You Only Live Multiple Times: A Blackbox Solution for Reusing Crash-Stop Algorithms In Realistic Crash-Recovery Settings
分布式协议为基础的算法通常指定在一个崩溃停止异步模型增强钱德拉和Toueg的不可靠故障检测器。在这样的模型中，正确的节点永远保持正常运行，不正确的节点最终崩溃并永远保持关闭，故障检测器最终永远正确运行。然而，在现实中，节点和通信链路都崩溃和恢复，而没有确定性保证永远保持某种状态。在本文中，我们捕捉到这种现实的临时性和概率行为在一个简单的新系统模型。此外，我们确定了一个大的算法类，我们devis一个属性保持变换。使用这种转换，许多为异步崩溃停止模型编写的算法在实际系统中正确运行，并且没有变化。
2018-11-12 cs.DC
Crash tolerant gathering on grid by asynchronous oblivious robots
考虑一个系统的自主移动机器人最初随机部署在一个匿名的有限网格的节点。聚集算法是由每个机器人独立执行的一系列移动，以便所有机器人在有限时间后在单个节点相遇。机器人以“看-计算-移动”循环运行。在每个周期中，机器人根据占用的节点（\emph{Look}）拍摄网格的当前配置的快照，然后基于感知的配置，决定是保持不变还是移动到相邻节点（\emph{Compute}），并且在后一种情况下相应地进行瞬时移动（\emph{Move}）。机器人具有\emph{weak multiplicity detection}能力，这使它们能够检测节点是否为空或被单个机器人或多个机器人占用。机器人是\emph{asynchronous}、\emph{oblivious}、\emph{anonymous}，不能相互通信和执行相同的分布式算法。然而，在一个有故障的系统中，任何机器人都可以\emph{crash}，这意味着它变得完全不活动，不再参与该过程。在这种情况下，容错收集算法是一种将所有无故障机器人收集在单个节点的算法。本文考虑了一个故障系统，可以有最多一个崩溃故障。有了这些假设，确定性的容错收集算法，收集所有的初始配置，在一个非故障系统，除了一个特定的配置称为\emph{2S2 configuration}是可验证的。
2017-09-04 cs.DC
Designing Asynchronous Multiparty Protocols with Crash-Stop Failures
针对分布式系统故障，提出Teatrino工具链，基于崩溃停止语义的异步多方会话类型，扩展Scribble和Effpi生成协议一致的Scala代码，保证无死锁、一致性和活性。
2023-05-15 cs.DC cs.PL
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
Simulating a Shared Register in a System that Never Stops Changing
模拟一个共享寄存器可以掩盖为异步消息传递系统设计算法的复杂性，因为它允许它们运行为更简单的共享内存模型设计的算法。通常，此类模拟会在多个服务器中复制寄存器的值，并要求读取器和写入器与大多数服务器进行通信。这种方法在静态系统中的成功，其中节点（读取器，写入器和服务器）的集合是固定的，已经激发了几个类似的动态系统的模拟，其中节点可以进入和离开。然而，现有的模拟需要假设系统最终停止变化足够长的时间，或者系统的大小是有界的。本文首次模拟了易崩溃的异步系统中的原子读/写寄存器，该寄存器可以改变大小并承受节点不断进出。模拟允许系统保持变化，前提是在固定时间间隔内进入和离开的节点数量至多是当前系统大小的恒定分数。只要系统中故障节点的数量至多是当前系统大小的一个常数，模拟也容忍节点崩溃。
2017-08-10 cs.DC
Two-Bit Messages are Sufficient to Implement Atomic Read/Write Registers in Crash-prone Systems
原子寄存器无疑是计算科学中最基本的对象。它们在一个n进程异步消息传递系统上的实现受到了很多关注。已经表明，t \textless{} n/2（其中t是可能崩溃的进程的最大数量）是在易崩溃的异步消息传递系统之上构建原子寄存器的必要且充分的要求。考虑到这种情况，本文提出了一种算法，实现了一个单写多读原子寄存器只有四个消息类型，其中没有消息需要携带控制信息，除了它的类型。因此，两个比特足以捕获由所有实现消息携带的所有控制信息。此外，两种类型的消息需要携带数据值，而另外两种类型的消息根本不携带值。据我们所知，该算法是第一个具有这样的最优性质的消息携带的控制信息的大小。从时间复杂度的角度来看，它也特别有效。
2016-02-08 cs.DC cs.IT math.IT
Self-stabilizing Multivalued Consensus in Asynchronous Crash-prone Systems
