。一旦网络通信变得同步，HotStuff就能让正确的领导者以实际（与最大）网络延迟的速度（一种称为响应性的属性）和副本数量线性的通信复杂性来推动协议达成共识。据我们所知，HotStuff是第一个部分同步的BFT复制协议表现出这些组合属性。HotStuff是围绕一个新颖的框架构建的，该框架在经典的BFT基础和区块链之间形成了一座桥梁。它允许在一个公共框架中表达其他已知协议（DLS，PBFT，Tendermint，Casper）和我们的协议。我们在具有100多个副本的网络上部署HotStuff，实现了与BFT-SMaRt相当的吞吐量和延迟，同时在领导者故障转移期间享受线性通信足迹（而BFT-SMaRt是二次的）。
2019-07-23 cs.DC
Partially Synchronous BFT Consensus Made Practical in Wireless Networks
针对部分同步 BFT 共识难以用于动态自组织无线网络的问题，提出支持多种可靠通信模式的 ReduceCatch，并改造 PBFT、Tendermint 和 HotStuff，测试床实验验证其延迟与吞吐量优势。
2024-12-07 cs.CR cs.DC cs.NI
A Unifying Approach to Efficient (Near)-Gathering of Disoriented Robots with Limited Visibility
我们考虑一群$n$机器人在\mathbb{R}^d。机器人是健忘的，迷失方向的（没有共同的坐标系统/指南针），并具有有限的可见性（观察其他机器人到一个恒定的距离）。基本的编队任务集合要求所有机器人到达相同的位置，而不是预定义的位置。在相关的近距离聚集任务中，它们必须到达不同的位置，以便每个机器人都能看到整个群体。在所考虑的设置，收集可以解决在$\mathcal{O}(n + Δ^2)$同步轮在二维和三维，其中$Δ$表示两个机器人的初始最大距离。在这项工作中，我们正式有效的收集协议的一个关键属性，并使用它来定义$λ$合同协议。任何这样的协议在$\mathcal{O}(Δ^2)$同步轮中在$d$维空间中聚集$n$机器人。此外，我们证明了一个相应的下限说明，任何协议中，机器人移动到目标点内的局部凸包的邻域- $λ$合同协议有此属性-需要$Ω(Δ^2)$轮收集所有机器人。其中，我们证明了GTC-协议的$d$维推广是$λ$ -收缩的。值得注意的是，我们的改进和广义运行时界是独立的$n$和$d$。$d$的独立性回答了一个开放的研究问题。我们还介绍了一种使任何$λ$合同协议无冲突的方法，以解决近聚集问题。由此产生的协议保持运行时的$Θ(Δ^2)$和工作，即使在半同步模型。
2022-09-09 cs.DC
A Lower Bound for Byzantine Agreement and Consensus for Adaptive Adversaries using VDFs
大规模加密货币需要数百万参与者的参与，并支持数十亿美元的经济活动，这导致了二进制拜占庭协议（BBA）和共识的新工作线。新的工作旨在实现通信效率-鉴于这样一个大的$n$，不是每个人都可以在协议期间发言。几个协议已经取得了共识，即使在一个自适应的对手的通信效率，但他们需要额外的强有力的假设-工作证明，内存擦除等所有这些协议使用多播：每个诚实的副本多播消息到所有其他副本。在此模型下，我们提供了一个新的通信效率的共识协议，使用可验证的延迟函数（VDFs），是安全的自适应对手，不需要在其他协议中存在相同的强假设。一个自然的问题是，我们是否可以扩展的同步协议的部分同步设置-在这项工作中，我们表明，使用多播，我们不能。此外，我们不能实现始终安全的通信效率的协议（保持安全的概率为1），即使在同步设置对静态对手时，诚实的副本只选择组播其消息。考虑到这些不可能的结果，我们描述了一个新的通信效率的BBA协议在修改的部分同步网络模型，这是安全的自适应对手的概率很高。
2020-04-04 cs.DC cs.DS
The Longest-Chain Protocol Under Random Delays
在分布式共识和区块链领域，同步通信模型假设诚实方之间的所有消息最多延迟一个已知常数$Δ$。最近的文献表明，最长链的区块链协议在同步模型下是安全的。但是，对于固定的挖掘速率，安全性保证会随着$Δ$而降低。我们分析了最长链协议的性能的假设下，通信延迟是随机的，独立的，和相同的分布。该通信模型允许具有无界支持的分布，并且是同步模型的严格概括。我们提供安全性和活性的保证，简单，明确的边界上的故障概率。这些界限适用于无限时域执行，并随安全参数呈指数衰减。特别是，我们表明，最长链协议具有良好的安全保证时，延迟是偶发性的大，可能是无界的，这是反映了现实世界的网络条件。
2021-02-01 cs.CR cs.DC
Node-Initiated Byzantine Consensus Without a Common Clock
大多数关于共识的文献假设协议在分布式系统的所有节点上联合启动。我们将展示如何删除这个有问题的假设在半同步系统中，消息延迟和本地时钟的相对漂移可能会在已知的范围内任意变化。我们的框架是自稳定和有效的通信和时间方面，更具体地说，相比于同步启动的非自稳定协议的同步模型，我们实现了一个常数因子增加的时间和通信位完成一个实例，加上附加的通信开销O（n log n）广播位每时间单位和节点。后者可以进一步减少，但时间复杂度增加。
