Blockchain Networks: Data Structures of Bitcoin, Monero, Zcash, Ethereum, Ripple and Iota
区块链是一种新兴技术，它实现了许多应用，从加密货币到数字资产管理和供应链。由于这种流行的激增，分析存储在区块链上的数据对数据科学提出了新的关键挑战。为了帮助数据科学家完成区块链上的各种分析任务，在本教程中，我们对区块链网络模型的基本元素进行了系统而全面的概述。我们讨论了如何将区块链数据抽象为各种类型的网络，并进一步使用这种相关的网络抽象来获得有关区块链结构，组织和功能的重要见解。
2021-09-29 cs.CR
Unveiling Decentralization: A Comprehensive Review of Technologies, Comparison, Challenges in Bitcoin, Ethereum, and Solana Blockchain
本文综述Bitcoin、Ethereum与Solana的核心架构与差异，分析智能合约、图灵完备性及时间戳高吞吐机制，并总结相关挑战。
2024-04-07 cs.CR
Attacking with bitcoin: Using Bitcoin to Build Resilient Botnet Armies
我们专注于僵尸网络编排的问题，并讨论攻击者如何利用分散的技术来动态控制僵尸网络，目标是使僵尸网络能够抵御恶意收购。我们涵盖了比特币区块链的关键元素及其在“浮动命令和控制服务器”中的使用。我们将进一步讨论如何构建基于区块链的僵尸网络，并详细讨论我们的实现。我们还展示了如何使用特定的比特币API来将无关数据写入区块链。最后，虽然在本文中，我们使用比特币来构建我们的弹性僵尸网络概念证明，但威胁并不限于比特币区块链，并且可以推广。
2020-05-02 cs.CR
Feedback based Reputation on top of the Bitcoin Blockchain
评估网络社区成员声誉的能力是一种需要，根据社区性质随时间演变的许多不同阶段，以许多不同的方式解决。就商品/服务供应商的声誉而言，可用于防止反馈滥用的解决方案通常是可靠的，但集中在少数大型互联网公司的控制下。在本文中，我们展示了如何在比特币区块链之上构建一个分散和分布式的反馈管理系统
2015-02-10 cs.CR
Pikachu: Securing PoS Blockchains from Long-Range Attacks by Checkpointing into Bitcoin PoW using Taproot
基于可重用资源的区块链系统，如权益证明（PoS），提供的安全保证比基于工作量证明的系统更弱。具体来说，它们容易受到远程攻击，对手可以破坏先前的参与者，以重写链的完整历史。为了防止对PoS链的这种攻击，我们提出了一种协议，该协议将PoS链的状态检查到工作量证明区块链（如比特币）。因此，我们的检查点协议不依赖于任何中央机构。我们的工作使用Schnorr签名，并利用比特币最近的Taproot升级，使我们能够创建一个恒定大小的检查点交易。我们认为我们的协议的安全性，并提出了一个开源的实现，在比特币测试网上进行了测试。
2022-10-13 cs.CR
Sidecoin: a snapshot mechanism for bootstrapping a blockchain
Sidecoin是一种允许对比特币的区块链进行快照的机制。我们编译了一个比特币未使用的交易输出列表，然后使用这些输出及其相应的余额来引导一个新的区块链。这使得比特币的经济状态在新的区块链的背景下得以保持，这可能会提供新的功能和技术创新。
2015-01-05 cs.CR
Selfish & Opaque Transaction Ordering in the Bitcoin Blockchain: The Case for Chain Neutrality
大多数公共区块链协议，包括流行的比特币和以太坊区块链，都没有正式规定矿工从待处理（或未提交）交易池中选择交易的顺序。然而，多年来，通过矿工使用共享软件，出现了交易排序的非正式约定或“规范”，例如，Bitcoin Core中的GetBlockTemplate（GBT）挖矿协议。今天，一个广泛持有的观点是，比特币矿工根据他们提供的“每字节交易费”来优先处理交易。“因此，鼓励比特币用户增加费用，以加速他们的交易承诺，特别是在拥堵期间。在本文中，我们对比特币区块链进行了审计，并提出了统计学上显著的证据，证明矿池偏离了规范，以加速交易的承诺，这些交易具有（i）自私或既得利益，或（ii）通过不透明（非公开）的侧渠道收到暗费支付。随着区块链越来越多地被用作各种去中心化（金融技术）系统的记录保存基底，我们的研究结果呼吁立即讨论如何定义矿工在链中订购交易时必须遵守的中立性规范。最后，我们公开我们的数据集和脚本。