多值一致性问题是容错分布式计算领域的基础，因为它抽象了一组非常广泛的一致性问题，其中进程必须统一决定V中的特定值v，其中|V| >1。现有的解决方案（容忍过程故障）将多值共识问题减少到二元共识问题，例如，莫斯特法维-雷纳-特罗内尔和张晨我们的研究旨在设计一种更可靠的解决方案。我们是通过自我稳定的视角来这样做的-这是一个非常强的容错概念。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;这些故障表示任何违反系统设计操作所依据的假设的行为（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）自稳定算法的多值共识异步消息传递系统容易出现进程故障和任意瞬态故障。我们的解决方案也是第一个（据我们所知）支持等待自由的解决方案。此外，使用piggybacking技术，我们的解决方案可以同时调用n个二进制共识对象。因此，所提出的自稳定无等待解决方案可以使用比Mostefaoui，Raynal和Tronel的早期非自稳定解决方案更少的资源来终止，该解决方案使用无限数量的二进制共识对象，或者Zhang和Chen，这不是无等待的。
2021-04-07 cs.DC
Registers
Encyclopedia of Algorithms，Ming-Yang Kao，Ed.，斯普林格，出现。同义词：无等待寄存器，无等待共享变量，异步通信硬件。问题定义：考虑一个异步进程系统，这些进程之间的通信仅通过对一组共享变量（也称为共享寄存器）执行读写操作。系统没有全局时钟或其他同步原语。
2006-12-05 cs.DC
When Robots Crash: Optimal Asynchronous Gathering at Weber Meeting Nodes
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度海德拉巴理工学院）；Birla Institute of Technology Mesra（比尔拉理工学院梅斯拉分校）
针对异步匿名无记忆机器人在崩溃故障下的最优聚集问题，提出CrashTolerantWeberGathering算法，使每个机器人独立选择同一韦伯会议节点，避免依赖指定机器人，保证有限时间内聚集并最小化总曼哈顿距离。
2026-10-07 cs.CG cs.DC cs.MA
Easy Impossibility Proofs for k-Set Agreement in Message Passing Systems
尽管是非常相似的一致性问题，但共识和一般k集一致性需要惊人的不同技术来证明具有崩溃故障的异步系统中的不可能性：而不是相对简单的二价论证，如共识的不可能性证明（= 1组一致性）在存在单次碰撞故障的情况下，已知的在具有至少k>1个崩溃故障的系统中k-集合一致性的不可能性的证明使用代数拓扑或Sperner引理的变体。在本文中，我们提出了一个通用的定理，证明不可能的k-集协议在各种消息传递设置，这是基于一个简单的减少，在一定的子系统的共识不可能性。我们证明了我们的结果的广泛适用性，通过探索的可能性/不可能性边界的k集协议在几个消息传递系统模型：（i）异步系统崩溃故障，（ii）部分同步过程（初始）崩溃故障，（iii）异步系统增强故障检测器。在（i）和（ii）中，不可能性部分只是我们主要定理的一个实例，而在（ii）中实现k-集一致性的可能性是通过推广Fisher、Lynch和Patterson针对初始崩溃的共识算法而得出的。在（iii）中，应用我们的技术产生参数k的精确边界，其中k-集一致性可使用Bonnet和Raynal的故障检测器类（Sigma_k，Omega_k）（1<= k<= n-1）求解。考虑到Sigma_k被证明是解决k-集一致性的必要条件，这一结果为寻找最弱故障检测器提供了新的见解。
2011-03-21 cs.DC
Asynchronous Fault-Tolerant Distributed Proper Coloring of Graphs
本研究针对异步崩溃易发LOCAL模型，提出容错顶点着色算法，实现$O(\Delta^2)$着色及环的5着色，并证明$k<5$时环无法$k$着色，扩展了经典结果并修复了先前算法缺陷。
2024-08-20 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
Communication Requirements for Linearizable Registers
Technion, Israel（以色列理工学院）
本文研究了异步消息传递系统中可线性化原子寄存器实现的通信需求，证明了为保持操作顺序必须使用大量消息链，揭示了此类实现的结构复杂性和成本。
2026-04-07 cs.DC
Asynchronous Exclusive Selection
我们考虑的任务分配唯一的整数到一组进程中的一个异步分布式系统的$n$进程容易崩溃，通过共享的读写寄存器进行通信。在重命名问题中，任意一组持有范围$[N]=\{1,\ldots,N\}$中的原始名称的$k\le n$进程使用一些$r$辅助共享寄存器竞争获取更小范围$[M]$中的唯一整数作为新名称。我们给出了一些无等待的重命名算法，特别是一个自适应的一个具有$M=8k-\lg k-1$作为一个约束的范围内的新名称，在$O(k)$本地步骤和使用$r=O(n^2)$寄存器。作为一个下限，我们表明，在最坏的情况下，一个无等待的解决方案，重命名需要$1+\min\{k-2,\lfloor\log_{2r} \frac{N}{M+k-1}\rfloor\}$步骤。我们应用重命名算法来获得存储和收集问题的解决方案，这是关于一组$k\le n$进程的原始名称在范围$[N]$提出个别值（操作存储）和返回所有建议值的视图（操作收集），同时使用一些$r$辅助共享读写寄存器。我们考虑一个问题Mining-Names，在这个问题中，进程可能会反复请求正整数作为新的名称，但要受到这样的约束，即没有整数可以分配给不同的进程，并且在无限次执行中，从未获得的整数作为名称的数量是有限的。我们给出了两个解决方案，挖掘名称在分布式系统中，有无限多个共享的读写寄存器可用。非阻塞解决方案最多保留$2n-2$非负整数不作为名称分…
