Garou: An Efficient and Secure Off-Blockchain Multi-Party Payment Hub
为了缓解比特币和以太坊等去中心化加密货币的可扩展性问题，已经提出了允许双方在不涉及区块链的情况下执行安全硬币转移的支付通道。支付通道将双方的交易吞吐量提高到仅受其网络带宽限制的水平。最近的提案侧重于将双方支付渠道扩展到N方支付中心。不幸的是，在没有可信的第三方的情况下，它们都无法实现效率和灵活性。在本文中，我们提出了Garou，一个安全的N方支付中心，允许多方执行安全的链下硬币转移。除非发生纠纷，支付中心内的参与者可以在没有区块链或任何第三方中介参与的情况下相互进行并发和直接的硬币转移。这使得Garou能够实现高性能和灵活性。狼人还保证一个诚实的一方总是保持平衡安全对抗强大的敌对能力。为了证明Garou协议的可行性，我们为以太坊网络开发了一个概念验证原型。我们的评估结果表明，Garou的最大交易吞吐量是最先进的支付中心的20倍。
2020-10-15 cs.CR
Spams meet Cryptocurrencies: Sextortion in the Bitcoin Ecosystem
在过去的一年里，出现了一种新的垃圾邮件计划：要求以加密货币比特币支付的性勒索信息，也被称为sextortion。该计划代表了垃圾邮件行业成员使用加密货币的第一次整合。本研究以4，340，736个sextortion垃圾邮件为研究对象，透过揭露垃圾邮件制造者的运作，来了解这种新的合并。为此，我们在整个比特币区块链上计算了一种简单而有效的方法，将sextortion垃圾邮件中提到的比特币地址投影到交易图抽象上。这使我们能够跟踪和调查参与者之间的资金流动，并深入了解性勒索活动的财务结构。我们发现，sextortion垃圾邮件发送者有点复杂，以下的定价策略，并从成本降低中受益，因为他们的业务削减了垃圾邮件供应链的上尾。我们发现，一个单一的实体可能控制着大多数sextortion活动的财务支柱，并且研究的11个月的运营产生了1，300，620美元和1，352，266美元之间的下限收入。我们的结论是，sextortion垃圾邮件是一项有利可图的业务，垃圾邮件发送者可能会继续发送大量电子邮件，试图通过加密货币勒索钱财。
2019-08-02 cs.CR
Balancing Compliance and Privacy in Offline CBDC Transactions Using a Secure Element-based System
针对离线 CBDC 支付中隐私保护与 AML/CFT 合规的冲突，提出基于安全元件和数字凭证的支付原型，可灵活适配监管环境并达到商用级延迟。
2025-09-29 cs.CR
Sprites and State Channels: Payment Networks that Go Faster than Lightning
比特币，以太坊和其他基于区块链的加密货币，如今天所部署的，不能扩展到广泛使用。加密货币扩展的一种主要方法是一种称为支付通道的智能合约机制，它使两个相互不信任的各方能够有效地进行交易（并且只需要在区块链中设置一个交易）。支付渠道可以连接在一起形成支付网络，这样任何两方之间的支付都可以（通常）沿着连接它们的路径通过网络进行路由。至关重要的是，双方可以在不信任路由上的跳数的情况下进行交易。在本文中，我们提出了一种新的变体的支付渠道，称为精灵，减少了最坏情况下的“抵押品成本”，沿路线的每一跳可能会产生。精灵的好处是双重的。1)在闪电网络中，通过$\ell$通道路径进行支付需要锁定抵押品$Θ(\ellΔ)$时间，其中$Δ$是提交链上交易的时间。Sprites将此成本降低到$O(\ell + Δ)$。2)与之前的工作不同，Sprites支持部分提款和存款，在此期间，通道可以继续运行而不会中断。在评估Sprites时，我们做出了一些额外的贡献。首先，我们的基于模拟的安全模型是第一个形式主义的支付渠道的时间保证模型。我们的结构也是模块化的，利用了民间传说中的一种通用抽象，称为“状态通道”，我们是第一个正式化的。我们还提供了一个模拟框架支付网络协议，我们用它来确认，精灵建设减轻对吞吐量减少攻击。
2017-11-30 cs.CR
Analysis of Users' Behaviour and Adoption Trends of Social Media Payment Platforms