2021-10-22 cs.CR
A User-Centric System for Verified Identities on the Bitcoin Blockchain
我们提出了一个内置于比特币区块链中的身份管理方案，允许身份与区块链本身一样不可磨灭。此外，我们利用比特币的去中心化特性来促进用户和身份提供商之间的共享控制，允许用户直接管理自己的身份，流畅地协调来自不同提供商的身份，即使身份提供商可以撤销身份并实施控制。
2017-10-05 cs.CR cs.IT math.IT
Analysis of Difficulty Control in Bitcoin and Proof-of-Work Blockchains
本文基于比特币以及其他工作量证明区块链中使用的难度重定向规则，提出了一个块到达时间的随机模型。与以前的一些工作不同，本文明确建模的难度目标作为一个随机变量，这是以前的块到达时间的函数，并影响在下一个重定向周期的块时间。一个显式的边际分布推导出连续块之间的时间（blocktime），同时允许随机变化的难度。本文还旨在为控制社区介绍比特币和工作量证明区块链，重点介绍比特币中使用的重定向过程的困难。
2018-12-27 cs.CR math.OC
Tomen: Application of Bitcoin Transaction Based on Tor
比特币出现于2008年，经过几十年的发展，它已经成为迄今为止最大的交易货币。区块链的核心是确保用户交易的匿名性。随着越来越多的区块链交易分析算法的出现，区块链的匿名性受到越来越大的威胁。我们结合Tor的加密原理方法，提出了一种针对比特币交易过程中通信过程的加密应用Tomen。目标是实现比特币交易通信匿名化的应用。
2021-05-12 cs.CR
From Bitcoin to Solana -- Innovating Blockchain towards Enterprise Applications
这项调查对区块链技术的最新进展进行了全面研究，重点关注从最初的比特币系统到以太坊，再到索拉纳等，影响企业采用的问题是如何逐步解决的。阻止广泛采用的关键问题是可扩展性和性能，尽管Solana的最新进展已经清楚地表明通过在数据结构上进行创新可以显著地改进这些问题，通过整合各种耗时的算法和安全执行，并区分和平衡用户及其责任和权利，同时保持区块链系统固有的安全性和完整性。
2022-07-12 cs.CR
Strong Federations: An Interoperable Blockchain Solution to Centralized Third-Party Risks
比特币是第一个点对点的电子现金系统，它开启了无需许可、私密、无需信任的交易之门。试图重新利用比特币的底层区块链技术的尝试遇到了隐私，忠实执行和交易终结的基本限制。我们介绍\emph{Strong Federations}：可公开验证的、拜占庭式的强大交易网络，促进任何资产在不同市场之间的流动，而不需要第三方的信任。\emph{Strong Federations}支持商业隐私，支持资产类型和金额不透明的交易，同时保持可公开验证。与比特币一样，执行保真度是通过加密方式实现的;然而，\emph{Strong Federations}通过减少交易延迟和提高互操作性，大大降低了市场参与者的资本要求。为了展示这种创新的解决方案如何在今天得到应用，我们描述了\emph{\liquid}：部署在金融市场中的\emph{Strong Federations}的第一个实现。
2017-01-30 cs.CR cs.CY
Bitcoin and Blockchain: Security and Privacy