2013-07-31 cs.DC
Introducing Speculation in Self-Stabilization - An Application to Mutual Exclusion
自稳定确保了在任何瞬时故障之后，系统在有限的时间内恢复并最终表现出来。推测在于保证系统满足其对任何执行的要求，但对于更可能的执行子集表现出更好的性能。从这个意义上说，推测协议在实践中应该是健壮和有效的。我们引入投机稳定的概念，我们说明通过互斥问题。然后，我们提出了一种新的投机稳定互斥协议。我们的协议是自稳定的任何异步执行。我们证明了它的同步执行的稳定时间是diam（g）/2步（其中diam（g）表示系统的直径）。这个复杂性结果是独立的利益。著名的Dijkstra互斥协议在同步执行中稳定了n步（其中n是进程的数量），从那时起（近40年），稳定时间是否可以严格小于直径的问题一直是开放的。我们表明，这确实是可能的任何底层拓扑结构。我们还提供了一个下限证明，表明我们的新的稳定时间的直径（g）/2步骤是最佳的同步执行，即使异步稳定是不需要的。
2013-02-09 cs.DC
Spéculation et auto-stabilisation
自稳定确保在任何瞬时故障之后，系统在有限时间内恢复并最终表现出正确的行为。推测在于保证系统满足其对任何执行的要求，但对于更可能的执行子集表现出更好的性能。从这个意义上说，推测协议在实践中应该是健壮和有效的。我们引入投机稳定的概念，我们说明通过互斥问题。然后，我们提出了一种新的投机稳定互斥协议。我们的协议是自稳定的任何异步执行。我们证明了它的同步执行的稳定时间是diam（g）/2步（其中diam（g）表示系统的直径）。这个复杂性结果是独立的利益。著名的Dijkstra互斥协议在同步执行中稳定了n步（其中n是进程的数量），从那时起（近40年），稳定时间是否可以严格小于直径的问题一直是开放的。我们表明，这确实是可能的任何底层拓扑结构。我们还提供了一个下限证明，表明我们的新的稳定时间的直径（g）/2步骤是最佳的同步执行，即使异步稳定是不需要的。
2013-04-25 cs.DC
Steelhead: Interleaving Partially Synchronous and Asynchronous Commit Rules on a Shared DAG
University College London (UCL)（伦敦大学学院）；Mysten Labs
Steelhead是一种双模式共识机制，在共享DAG上交错部分同步与异步提交规则，通过动态调整周期和公共硬币保持活性，经模拟验证性能优异。
2026-09-25 cs.CR cs.DC
Snowman for partial synchrony
本文修改 Snowman 共识协议，使其在部分同步及进程速度不均时仍能保证一致性。
2025-05-26 cs.DC
Loosely-Stabilizing Phase Clocks and the Adaptive Majority Problem
我们提出了一个松散稳定的相位时钟人口协议。在人口模型中，我们给出了一个$n$相同的代理系统，这些代理在一个随机选择的对序列中相互作用。我们的相位时钟是无前导的，它需要$O(\log n)$状态。它永远运行，并且在任何时间点都处于w.h. p的同步状态。当以任意配置启动时，它迅速恢复并在$O(n\log n)$交互w.h. p内进入同步配置。一旦时钟同步，它至少在多$n$并行时间w. h. p.内保持同步配置。我们使用我们的时钟来设计一个松散的-稳定协议，解决了由Alistarh等人引入的比较问题，2021.在这个问题中，代理的子集在任何时候都有$A$或$B$作为输入。目标是跟踪两种意见中哪一种（暂时）占多数。我们表明，如果大多数人至少$Ω(\log n)$代理和一个足够大的偏见是存在的支持，然后协议收敛到一个正确的输出内$O(n\log n)$的相互作用，并保持在一个正确的配置聚$n$的相互作用，w.h. p。
2021-12-02 cs.DC
Network-Agnostic State Machine Replication
我们研究了状态机复制（SMR）的问题--区块链协议解决的根本问题--在存在恶意对手的情况下，恶意对手可以破坏运行协议的一部分方。用于此任务的现有协议假设同步网络（其中所有消息在某个已知时间$Δ$内递送）或异步网络（其中消息可以任意延迟）。虽然后一种情况下的协议似乎提供了更强的保证，但事实并非如此，因为它们（固有地）容忍较低比例的腐败方。我们设计了一个SMR协议，在以下意义上是网络不可知的：如果它是在一个同步网络中运行，它容忍$t_s$损坏方;如果网络碰巧是异步的，它是弹性的$t_a \leq t_s$故障。我们的协议实现了$t_s$和$t_a$之间的最佳权衡。
2020-03-27 cs.CR cs.DC
Distributed Consensus Resilient to Both Crash Failures and Strategic Manipulations