2021-09-29 cs.DC
Anonymous Obstruction-free $(n,k)$-Set Agreement with $n-k+1$ Atomic Read/Write Registers
$k$ -集合一致性问题是一致性问题的推广。即，假设每个过程提出一个值，每个非故障过程必须决定一个值，使得每个决定的值被提出，并且不超过$k$不同的值被决定。这是一个难题，因为在异步系统中，一旦$k$或多个进程崩溃，就无法解决这个问题。规避这种不可能性的一种方法是削弱其终止属性，要求进程只有在足够长的时间内单独执行时才终止（决定）。这就是著名的无障碍进展条件。考虑一个由$n$ { \it anonymous asynchronous}进程组成的系统，其中进程之间通过原子寄存器进行通信，并且其中任意数目的进程都可能崩溃，本文提出并解决了一个具有挑战性的公开问题：设计一个仅使用$(n-k+1)$原子寄存器的无障碍$k$ -集合协商算法.从共享内存成本的角度来看，该算法是迄今为止已知的最佳算法，从而建立了解决问题所需的寄存器数量的新上限（相对于先前的上限，其增益为$(n-k)$）。该算法，然后扩展到解决重复版本的$(n,k)$ -集协议。由于它是最佳的原子读/写寄存器的数量，该算法关闭了以前建立的下/上界的差距为匿名和非匿名版本的重复$(n,k)$ -集协议问题。最后，对于$1 \leq x\leq k \textless{} n$，还描述了适合于$x$的推广--无障碍，其仅需要$(n-k+x)$原子寄存器。
2015-07-02 cs.DC
Possibility and Impossibility of Reliable Broadcast in the Bounded Model
可靠广播概念允许诚实的一方向所有其他方发送消息，并确保所有诚实的一方都能收到该消息。此外，它还允许收到消息的诚实方知道所有其他诚实方也会收到相同的消息。这种技术对于在遇到故障时确保分布式一致性非常重要。在当前的文件中，我们研究的能力，使用\RR一致地传输一个序列的输入值在异步环境中指定的发送者。这个任务可以很容易地使用计数器来实现，但不能用有限的内存来实现。我们弱化了这个问题，并询问接收者是否至少可以共享一个共同的后缀。我们证明，在一个标准的（无损）异步系统中，没有有界内存协议可以保证一个共同的后缀在所有接收器的每个输入序列，如果一个单一的一方可能会崩溃。我们进一步研究的问题，面临的瞬态故障，并证明，当限制的问题，以传输流的一个单一的值被反复发送，我们展示了一个有界的内存自稳定协议，可以确保一个共同的后缀，即使在存在的瞬态故障和任意数量的崩溃故障。我们进一步证明，这最后一个问题是无法解决的存在下，一个单一的拜占庭故障。因此，该问题{ \bf分离}异步环境中的拜占庭行为和崩溃故障。
2016-11-16 cs.DC
An Impossibility Result on Strong Linearizability in Message-Passing Systems
我们证明，在异步消息传递系统中，在最多一个进程可能会崩溃，有没有锁的强线性化实现的弱对象，我们称之为测试或设置（ToS）。此对象允许单个可区分进程应用一次设置操作，并允许不同的可区分进程也应用一次测试操作。由于该弱对象可以直接由单写入器单读取器（SWSR）寄存器（以及诸如最大寄存器、快照和计数器之类的其他常见对象）实现，因此该结果意味着在消息传递系统中不存在SWSR寄存器（以及这些其他对象）的$1$弹性无锁强可线性化实现。我们还证明了在异步消息传递系统中，2-writer 1-reader（2 W1 R）寄存器没有$1$弹性无锁\emph{write}强线性化实现。
2021-08-09 cs.DC
Atomic Read/Write Memory in Signature-free Byzantine Asynchronous Message-passing Systems
本文提出了一种无签名的分布式算法，它在一个$n$进程异步消息传递系统上建立一个原子读/写共享存储器，在该系统中，多达$t<n/3$进程可以提交Byzantine故障。从概念的角度来看，该算法被设计为尽可能接近Attiya，Bar-Noy和Dolev（JACM 1995）提出的算法，该算法在$n$进程异步消息传递系统中构建原子寄存器，其中多达$t<n/2$进程可能崩溃。所提出的算法特别简单。它不使用密码学来处理拜占庭进程，并且从$t$弹性的角度来看（$t<n/3$）是最佳的。读操作需要$O(n)$消息，写操作需要$O(n^2)$消息。
2015-12-07 cs.DC
On implementing SWMR registers from SWSR registers in systems with Byzantine failures
