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
Self-stabilizing Uniform Reliable Broadcast
我们研究了一个著名的通信抽象称为统一可靠广播（URB）。URB在容错分布式系统的设计和实现中处于核心地位，因为许多非平凡的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。我们的研究重点是无时间的消息传递系统，容易发生节点故障的容错实现。此外，我们的目标是设计一个更强大的通信抽象。我们通过自我稳定的镜头来做到这一点--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自稳定URB解决方案的时间自由的消息传递系统，容易发生节点故障。该算法具有O（bufferUnitSize）的稳定时间（异步周期）从任意瞬态故障，其中bufferUnitSize是一个预定义的常数，可以根据可用的内存设置。此外，我们的算法的通信成本是类似的非自稳定的国家的最先进的。主要的区别是，我们的建议，考虑了重复八卦的O（1）比特的消息和处理有界空间（这是自稳定的先决条件）。具体地，每个节点需要存储多达bufferUnitSize n个记录，并且每个记录的大小为O（v + n log n）位，其中n是系统中的节点数，v是编码单个URB实例所需的位数。
2020-01-09 cs.DC
AllConcur: Leaderless Concurrent Atomic Broadcast (Extended Version)
许多分布式系统需要相关组件之间的协调。随着系统规模的不断扩大，系统发生故障的概率也在不断增加，这就需要可扩展的容错协议。对于这种场景，最常见的实际协议协议是基于领导者的原子广播。在这项工作中，我们提出了AllConcur，一个分布式系统，通过一个无领导者的并发原子广播算法提供协议，因此，不受中央协调员的瓶颈。在AllAccuur中，所有组件都通过一个逻辑覆盖网络并发交换消息，该网络采用提前终止来最大限度地减少协议延迟。我们的AllAccuur实现支持标准的基于套接字的TCP以及高性能的InfiniBand Verbs通信。AllAccuur每秒可以处理多达1.35亿个请求，吞吐量比当今基于领导者的标准协议（如Libpaxos）高出17倍。因此，AllAccuur在现有解决方案方面具有很强的竞争力，并且由于其分散的方法，可以在各种领域实现迄今为止无法实现的系统设计。
2017-04-21 cs.DC
Optimizing Communication in Byzantine Agreement Protocols with Slim-HBBFT
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）
Slim-HBBFT通过优化通信复杂性，改进原子广播协议的安全性和可靠性。
2025-11-20 cs.DC
A Dual Digraph Approach for Leaderless Atomic Broadcast (Extended Version)
许多分布式系统工作在一个公共的共享状态;在这样的系统中，分布式协议是必要的一致性。随着服务器数量的增加，这些系统变得更容易受到单服务器故障的影响，从而增加了容错的相关性。原子广播使容错分布式协议，但它是昂贵的解决。大多数实用的算法需要对每个广播消息进行线性工作。AllAccuur--一种无领导的方法--通过稀疏的弹性覆盖网络连接服务器来减少工作量;然而，这种弹性需要冗余，限制了工作量的减少。在本文中，我们提出了一种原子广播算法AllAccuur+，它解除了这一限制：在没有故障的间隔期间，它通过使用无冗余的覆盖网络实现了最小的工作。当发生故障时，它会通过切换到弹性覆盖网络自动恢复。在我们对非故障场景的性能评估中，AllConcur+实现了与AllGather（一种非容错分布式协议算法）相当的吞吐量，并且在吞吐量和延迟方面都优于AllConcur、LCR和Libpaxos。此外，我们对故障场景的评估表明，AllAccuur+的预期性能对于偶尔的故障是稳健的。因此，对于实际用例，在没有故障的间隔期间利用无冗余分布式协议可以显著提高性能。
2019-12-12 cs.DC
Slim-ABC: An Optimized Atomic Broadcast Protocol
针对传统原子广播协议通信复杂度高、资源浪费的问题，提出新型协议Slim-ABC，借助异步公共子集与可证明广播机制降低通信复杂度，在接受请求数的权衡下仍保障安全属性，提升了分布式系统效率。
2024-10-05 cs.DC
A Modular Approach to Construct Signature-Free BRB Algorithms under a Message Adversary
本文研究在双重对手下实现无签名可靠广播的问题，提出模块化策略与新型通信抽象 $k2\ell$-cast，重构出同时容忍拜占庭进程和消息丢失的异步广播算法，且效率优于原算法。