在本文中，我们研究了同步系统中的分布式共识受到意外的崩溃故障和系统中的理性代理的战略操纵。我们适应抗共谋的纳什均衡模型协议的概念，是弹性的崩溃失败和一组串通代理的战略操纵。对于一个$n$分布式代理的系统，我们设计了一个确定性协议，容忍2合谋代理和一个随机化协议，容忍$n - 1$合谋代理，都容忍任何数量的失败。我们还表明，如果勾结者被允许一个额外的通信轮后，每个同步轮，有没有协议，甚至可以容忍2勾结代理和1崩溃失败。
2012-06-06 cs.DC cs.GT
From Few to Many Faults: Optimal Adaptive Byzantine Agreement
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出在同步和部分同步设置下，针对实际拜占庭故障数f，实现消息复杂度和轮复杂度同时最优的确定性协议，并给出异步设置下的近最优随机协议。
2026-06-18 cs.DC
Moonshot: Optimizing Chain-Based Rotating Leader BFT via Optimistic Proposals
本文提出首个基于链的BFT SMR协议Moonshot，实现连续诚实领导者间δ延迟和3δ提交延迟，通过乐观提议优化轮值领导者BFT，显著提升吞吐量并降低延迟。
2024-04-19 cs.DC cs.NI
Threshold Logical Clocks for Asynchronous Distributed Coordination and Consensus
用于异步网络的一致性协议通常是复杂和低效的，导致实际系统依赖于同步协议。本文试图简化异步共识之上建立一个新的阈值逻辑时钟抽象，使上层操作，如果在一个同步网络。这种方法为故障停止节点产生了一个异步共识协议，该协议可能比Paxos及其基于领导者的变体更简单，更强大，不需要共同的硬币，并在恒定的预期回合数中实现共识。同样的方法可以通过建立在成熟的技术上来加强对拜占庭式失败的防范，例如防篡改日志记录和流言、可问责的状态机、阈值签名和见证人共同签名以及可验证的秘密共享。现有抽象和阈值逻辑时钟的这种组合产生了一种模块化的、分层清晰的方法，用于构建实用且高效的拜占庭共识、分布式密钥生成、时间、时间戳和随机性信标以及其他关键服务。
2019-07-16 cs.CR cs.DC cs.NI
Angelfish: Leader, DAG, or Anywhere in Between
The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））；Stellar Development Foundation（恒星开发基金会）；Supra Research（Supra研究）
提出 Angelfish 混合共识协议，通过动态调整部分节点使用尽力广播替代可靠广播，在基于领导者和基于 DAG 的共识之间平滑过渡，兼顾低延迟和高吞吐量。
2026-06-01 cs.CR cs.DC
PISTIS: An Event-Triggered Real-Time Byzantine-Resilient Protocol Suite
社会数字化的加速以及技术的发展扩大了网络物理系统的地理范围。两个主要威胁使得这些系统的可靠和实时的【形】控制具有挑战性：（i）由环境和设备的规模和异质性引起的通信基础设施中的不确定性;以及（ii）恶意地恶化上述通信不确定性的影响的有针对性的攻击，破坏实时的【形】应用的正确性。本文通过展示如何构建分布式协议来解决这些挑战，该协议在概率同步环境中提供实时的【形】实用性能和网络故障和攻击的可扩展性。我们提供了一套实时的【形】拜占庭协议，我们证明是正确的，从一个可靠的广播协议，称为PISTIS，原子广播和共识。该套件简化了强大的分布式和分散式监控和控制应用程序的构建，包括状态机复制。大量的实证模拟展示了PISTIS的鲁棒性、延迟和可扩展性。例如，PISTIS可以承受49个节点的系统中高达50%的消息丢失（和延迟）率，并提供几毫秒量级的有界传递延迟。
2021-03-18 cs.DC
Training LLMs with Fault Tolerant HSDP on 100,000 GPUs
在100,000块GPU上提出容错混合共享数据并行训练方法，通过减少故障恢复停滞时间提升训练效率
2026-01-30 cs.AI cs.DC
Flat Holonomies on Automata Networks
我们考虑异步网络的相同有限（独立于网络的大小或拓扑结构）自动机。我们的自动机驱动任何网络从任何初始配置的状态，到一个连贯的，它可以有效地进行任何计算同步正确初始化的网络相同的大小。在这种网络上有用的数据结构是其边的部分定向。它需要是平坦的，即具有空完整性（在任何循环中没有多余的上或下边缘）。它还需要居中，即具有没有下边缘的唯一节点。有（相互依赖的）自稳定异步有限自动机协议，确保平面中心的方向。这样的协议可以在各种效率参数中变化，并且期望每个协议都可以用任何替代方案来替换，负责简单的有限任务。我们描述了一个有效的减少任何计算任务，任何这样的一组协议符合我们的接口条件。
2011-12-30 cs.DC cs.DM