最近电子商务（E-commerce）的激增进一步升级了多方面的新兴支付解决方案，如加密货币，移动，点对点（P2P）和社交媒体支付平台。虽然这些技术进步越来越受欢迎，主要是因为它们的易用性，但各种障碍，如安全和隐私问题，社会和文化规范等，在一定程度上抑制了用户的采用趋势。本文探讨了社交媒体支付平台的现状以及未来采用趋势的预测。我们的研究强调了采用社交媒体平台的动机和障碍。
2020-01-05 cs.CR cs.CY cs.DC
RouTEE: A Secure Payment Network Routing Hub using Trusted Execution Environments
针对现有支付网络路由枢纽抵押成本高、隐私性差等问题，提出基于可信执行环境的无抵押安全路由枢纽RouTEE，通过新费用机制与结算方案保障诚实性，效率优于Lightning Network。
2025-03-24 cs.CR
HIDE & SEEK: Privacy-Preserving Rebalancing on Payment Channel Networks
支付渠道有效地将交易负载转移到链外，从而成功地解决了大多数加密货币面临的固有可扩展性问题。支付渠道的一个主要缺点是，当渠道耗尽时，需要在链上“充值”资金。提出了重新平衡来缓解这个问题，其中渠道耗尽的各方沿着一个周期移动其资金，以补充其链下渠道。到目前为止，重新平衡的协议要么引入本地解决方案，要么损害隐私。在这项工作中，我们提出了一个选择加入的再平衡协议，这是私人的和全球最优的，这意味着我们的协议最大限度地提高了再平衡资金的总量。我们从线性规划的框架来研究再平衡。为了获得充分的隐私保证，我们利用多方计算来解决线性规划，由选定的参与者执行以保持效率。最后，我们有效地分解的再平衡解决方案，以原子方式执行时，保存用户余额的激励兼容的周期。关键词：支付渠道网络，隐私和再平衡。
2021-10-17 cs.CR cs.DC
Fundamental Properties of the Layer Below a Payment Channel Network (Extended Version)
支付渠道网络是一种备受讨论的提高比特币等加密货币可扩展性的方法。由于它们允许在链下处理交易，支付渠道网络被称为第二层技术，而区块链是第一层。我们将支付渠道网络与区块链分离，并将其视为一等公民。这就提出了一个问题，即支付渠道网络需要什么样的模式作为第一层。作为回应，我们正式的模型（称为RFL模型）的第一层支付渠道网络。虽然交易通过区块链在全球范围内可用，但RFL模型只提供了交易交付给受交易影响的用户的简化属性。我们表明，减少模型的属性仍然足以实现支付渠道。通过证明RFL模型不仅可以由比特币区块链实例化，还可以由银行等可信的第三方实例化，我们证明了这种减少拓宽了第一层的设计空间。此外，我们还证明了区块链提供的更强的属性允许进行优化，这些优化可用于减少支付通道网络中多跳支付期间锁定抵押品的时间。
2020-10-16 cs.CR cs.DC
An Empirical Analysis of Privacy in the Lightning Network
支付渠道网络，特别是闪电网络，似乎为比特币和其他基于区块链的加密货币缺乏可扩展性和隐私提供了解决方案。以前的研究主要集中在闪电网络的可扩展性，可用性和加密经济学上，但相对较少关注探索它在实践中实现的隐私水平。本文对闪电网络提供的隐私进行了全面分析，介绍了几种利用网络公开信息的攻击，以了解旨在保密的信息，例如节点有多少可用的硬币，或者通过网络路由的支付中的发送者和接收者是谁。
2021-01-21 cs.CR
Private and Atomic Exchange of Assets over Zero Knowledge Based Payment Ledger
比特币带来了一种新型的数字货币，它不依赖于中央系统来维持交易。通过受益于去中心化分类账的概念，彼此不认识或不信任的用户仍然可以以点对点的方式进行交易。受比特币的启发，近年来发明了其他加密货币，如以太坊，达世币，Zcash，门罗币，Grin等。其中一些专注于增强隐私，例如加密笔记或应用用于交易的加密笔记的类似概念以增强隐私的系统（例如，Zcash、Monero）。然而，很少有机制支持链上的隐私增强票据或资产的交换，同时保护交换操作的隐私。现有的公平交换隐私资产的方法主要依赖于链下/侧链、托管或集中式服务。因此，我们提出了一种解决方案，支持加密货币或隐私增强加密资产的不经意和隐私保护的公平交换。该技术通过扩展基于零知识的密码笔记来演示。为了解决“隐私”和“多货币”问题，我们构建了一个新的零知识证明系统，并使用新的属性扩展了笔记格式，以表示各种类型的令牌化资产或加密货币。通过扩展支付协议，交换操作通过隐私增强交易（例如，屏蔽交易）。基于交易操作过程中可能出现的场景，我们在用于公开验证交易的零知识证明系统中增加了新的约束和条件。