2024-08-30 cs.DC
Byzantine Agreement, Broadcast and State Machine Replication with Near-optimal Good-case Latency
本文研究了同步认证环境下拜占庭协议、广播和状态机复制的\textit{good-case latency}问题。好情况延迟度量捕获当所有非故障方具有相同输入时（或在BB/SMR中，当发送者/领导者没有故障时）达成协议所需的时间。前面的结果意味着一个下限，表明任何拜占庭协议或广播协议容忍超过$n/3$故障必须有一个良好的情况下至少$Δ$的延迟，其中$Δ$是假设的最大消息延迟边界。我们的第一个结果是我们称之为$1Δ$的一系列协议，它们具有接近最优的良好情况延迟。我们提出了一个协议$1Δ$-BA，解决了拜占庭协议的同步和认证设置与接近最佳的好的情况下的延迟$Δ+2δ$和最佳的弹性$f<n/2$，其中$δ$是实际的（未知的）延迟界。然后，我们扩展我们的协议，并提出了$1Δ$-BB和$1Δ$-SMR拜占庭容错广播和状态机复制，分别在相同的设置和相同的好情况下的延迟$Δ+2δ$和$f<n/2$容错。我们的$1Δ$-SMR上限改善了当前最佳解决方案Sync HotStuff（每个命令获得$2Δ$的良好情况延迟）与$Δ$的良好情况延迟下限之间的差距。最后，我们调查较弱的同步设置的概念，并说明如何通过这些模型的$1Δ$方法。
2020-12-19 cs.CR cs.DC
Improved Extension Protocols for Byzantine Broadcast and Agreement
拜占庭广播（BB）和拜占庭协议（BA）是分布式计算中的两个最基本的问题和重要的组成部分，提高它们的效率是理论工作者和实践工作者共同关心的问题。在本文中，我们研究了BB和BA的扩展协议，解决具有$l$位的长输入的BB/BA的协议，其使用比$l$单个位实例更低的成本。我们提出了新的协议，提高了通信复杂性性，在几乎所有的设置：认证BA/BB与$t<n/2$，认证BB与$t<(1-ε)n$，未经认证的BA/BB与$t<n/3$，和异步可靠广播和BA与$t<n/3$。新协议在几个方面具有优势和意义。首先，与以前的结果相比，它们在更宽的输入大小范围内实现了$Θ(nl)$的最佳通信复杂性。第二，认证扩展协议实现了最佳的通信复杂性给定的当前最好的可用的BB/BA协议的短消息。第三，据我们所知，我们在该环境中的异步和认证协议是该环境中的第一个扩展协议。
2020-10-05 cs.CR cs.DC
OciorCOOL: Faster Byzantine Agreement and Reliable Broadcast
本文将四阶段拜占庭协议 COOL 减少一个通信轮次，提出 OciorCOOL，并据此构造仅需六轮的最优可靠广播协议。
2024-09-09 cs.CR cs.DC cs.DS
Asymmetric Distributed Trust
本文提出非对称拜占庭仲裁系统以建模主观信任，使各进程可独立选择信任集合，并基于该模型设计了共享内存、广播和共识协议，推广了传统单一全局信任假设的拜占庭仲裁系统。
2024-05-02 cs.CR cs.DC
Generic Multicast (Extended Version)
本研究提出将原子广播、原子组播、通用广播整合为更通用的generic multicast（通用组播）原语，给出形式化定义与高效算法，在时空复杂度上表现更优，无冲突时消息最多经三次延迟即可投递。
2024-10-04 cs.DC
TOB-SVD: Total-Order Broadcast with Single-Vote Decisions in the Sleepy Model
Ethereum Foundation（以太坊基金会）；Independent Researcher
针对 sleepy 模型中动态参与的全序广播多轮投票瓶颈，提出 TOB-SVD，在容忍至多 1/2 拜占庭验证者的同时实现最佳情况下单阶段投票和更低预期延迟。
2025-09-29 cs.DC
ZipperChain: Transmuting Trusted Third-Party Services Into Trustless Atomic Broadcast
ZipperChain通过集中化区块创建和第三方服务信任转移，实现无信任原子广播，提高交易吞吐量和最终性效率。
2025-11-26 cs.DC cs.NI
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
Quick Order Fairness