从（潜在的）较弱寄存器实现寄存器是分布式计算理论中的一个经典问题。自从Lamport的开创性工作[13]以来，这个问题已经在具有崩溃故障的异步进程的上下文中得到了广泛的研究。在本文中，我们调查这个问题的背景下，拜占庭进程失败，有和没有进程签名。我们首先证明，如果没有签名，没有等待免费的线性化实现的1-writer n-reader寄存器从原子1-writer 1-reader寄存器。事实上，我们展示了一个更强的结果，即，即使在写入器只能崩溃并且最多一个读取器可能是恶意的假设下，也没有从原子1-写入器（n-1）-读取器寄存器中线性化实现1-写入器n-读取器寄存器，以确保每个正确的进程最终完成其操作。鉴于这一不可能的结果，我们给出了两个实现的1-writer n-reader寄存器从原子1-writer 1-reader寄存器，在不同的假设下工作。第一种实现是可线性化的（在任何进程失败的组合下），但它保证每个正确的进程只有在编写者是正确的或没有读取者是恶意的假设下才能最终完成其操作--从而匹配不可能的结果。第二个实现假设流程签名;它是有界的、无等待的，并且在任何流程故障组合下都是线性的。最后，我们表明，如果没有进程签名，即使我们假设作者是正确的，最多有一个读者可以是恶意的，它是不可能保证每个正确的读者完成每个读操作在有限数量的步骤。
2023-02-20 cs.DC cs.DS
Better Sooner Rather Than Later
本文统一推广了异步崩溃易发分布式计算中的基本结果，证明当进程故障仅发生在参与进程数超过阈值 n-k 之前时，存在异步算法当且仅当 f≤k 时能解决 n 进程共识问题，并统一了 FLP 不可能性结果与 Dijkstra 互斥结果，揭示故障发生越早可容忍越多。
2023-09-20 cs.DC
Amortized Constant Round Atomic Snapshot in Message-Passing Systems
我们研究了格协议（LA）和原子快照的异步消息传递系统中的问题，多达$f$节点可能会崩溃。我们的主要结果是一个崩溃容忍原子快照算法与\textit{amortized constant round complexity}。据我们所知，Delporte等人[TPDS，18]给出了最佳先验结果，如果扫描次数多于更新次数，则具有摊销的$O(n)$复杂度。如果存在$Ω(\sqrt{k})$操作，则我们的算法实现了摊销常数轮，其中$k$是执行中的实际失败次数，并且由$f$限制。此外，当没有失败时，我们的算法无条件地具有$O(1)$轮复杂度。为了实现摊销常数轮复杂度，我们设计了一个简单的\textit{early-stopping}格协议算法，并使用它来“订购”我们的快照对象的更新和扫描操作。我们的LA算法具有$O(\sqrt{k})$轮复杂度。这是异步系统中第一个早停LA算法。
2020-08-29 cs.DC
Election in Fully Anonymous Shared Memory Systems: Tight Space Bounds and Algorithms
本文讨论由$n$异步进程组成的完全匿名系统中的选举，这些进程通过原子读写寄存器或原子读-修改-写寄存器进行通信。给定一个整数$d\in\{1,\dots, n-1\}$，考虑两个选举问题：$d$ -选举（至少一个且至多$d$进程被选举）和精确$d$ -选举（精确$d$进程被选举）.完全匿名意味着进程和共享寄存器都是匿名的。内存匿名性意味着进程可能对共享寄存器的名称不一致。也就是说，相同的寄存器名$A$可以表示用于不同进程的不同寄存器，并且由进程使用的寄存器名$A$和由另一进程使用的寄存器名$B$可以寻址相同的共享寄存器。
2022-03-06 cs.DC
On Composition and Implementation of Sequential Consistency
为了在同步消息传递系统中实现可线性化的共享存储器，有必要等待一段时间，该时间与读写操作的网络延迟的不确定性成线性关系。只等待其中一个就足以实现顺序一致性。本文将这一结果扩展到易崩溃的异步系统，提出了一种分布式算法，在异步消息传递系统的顶部上构建顺序一致的共享快照内存，其中不到一半的进程可能会崩溃。我们证明，等待是需要的，只有当一个进程调用一个读/快照后写。我们还表明，顺序一致性是可组合的，在某些情况下，通常会遇到：1）对象，如果他们被实现在一个可线性化的内存顶部线性化成为顺序一致时，实现在一个顺序的内存顶部，同时保持可组合和2）在基于轮的算法，其中每个对象只在一轮访问。
2016-07-27 cs.DC
Self-Stabilizing Snapshot Objects for Asynchronous Fail-Prone Network Systems
快照对象模拟可以原子读取的单写入器/多读取器共享寄存器数组的行为。Delporte-Gallet等人提出了两种用于异步易崩溃消息传递系统中快照对象的容错算法。他们的第一个算法是\emph{non-blocking};它允许在所有写入操作停止后终止快照操作。它使用$O(n ν)$位的$O(n)$消息，其中$n$是节点数，$ν$是表示对象所需的位数。他们的第二个算法允许快照操作总是独立于写操作终止。它会引发$O(n^2)$消息。Delporte-Gallet等人的故障模型考虑了节点崩溃。我们的目标是通过自我稳定的镜头设计更强大的快照对象-一个非常强大的容错概念。除了Delporte-Gallet et al.的故障模型，我们的自稳定算法可以恢复后发生的瞬态故障，这些故障代表任意违反的假设，根据该系统的设计操作。我们提出了自稳定的变化Delporte-Gallet等人。的非阻塞算法和总是终止算法。我们的算法有类似的Delporte-Gallet等人的通信成本。和$O(1)$恢复时间从瞬态故障。主要的区别是，我们的建议，考虑重复八卦的$O(ν)$位消息和处理有界空间。我们还考虑了一个输入参数，$δ$，我们声称有能力平衡快照操作的成本。我们验证了我们的正确性证明，评估了Delporte-Gallet等人的性能。的算法和我们提出的变化，并通过PlanetLab实验，其中观察到显着的延迟和通信成…