2019-09-14 cs.CR cs.DC cs.DS
Blockchain: Data Malls, Coin Economies and Keyless Payments
Quantigic® Solutions LLC（Quantigic解决方案有限责任公司）；Free University of Tbilisi, Business School & School of Physics（第比利斯自由大学商学院与物理学院）；GLX – Global Listing Exchange（全球上市交易所）
本文探讨区块链技术在加密货币之外的应用，重点介绍数据集市、数据溯源和无密支付等领域的角色与贡献。
2018-04-18 cs.CR econ.GN q-fin.EC
LightPIR: Privacy-Preserving Route Discovery for Payment Channel Networks
支付通道网络是提高加密货币可扩展性的一种有前途的方法：它们允许以点对点的方式，沿着网络中的多跳路由执行交易，而不需要在区块链上达成共识。然而，在发现具有成本效益的交易路线期间，可能会泄露有关交易实体的关键信息。本文首先研究了支付通道网络中的隐私保护路由发现机制。特别是，我们提出了LightPIR，这种方法允许源有效地发现到其目的地的最短路径，而不会泄露任何有关交易端点的信息。在LightPIR中实现有效解决方案的两个主要观察结果是：（1）令人惊讶的是，集线器标记算法-开发用于预处理“街道网络”图，以便稍后可以有效地计算最短路径-也适用于支付通道网络底层的图，以及（2）集线器标记算法可以直接与私有信息检索相结合。LightPIR依赖于现有集线器标记算法之上的简单集线器标记启发式算法，该算法利用加密货币网络的特定拓扑特征，以进一步最大限度地减少存储和带宽开销。在考虑闪电网络的案例研究中，我们表明，我们的方法是一个数量级更有效的隐私保护基线的基础上使用私人信息检索的数据库，存储所有对最短路径。
2021-04-09 cs.CR cs.NI
Privacy-Utility Tradeoffs in Routing Cryptocurrency over Payment Channel Networks
支付通道网络（PCN）被视为当今加密货币最有前途的可扩展性解决方案之一。粗略地说，PCN是一种网络，其中每个节点代表一个用户，每个有向的、加权的边缘代表区块链上托管的资金;这些资金只能在边缘的端点之间进行交易。只要路径中的每条边都有足够的余额（托管资金）来支持交易，用户就可以通过连接A到B的路径将资金从节点A有效地转移到B。每当事务成功时，边权重相应地更新。然而，在部署的PCN中，信道平衡（即，边缘权重）出于隐私原因不向用户透露;用户仅知道时间0处的初始权重。因此，当路由事务时，用户首先猜测路径，然后检查它是否支持事务。这种猜测和检查过程大大降低了交易的成功率。在另一个极端，了解完整的渠道平衡可以在牺牲隐私的情况下大幅提高成功率。在这项工作中，我们研究了网络是否可以揭示嘈杂的信道平衡，以权衡隐私的效用。我们展示了这样一个权衡的基本限制，并提出了噪声机制，实现了一般类的图形拓扑结构的基本限制。我们的研究结果表明，在实践中，PCN应在低隐私或低效用制度，这是不可能的，以获得较大的收益，通过放弃一点隐私，或大收益的隐私，牺牲一点效用。
2020-10-21 cs.CR
A Centrality Analysis of the Lightning Network
支付通道网络（PCN），如闪电网络，为许多在区块链上运行的加密货币（如比特币）所面临的可扩展性问题提供了一个有吸引力的解决方案。然而，PCN也继承了区块链严格的可靠性要求。特别是，为了缓解流动性瓶颈和路径攻击，支付渠道网络必须保持高度的分散性。出于这一要求，我们进行了流行的闪电网络的实证中心性分析，特别是，路由系统的介数中心性分布。基于我们广泛的数据集（使用数百万个通道更新消息），我们实现了一个TimeMachine工具，使我们能够研究网络随时间的演变。我们发现，虽然网络通常是相当分散的，但少量的节点可以吸引相当大一部分交易，从而引入偏斜。此外，我们的分析表明，在过去两年中，中心性显著增加，例如，不平等（用基尼指数衡量）增加了10%以上。