基于领导者的共识协议，即原子广播允许某些进程单方面影响事务的最终顺序。这已经成为区块链网络和去中心化金融的一个问题，因为它促进了前端运行和其他攻击。为了解决这个问题，最近引入了有效载荷消息的顺序公平性作为原子广播的新的安全属性，以补充传统的协议和活性。我们与秩序公平的共识协议的标准有效性概念，并强调现有的形式化的一些局限性。在此基础上，我们引入了一个新的微分阶公平属性，解决了这些问题。我们还提出了快速订单公平原子广播协议，保证有效载荷的消息传递在一个差异公平的顺序，是比现有的订单公平的共识协议更有效。它适用于异步和最终同步的网络，具有最佳的弹性，容忍高达三分之一的进程损坏。以前的解决方案要求故障少于四分之一。此外，我们的协议只会产生二次成本，在摊销的消息复杂性，每个交付的有效载荷。
2022-04-12 cs.DC
Modeling Resources in Permissionless Longest-chain Total-order Broadcast
区块链协议在无权限设置中实现了全序广播，其中进程可以自由加入和离开。在这样的设置中，为了防止Sybil攻击，正确的流程依赖于与特定类型的资源绑定的加密证明，以使它们有资格订购事务。例如，在工作量证明（PoW）的情况下，这个资源是计算，证明是一个计算难题的解决方案。相反，在权益证明（PoS）中，资源对应于系统中每个进程拥有的硬币数量，安全彩票选择与其硬币持有量成比例的进程参与。尽管许多基于资源的区块链协议在文献中被正式证明是安全的，但现有的安全证明未能证明为什么特定类型的资源会导致区块链协议容易受到不同类型的攻击。例如，PoS系统比工作证明和存储证明系统更容易受到远程攻击，其中对手破坏过去的流程以重写历史。与基于工作量证明的协议相比，基于权益证明的协议和基于权益证明的协议都更容易受到私人双重支出攻击;在这种情况下，攻击者秘密地挖掘其链，而不与其他进程共享其块，直到攻击结束。在本文中，我们正式通过一个抽象的资源分配器的资源属性的特征，并给出了一个框架，了解基于不同的底层资源的最长链共识协议。此外，我们使用这个资源分配器来展示各种资源之间的安全权衡，重点是众所周知的攻击（例如，远程攻击和无风险攻击）。
2022-11-22 cs.CR cs.DC
Validated Asynchronous Byzantine Agreement with Optimal Resilience and Asymptotically Optimal Time and Word Communication
提出了一种新的异步拜占庭协议。验证（多值）异步拜占庭协议是在异步环境中构建原子广播和容错状态机复制的关键构建块。我们的协议可以承受的最佳数量$f<n/3$的拜占庭故障，并达成协议的渐近最优预期$O(1)$运行时间。在我们的协议中，诚实的各方只发送预期的$O(n^2)$消息，其中每个消息包含一个值和一个常数数量的签名。因此，我们总的预期沟通是$O(n^2)$的话。Cachin等人2001年的最佳结果解决了具有最佳弹性和$O(1)$预期时间但具有$O(n^3)$预期字通信的验证拜占庭协议。我们的工作解决了Cachin等人2001年提出的一个公开问题，并将$O(n^3)$的预期单词通信改进为渐近最优的$O(n^2)$。
2018-11-04 cs.DC
Byzantine Agreement with Unknown Participants and Failures
一组相互不信任的参与者想要就共同的观点达成一致，必须解决拜占庭协议问题的一个实例。这些问题已在文献中得到广泛研究。然而，大多数现有的解决方案假定参与者知道$n$ --系统中参与者的总数--和$f$ --拜占庭参与者数量的上限。在本文中，我们表明，即使参与者不知道（可能会改变）$n$和$f$的值，大多数的基本协议问题可以得到解决，而不影响弹性。具体来说，我们考虑一个同步系统中的参与者有唯一的，但不一定是连续的标识符，并给出拜占庭协议算法的可靠广播，近似协议，转子协调员，提前终止共识和总订购在静态和动态系统中，所有的最佳弹性$n> 3f$。此外，我们表明，同步是必要的，因为在半同步或异步系统中，如果参与者不知道$n$和$f$的概率终止协议是不可能的。
2021-02-20 cs.DC
Asynchronous Approximate Agreement with Quadratic Communication
本文针对异步拜占庭网络中的近似共识，设计6轮多值2-分级共识并递归归约到树边共识，在最优容错 t<n/3 下将通信降至二次量级。
2025-08-29 cs.CR cs.DC
A Committee Based Optimal Asynchronous Byzantine Agreement Protocol W.P. 1
本文提出基于委员会的多值拜占庭协议（cMVBA），通过以概率1分析异步网络消息模式，在无需额外通信轮次下达成协议，优化了通信与计算效率。
2024-11-07 cs.CR cs.DC
Network Abstractions for Characterizing Communication Requirements in Asynchronous Distributed Systems
本文提出网络抽象方法，通过有向图序列刻画异步系统中的通信需求，并为解决含拜占庭进程的FRR问题提供必要且充分的抽象条件。
2024-05-23 cs.DC cs.DM cs.LO