2020-02-28 cs.DC
On Composition and Implementation of Sequential Consistency (Extended Version)
已经证明，要在同步消息传递系统中实现可线性化的共享存储器，有必要等待与读写操作的网络延迟的不确定性成比例的时间，而在读或写操作期间的等待对于顺序一致性是足够的。本文将这一结果扩展到易崩溃的异步系统。我们提出了一个分布式算法，建立一个顺序一致的共享内存抽象与快照上的异步消息传递系统，其中不到一半的进程可能会崩溃。我们证明，只有当读/快照之前是写在同一个进程中，有必要等待。我们还表明，顺序一致性是可组合的，在某些情况下，通常会遇到：1）对象，如果他们被实现在一个可线性化的内存顶部线性化成为顺序一致时，实现在一个顺序的内存顶部，同时保持可组合和2）在基于轮的算法，其中每个对象只在一轮访问。
2016-07-29 cs.DC
Impossibility of Strongly-Linearizable Message-Passing Objects via Simulation by Single-Writer Registers
构造复杂分布式系统的一个关键方法是通过可线性化并发对象的模块化组合。一个突出的例子是共享寄存器，它在消息传递系统之上有容错实现，允许共享内存的优点延续到消息传递。然而，线性寄存器在随机程序中使用时并不总是正确的。加强线性化，称为强线性化，已被证明可以保持概率行为，以及其他超安全属性。为了利用消息传递系统中的组合和抽象，了解消息传递中是否存在强线性化的寄存器实现是至关重要的。本文回答了这个问题的否定：有没有强线性化的容错消息传递实现的多写寄存器，最大寄存器，快照或计数器。这一结果证明了从Helmi等人的相应结果减少。减少是BG模拟的一种新的扩展，连接共享内存和消息传递，支持长寿对象，并保持强线性化。主要的技术挑战来自于在模拟消息传递算法中容忍的潜在极小部分故障和可能影响模拟共享存储器系统的大部分故障之间的差异。这种减少是通用的，可以看作是消息传递中共享内存的ABD模拟的逆。
2021-08-27 cs.DC
Hyperproperty-Preserving Register Specifications (Extended Version)
本文针对并发寄存器实现的超属性推理难题，提出写强线性化与决定性线性化两类非原子规范，覆盖单写者ABD与多写者ABD实现，支持超属性推理，并揭示崩溃容错消息传递系统中模拟共享内存的保证。
2024-08-20 cs.DC
Equivalence and Separation between Heard-Of and Asynchronous Message-Passing Models
Technion – Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；Instituto de Matemáticas, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学数学研究所）；Université Paris-Saclay, CNRS, ENS Paris-Saclay, Laboratoire Méthodes Formelles（巴黎萨克雷大学）；Institut Universitaire de France（法国高等研究院）
研究比较了异步消息传递模型与Heard-Of模型在解决无色任务和有色任务中的等价性与分离性，指出在特定条件下两者等价，而更大f值下存在分离。
2026-03-17 cs.DC
A Necessary Condition for Byzantine $k$-Set Agreement
这篇短文提出了一个必要条件拜占庭$k$ -集协议（同步或异步）消息传递系统和异步共享内存系统的进程通过原子单写多读寄存器进行通信。本文给出了一个特别简单的证明：当$k$.对于同步消息传递系统中的$k=1$（拜占庭共识）情况，该界限是紧的。
2015-12-19 cs.DC
Fault-Tolerant Computing with Unreliable Channels (Extended Version)
研究在进程崩溃和信道故障的消息传递系统中实现容错原语的条件，提出一种对连接性要求最优且适应不稳定信道消息丢失的部分同步共识算法。
2023-11-28 cs.DC
The Space Complexity of Long-lived and One-Shot Timestamp Implementations
本文讨论了在具有不同标识符的n个处理器的异步分布式系统中，从多作者原子寄存器中实现无界时间戳对象的问题，其中时间戳取自任意论域。Ellen，Fatourou和Ruppert（2008）表明，sqrt{n}/2-O（1）寄存器是任何从原子寄存器无障碍实现长寿时间戳系统所必需的（这意味着处理器可以重复获得时间戳）。我们从两个方面改进了现有的下界。首先，我们建立了一个下限的n/6 - O（1）寄存器的无障碍长寿时间戳问题。以前这样的线性下限只知道时间戳问题的约束版本。这个界限是渐近紧的; Ellen，Fatourou和Ruppert（2008）构建了一个使用n-1个寄存器的无等待算法。其次，我们证明了sqrt{n} - O（1）寄存器是任何无障碍实现单次时间戳系统所必需的（这意味着每个处理器最多只能获得一次时间戳）。我们表明，这个界限也是渐近紧的，通过提供一个无等待的单次时间戳系统，使用少于2 sqrt{n}寄存器，从而建立一个空间复杂度单次和长寿的时间戳系统之间的差距。