2022-01-19 cs.CR
Lightning Creation Games
研究支付通道网络创建的激励结构，定义新用户效用函数并提供优化算法，同时分析整个网络形成纳什均衡的条件。
2023-06-28 cs.CR cs.GT
Zero-Knowledge Proof-of-Identity: Sybil-Resistant, Anonymous Authentication on Permissionless Blockchains and Incentive Compatible, Strictly Dominant Cryptocurrencies
该研究提出基于可信公共证书的零知识身份证明机制，应用于无需许可区块链以解决传统抗女巫机制的低效问题，并证明对应zk-PoI加密货币在激励兼容、占优性等多方面优于PoW/PoS类加密货币。
2024-09-16 cs.CR cs.GT
A Delay-Tolerant Payment Scheme Based on the Ethereum Blockchain
在网络连接时断时续的偏远农村地区，银行业务作为一项基本服务可能难以获得。虽然在某些地方，通过SMS或USSD消息已经使微型银行成为可能，但它们的安全缺陷和基于会话的性质阻止了它们的广泛采用。全球级别的加密货币能够在分布式对等体之间实现低成本、安全和普遍的资金转移，但在覆盖偏远社区的更多人方面仍然受到限制。我们建议利用区块链的延迟容忍特性，为那些只能间歇性地连接到更广泛的互联网的远程社区提供银行服务。使用在本地区域内提供连接的基站，常规的事务处理完全由区块链矿工处理。该银行仅在连接可用时加入以处理货币兑换请求，奖励矿工并跟踪用户余额。通过在对等体之间分配验证和存储任务，我们的系统设计在不牺牲可靠性和可信性的情况下节省了整体部署和运营成本。通过理论和实证分析，我们为系统设计提供了见解，测试了其对网络干扰的鲁棒性，并证明了在现成的计算机和移动设备上实现的可行性。
2018-01-31 cs.CR cs.CY
Settling Payments Fast and Private: Efficient Decentralized Routing for Path-Based Transactions
基于路径的交易（PBT）网络，通过中间人的路径从一个用户到另一个用户结算支付，是一个不断增长的研究领域。他们克服了比特币和以太坊等加密货币的可扩展性和隐私问题，用廉价而快速的链下转移取代了昂贵而缓慢的链上区块链操作。以Ripple和Stellar等信用网络的形式，它们还可以实现不同货币之间的低价实时总结算。例如，SilentWhsipers是最近提出的一个完全分布式的信用网络，它依赖于基于路径的交易，在没有公共账本的情况下进行安全的，特别是私人的支付。分散式PBT网络的核心是一种路由算法，它可以发现付款人和收款人之间的交易路径。在过去的一年中，已经提出了一些路由算法。然而，现有的特别努力既缺乏效率，也缺乏隐私。在这项工作中，我们首先确定几个效率问题SilentWhsipers。有了这些知识，我们设计和评估SpeedyMurmurs，一种新的路由算法，分散PBT网络使用高效和灵活的基于嵌入的路径发现和按需高效稳定处理动态的PBT网络。我们基于当前部署的Ripple信用网络的真实数据进行的模拟研究表明，SpeedyMurmurs将稳定的开销降低了两个数量级，并将路由交易的开销降低了两倍以上。此外，使用SpeedyMurmurs至少可以保持与分散式地标路由相同的成功率，同时提供更低的延迟。最后，SpeedyMurmurs实现了PBT网络中路由的关键隐私目标。
2017-12-13 cs.CR cs.DC
The Evolution Of Centralisation on Cryptocurrency Platforms
该研究针对加密货币的中心化概念，采用复杂系统的多种方法对比分析不同区块链的（去）中心化层级，质疑当前加密货币在技术和经济层面是否真的去中心化。
2023-05-03 cs.CR econ.GN physics.soc-ph
HushRelay: A Privacy-Preserving, Efficient, and Scalable Routing Algorithm for Off-Chain Payments
支付通道网络（PCN）用于加密货币，以提高链下交易的性能和可扩展性。除了打开和关闭支付通道外，区块链中不会记录PCN接受的其他交易请求。只有打开通道的一方才知道在给定时刻剩下的确切资金数额。在实际情况中，可能不存在可以实现高价值支付转移的单一路径。对于这种情况，将交易价值分割到多个路径是一种更好的方法。虽然存在经由若干路径路由事务的若干方法，但是这样的技术是相当低效的，因为必须在路由算法的初始阶段（例如，SpeedyMurmur [42]）.不考虑网络中每个信道的剩余容量的算法容易失败。其他方法会泄漏敏感信息，并且计算成本相当高[28]。据我们所知，我们提出的方案HushRelay是一个高效的隐私保护路由算法，考虑到每个通道中留下的资金，同时将交易价值分割到几条路径上。将我们的算法的性能与真实实例上的现有路由方案（例如，Ripple Network），我们观察到HushRelay的成功率为1，执行时间为2.4秒。然而，SpeedyMurmur [42]在界标数量为6时，成功率为0.98，耗时4.74秒。在闪电网络上测试我们提出的路由算法时，观察到成功率为0.99，执行时间为0.15秒，比SpeedyMurmur所需的时间小12倍。
2020-02-12 cs.CR cs.DS
Bitcoin-NG: A Scalable Blockchain Protocol
以比特币为基础和领导的加密货币已经显示出作为匿名在线支付、廉价汇款、无信任数字资产交换和智能合约的基础设施的前景。然而，比特币衍生的区块链协议具有固有的可扩展性限制，在吞吐量和延迟之间进行权衡，并阻止实现这种潜力。本文介绍了Bitcoin-NG，这是一种旨在扩展的新区块链协议。基于比特币的区块链协议，Bitcoin-NG具有拜占庭式的容错能力，对极端客户流失具有鲁棒性，并共享相同的信任模型，避免了生态系统的质的变化。除了Bitcoin-NG之外，我们还介绍了几个新的度量标准，用于量化类似比特币的区块链协议的安全性和效率。我们实现了Bitcoin-NG，并使用两种协议的未更改客户端，在操作比特币系统大小的15%上进行了大规模实验。这些实验表明，Bitcoin-NG具有最佳扩展性，带宽仅受单个节点的容量限制，延迟仅受网络传播时间限制。
2015-11-11 cs.CR
Chainlet Orbits: Topological Address Embedding for the Bitcoin Blockchain
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
针对比特币非法活动检测现有方法效率低、难解释的问题，提出Chainlet Orbits拓扑地址嵌入方法，依托交易拓扑特征嵌入地址，在节点分类任务上性能优于现有最优方法，且可快速实现可解释的机器学习检测。
2023-05-18 cs.CR cs.LG
Tiramisu: Layering Consensus Protocols for Scalable and Secure Blockchains
加密货币有望通过使商业民主化来彻底改变现代经济。这些货币在基于区块链的分布式账本上运行。现有的基于区块链的免许可协议提供了无与伦比的好处，如去中心化，匿名性和透明度。然而，这些协议在性能上受到影响，这阻碍了它们的广泛采用。特别是，完成时间长和交易率低使它们无法取代Visa网络等集中支付系统。许可的区块链协议提供了有吸引力的性能保证，但由于其中心化的性质，它们不适合部署分散的加密货币。研究人员已经开发了几种多层区块链协议，这些协议结合了许可和非许可区块链协议，以实现高性能和去中心化。文献中现有分层区块链协议的关键思想是将区块链操作分为两层，并使用不同类型的区块链协议来管理每一层。然而，许多这样的作品都带有诚实多数的假设，这可能无法准确反映现实世界，参与者可能是自私或理性的。这些假设可能会使协议容易受到现实世界中的安全威胁，正如专注于探索这些协议的博弈论攻击的文献所强调的那样。我们概括了现有的协议在文献中采取的“分层”的方法，并提出了一个框架来分析系统的BAR模型，并提供了一个广义的博弈论分析这样的协议。通过我们的分析，我们确定了分布式账本在更现实的环境中安全运行所需的关键系统参数。
2022-03-24 cs.CR cs.GT