2011-12-21 cs.DC
On the Power of Impersonation Attacks
在本文中，我们考虑一个同步消息传递系统，在每一轮的外部对手能够发送每个处理器多达k个消息伪造的发送者身份和任意的内容。它正式表明，这种模拟模型是略强于异步消息传递模型崩溃失败。特别地，我们证明了（k+1）-集协议可以解决这个模型，而k-集协议是不可能的，任何k>=1。异步模型和模拟模型的不同强度表现在保序重命名问题上，对于保序重命名问题，模拟模型中存在具有n+k个目标命名空间的算法，而在保序重命名情况下需要指数级更大的命名空间。
2010-07-07 cs.DC
Reliable Self-Stabilizing Communication for Quasi Rendezvous
本文提出了三个基本的公平和可靠的链路通信原语的自稳定协议。我们假设一个链接寄存器通信模型下的读/写原子，其中每个进程可以读取，但不能写入其邻居的寄存器。第一个原语保证任何进程只有在其所有邻居都读取了前一个值之后才在其寄存器中写入新值，无论进程的动作的初始调度如何。第二个原语通过使用交替位协议实现了“弱会合”通信机制：每当一个进程连续将n个值（可能是相同的值）写入寄存器时，每个邻居都保证从寄存器中读取每个值至少一次。在前一个协议的基础上，第三个原语实现了一个“准会合”：换句话说，这个原语进一步确保了两个写操作之间只存在一个读操作所有协议都是自稳定的，并且在异步任意网络中运行。本文的目标是通过一个单独的过程来处理每个原语，这可以在更复杂的自稳定协议中用作“黑盒”。
2010-05-31 cs.DC
Time is not a Healer, but it Sure Makes Hindsight 20:20
本文重新审视分布式计算中三个经典共识不可能性结果，证明系统等价性，并借鉴Völzer和Borowski-Gafni方法，在Santoro-Widmayer同步系统中给出简洁证明，提出教学应先讲等价性。
2024-05-28 cs.DC
Efficient and Modular Consensus-Free Reconfiguration for Fault-Tolerant Storage
仲裁系统是在出现故障时实现一致和可用存储的有用工具。这些系统通常包括一组静态服务器，其提供由一组客户端访问的容错读/写寄存器。我们考虑这些系统的动态变体，并提出FreeStore，一组容错协议，模拟在动态异步系统中的进程能够加入/离开服务器设置在执行过程中的寄存器。这些协议使用了一个新的抽象称为视图生成器，捕获协议的要求，重新配置，并可以在不同的系统模型实现不同的属性。特别有趣的是，我们提出了一个重新配置协议，是模块化的，高效的，无共识和松散耦合的读/写协议，提高整体系统的性能。
2016-07-18 cs.DC
On the Practicality of Atomic MWMR Register Implementations
多写入器/多读取器（MWMR）原子寄存器实现在异步、易崩溃的消息传递环境中提供精确的一致性保证。快速MWMR原子寄存器实现首先在Englert等人2009年引入。快速性是以不牺牲正确性的单轮读写操作的数量来衡量的。然而，Georgiou等人在2011年的研究中表明，在这些实现中，降低通信成本是不够的。特别是，考虑到性能是根据由于（a）通信延迟和（b）本地计算引起的读写操作的延迟来测量的，他们引入了两种新的算法，以减少计算来交换通信。由于计算仍然是算法的一部分，有人可能会想：在实时系统中，通信和本地计算之间的权衡是什么？在这项工作中，我们进行了实验性能评估的四个MWMR原子寄存器实现：SFW从Englert等人。2009年，APRX-SFW和CWFR从Georgiou等人。2011年，和推广的传统算法Attiya等人。1996年在MWMR环境中，我们称之为SIMPLE。我们在NS 2，一个单处理器模拟器，和PlanetLab，一个行星级的实时网络平台上实现和评估的算法。我们的比较提供了一个经验的答案，上述问题，并证明了原子MWMR寄存器实现的实用性。
2012-04-09 cs.DC cs.DS
$t$-Resilient $k$-Immediate Snapshot and its Relation with Agreement Problems
即时快照对象是一种高级通信对象，建立在读/写分布式系统之上，其中除了一个进程之外的所有进程都可能崩溃。它允许进程写入一个值并获得一组值，这些值表示写入对象的值的快照，这些快照在写入步骤之后立即发生。考虑到$n$ -进程模型，其中多达$t$进程可能崩溃，本文首先介绍了$k$ -弹性立即快照对象，它是基本立即快照（对应于$k=t=n-1$情况）的自然推广。除了基本立即快照的集合包含属性之外，$k$弹性立即快照对象还要求返回到进程的每个集合至少包含$(n-k)$对。本文首先指出，对于$k,t<n-1$，在异步读写系统中不可能实现$k$ -弹性立即快照.然后研究了在$n$ -进程$t$ -崩溃读写系统中不可能解决的对象空间。然后，本文研究了一种计算模型，其中进程通过访问$k$ -即时快照对象相互通信，并表明该模型比$t$ -崩溃模型更强大。考虑到空间的$x$ -集协议问题（这是不可能解决的系统，如$x\leq t$），本文表明，$x$ -集协议可以解决在读/写系统丰富的$k$ -立即快照对象$x=\max(1,t+k-(n-2))$。它还表明，在这些系统中，$k$ -弹性即时快照和共识是等效的，当$1\leq t<n/2$和$t\leq k\leq (n-1)-t$。因此，%感谢它提供的问题图，本文建立了强大的关系，连接基本的分布式计算对象（一个与通信有关，另一个与协议有关），这是不可能在…
2020-09-30 cs.DC
Lattice Agreement in Message Passing Systems
本文研究了分布式消息传递系统中的格一致性问题和广义格一致性问题。在格一致性问题中，给定来自格的输入值，过程必须非平凡地决定位于链上的输出值。我们考虑了同步和异步系统中的格协议问题。对于同步格协议，我们提出了两个算法，分别运行在$\log f$和$\min \{O(\log^2 h(L)), O(\log^2 f)\}$轮，其中$h(L)$表示的高度{ \em输入子格} $L$，$f < n$是崩溃故障的系统可以容忍的数量，和$n$是系统中的进程数。这些算法具有比先前已知的算法显著更好的轮复杂度。Attiya等人的算法\cite{attiya1995atomic}采用$\log n$同步循环，而Mavronicolasa \cite{mavronicolasabound}的算法采用$\min \{O(h(L)), O(\sqrt{f})\}$循环。对于异步格协议，我们提出了一种算法，它的时间复杂度为$2 \cdot \min \{h(L), f + 1\}$消息延迟，提高了以前已知的$O(n)$消息延迟的时间复杂度。广义格协议问题是由Falkman等人在\cite{faleiro2012generalized}中定义的，它是格协议问题的推广，其中它被应用于复制状态机。我们提出了一个算法，保证在异步系统中的大多数进程是正确的时，活性。我们的算法需要$\min \{O(h(L)), O(…
2018-07-30 cs.DC
Simple Executions of Snapshot Implementations
在并发编程中，众所周知的快照原语允许n个异步进程将值写入单写入寄存器阵列，并为每个进程获取这些寄存器的快照。在本文中，我们提供了一个制定的快照算法的线性化条件，在某些数学函数的存在。此外，我们确定了一个简化的快照实现的属性，我们称之为“基于时间表的算法”。就我们所知，每个已发布的快照算法都是基于时间表的，在这个意义上，这个属性是很自然的假设。在此基础上，我们证明，当处理基于调度的算法，它足以考虑只有一小类非常简单的执行证明或证伪的线性化方面的正确性。我们相信，本文提出的思想可能有助于设计自动验证的快照算法。由于验证线性化最近被证明是EXPSPACE完全的，专注于独特的对象（在我们的情况下快照）可能会导致设计限制，但可行的验证方法。
2015-02-10 cs.DC
Dynamic Byzantine Reliable Broadcast [Technical Report]
可靠广播是一种通信原语，直观地保证分布式系统中的所有进程都传递相同的消息集。这个原语吸引人的原因是双重的：（i）我们可以在完全异步的环境中确定性地实现它，不像共识和全序广播这样更强大的原语，然而（ii）可靠的广播足够强大，可以实现支付系统等重要应用。本文所解决的问题是动态可靠广播，即，允许进程加入或离开系统。该属性对于长寿命应用程序（旨在高度可用）来说是理想的，但在之前的异步可靠广播协议中已被排除。我们在一般的对抗性（即，拜占庭）环境。我们介绍了第一个规范的动态拜占庭可靠广播（DBRB）原语，是服从异步实现。然后，我们提出了一个算法实现此规范在异步网络。我们的DBRB算法确保如果系统中的任何正确进程广播消息，则每个正确进程都传递该消息，除非它离开系统。此外，如果一个正确的进程传递了一条消息，那么每个没有表达离开系统意愿的正确进程都会传递这条消息。我们假设系统中超过$2/3$的进程在任何时候都是正确的，这在我们的上下文中是严格的。我们还表明，如果系统中只有一个进程可能失败-它只能通过崩溃失败-那么就不可能实现更强的原语，确保如果系统中的任何正确进程广播或传递消息，那么系统中的每个正确进程都传递该消息-包括那些离开的进程。
2020-11-20 cs.DC
Reconfigurable Broadcast Networks and Asynchronous Shared-Memory Systems are Equivalent (Long Version)
我们证明了两个分布式计算模型，即可重构广播网络（RBN）和异步共享内存系统（ASMS），这是独立介绍的等价性。RBN和ASMS都是一组匿名、有限状态进程运行相同协议的系统。在RBN中，进程通过选择性广播进行通信：一个进程可以广播一条消息，该消息被它的所有邻居接收，并且进程的邻居集合可以随时间任意改变。在ASMS中，进程通过共享内存进行通信：进程可以对共享寄存器进行写操作或读操作。我们的主要结果是，RBN和ASMS可以相互模拟，即它们在参数化可达性方面是等价的，其中我们给出两组（可能是无限的）配置C和C'，它们由每个状态中进程数量的上下界定义，我们想决定C中的某些配置是否可以达到C'中的某些配置。使用这种模拟等价性，我们将RBN的结果转移到ASMS，反之亦然。最后，我们证明了RBN和ASMS可以模拟第三种分布式模型，称为即时观察（IO）网。此外，对于一个稍微强一些的模拟概念（本文给出的所有模拟都满足这个概念），我们证明了IO网不能模拟RBN。
2021-08-26 cs.DC cs.LO cs.MA
Relaxed Queues and Stacks from Read/Write Operations
考虑到异步共享内存系统中，任何数量的进程可能会崩溃，这项工作确定并正式定义放松队列和堆栈，可以是非阻塞或等待自由，同时只使用读/写操作实现。集合线性化和区间线性化被用来形式化地描述松弛，并精确地识别保持原始顺序行为的执行子集。松弛允许不同的操作多次返回一个项目，但仅限于并发的情况;我们称这样的属性为多重性。堆栈实现是无等待的，而队列实现是非阻塞的。区间线性化用来描述一个具有多重性的队列，另外一个放松是出队操作可以返回弱空，这意味着队列可能是空的。本文提出了一种并发队列的读/写无等待区间线性化算法。据我们所知，这项工作是第一个提供多重性和弱空性概念的形式化，只能在读/写寄存器上实现。
2020-11-04 cs.DC
Reconfigurable Atomic Transaction Commit (Extended Version)
现代数据存储通过将数据划分为碎片来实现可扩展性，并通过在多个服务器上复制每个碎片来实现容错。这种系统的一个关键组件是事务认证服务（TCS），它原子地提交跨越多个分片的事务。现有的TCS协议需要每个分片2f+1个崩溃停止副本来容忍f个故障。在本文中，我们提出了原子提交协议，只需要f+1副本，并重新配置系统失败后，使用外部重新配置服务。我们还严格证明，这些协议正确地实现了最近提出的TCS规范。我们目前的协议在两个不同的模型-标准的异步消息传递模型和模型与远程直接内存访问（RDMA），它允许一台机器通过网络访问另一台机器的内存，而不涉及后者的CPU。我们的协议的灵感来自最近的FARM系统基于RDMA的事务处理。我们的工作将FARM的核心思想编纂为分布式TCS协议，严格证明了它们的正确性，并强调了使用RDMA所需的权衡。
2019-06-04 cs.DC
Set-Constrained Delivery Broadcast: Definition, Abstraction Power, and Computability Limits
本文介绍了一种新的通信抽象，称为集约束交付广播（SCD-广播），其目的是当用户必须在容易发生进程崩溃故障的异步消息传递系统中实现对象或分布式任务时，为其提供适当的抽象级别。该抽象允许每个进程广播消息并以这样的方式递送消息集合的序列，即，如果进程递送包括消息m的消息集合并且随后递送包括消息m '的消息集合，则没有进程首先递送包括m '的消息集合并且随后递送包括m的消息集合。在提出了一种实现SCD广播的算法之后，本文研究了它的编程能力和可计算性限制。在“电源”方面，它提出了SCD广播为基础的算法，这是既简单又有效，构建对象（如快照和无冲突的复制数据），和分布式任务。在“可计算性限制”方面，它表明SCD广播和读/写寄存器在计算上是等效的。
2017-06-15 cs.DC
Reconfigurable Broadcast Networks and Asynchronous Shared-Memory Systems are Equivalent
我们证明了两个分布式计算模型，即可重构广播网络（RBN）和异步共享内存系统（ASMS），这是独立介绍的等价性。RBN和ASMS都是一组匿名、有限状态进程运行相同协议的系统。在RBN中，进程通过选择性广播进行通信：一个进程可以广播一条消息，该消息被它的所有邻居接收，并且进程的邻居集合可以随时间任意改变。在ASMS中，进程通过共享内存进行通信：进程可以对共享寄存器进行写操作或读操作。我们的主要结果是，RBN和ASMS可以相互模拟，即它们在参数化可达性方面是等价的，其中我们给出两组（可能是无限的）配置C和C'，它们由每个状态中进程数量的上下界定义，我们想决定C中的某些配置是否可以达到C'中的某些配置。使用这种模拟等价性，我们将RBN的结果转移到ASMS，反之亦然。最后，我们证明了RBN和ASMS可以模拟第三种分布式模型，称为即时观察（IO）网。此外，对于一个稍微强一些的模拟概念（本文给出的所有模拟都满足这个概念），我们证明了IO网不能模拟RBN。
2021-09-17 cs.DC cs.LO cs.MA
Self-stabilizing Byzantine Fault-tolerant Repeated Reliable Broadcast
我们研究了一个著名的通信抽象称为拜占庭可靠广播（BRB）。这种抽象是容错分布式系统的设计和实现的核心，因为许多容错分布式应用程序需要在消息传递上具有可证明保证的通信。我们的研究重点是容错实现的消息传递系统，容易出现进程故障，如崩溃和恶意行为。在PODC 1983年，Bracha和Toueg，简称BT，解决了BRB问题。BT具有最佳的弹性，因为它可以处理t <n/3的拜占庭进程，其中n是进程的数量。目前的工作旨在设计一个更强大的解决方案比BT扩展其故障模型与自稳定，一个有力的概念容错。除了容忍拜占庭和通信故障之外，自稳定系统还可以在任意瞬时故障发生后恢复。这些故障表示违反了系统设计运行所依据的假设（假设算法代码保持完整）。我们建议，据我们所知，第一个自我稳定拜占庭容错（BFT）的解决方案，重复BRB在无签名的消息传递系统（以下BT的问题规范）。我们的贡献包括BT的自稳定变化，解决了异步系统的单实例BRB。我们还考虑了单实例BRB实例的回收问题。我们的无时间系统的自稳定BFT回收促进了预定义数量的BRB调用的并发处理，通过这种方式，可以作为自稳定BFT共识的基础。
2022-10-03 cs.DC