加密货币是一种分散的数字货币，旨在实现安全和私人的资产转移和存储。作为一种货币，它应该很难伪造和双重消费。在本文中，我们回顾和分析了比特币的主要安全和隐私问题。特别是，我们专注于其基础，区块链技术。首先，我们介绍了比特币的全面背景和安全性的初步研究。其次，研究了比特币面临的主要安全威胁和应对措施。我们分析了双重支出攻击的风险，评估成功执行攻击的概率，并推导出攻击者执行此类攻击的盈利能力。第三，分析了比特币点对点网络的潜在安全风险和比特币存储的安全性。我们比较了三种类型的比特币钱包的安全性，服务类型及其权衡。最后，我们讨论了替代加密货币的安全和隐私功能，并概述了当今新兴技术。我们的研究结果可以帮助比特币用户在接受交易之前确定双重支出尝试的风险和交易时间延迟或信心之间的权衡。这些结果也可以帮助矿工制定合适的策略，参与采矿过程，并最大限度地提高他们的利润。
2019-04-25 cs.CR
How to Securely Prune Bitcoin's Blockchain
比特币是第一个成功的去中心化加密货币，至今仍是同类货币中最受欢迎的。尽管比特币的区块链有很多好处，但它仍然面临着严重的可扩展性问题，最重要的是它不断增长的区块链规模。虽然替代设计引入了定期创建快照并随后修剪旧块的方案，但已经部署的系统（如比特币）通常被认为无法采用相应的方法。在这项工作中，我们修改了这种流行的信念，并提出了CoinPrune，一种基于快照的修剪方案，与比特币完全兼容。CoinPrune可以通过一个可选择的天鹅绒叉来部署，即，而不妨碍已建立的比特币网络。通过要求矿工公开宣布并联合重申区块链上的最新快照，CoinPrune建立了对快照正确性的信任，即使存在强大的对手。我们的评估表明，CoinPrune今天已经将比特币的存储需求降低了两个数量级，随着区块链的增长，进一步的相对节省。在我们的实验中，节点在加入网络时只需要获取和处理5 GiB而不是230 GiB的数据，将功能强大的设备上的同步时间从目前的5小时减少到46分钟，对于功能不太强大的设备，节省的时间甚至更多。
2020-04-15 cs.CR cs.NI
Atomic Swaps between Bitcoin and Monero
由于不断增长的区块链生态系统，互操作性已成为一个非常重要的问题。原子交换允许连接其他孤立的区块链，同时坚持审查抵抗和无许可的核心原则。直到最近，原子交换协议主要依赖于复杂的脚本支持，不包括某些类型的区块链。随着密码学的进步，现在几乎可以在任何两个区块链之间建立桥梁。在这项工作中，我们给出了这样一个协议的解释，该协议将适配器签名应用于比特币，以获得Monero和比特币之间的原子交换。我们深入研究加密细节，讨论其局限性，并展望我们目前的工作，我们在Monero签名方案上使用适配器签名。
2021-02-02 cs.CR
Resurrecting Address Clustering in Bitcoin
区块链分析对于理解比特币等加密货币在实践中的使用方式至关重要，而地址聚类是区块链分析的基石。然而，目前的技术依赖于尚未经过严格评估或优化的化学分析。在本文中，我们解决了几个挑战的变化地址识别和聚类。首先，我们从比特币区块链中构建了一组具有已知变化的交易的基础事实集，可用于验证单个更改地址检测算法的有效性。有了这个数据集，我们开发了新的技术来预测变化输出，误报率低。在将我们的预测模型应用于比特币区块链之后，我们分析了产生的聚类，并开发了检测和防止聚类崩溃的方法。最后，我们评估我们的增强集群的影响，两个典型的应用程序。
2022-07-10 cs.CR
Full Bitcoin Blockchain Data Made Easy
尽管它是公开的，但收集和处理完整的比特币区块链数据并不是小事。它的规模、历史和其他特点确实提出了我们在本文中讨论的相当具体的挑战。我们的方法的优点如下：它依赖于非常基本和标准的工具，这使得程序可靠且易于复制;它是一个纯粹的无损程序，确保我们捕获和保存所有现有数据;它提供了额外的索引，使它很容易进一步处理整个数据，并选择适当的子集。我们提出了我们的过程中的细节，并说明了它的附加值大-扩展用例，如地址集群。我们在线提供了一个实现，以及获得的数据集。
2021-06-15 cs.CR cs.CY cs.IR
A Probabilistic Model of the Bitcoin Blockchain
IBM Research（IBM研究院）
比特币交易图是一个公共数据结构，被组织为地址之间的交易，每个地址与一个逻辑实体相关联。在这项工作中，我们介绍了比特币区块链的完整概率模型。我们首先制定了一套条件依赖诱导的比特币协议在块级，并得出相应的完全观察到的图形模型的比特币块。然后，我们扩展该模型，包括隐藏的实体属性，如相关的逻辑代理的功能类别，并推导出该模型所隐含的隐私属性的渐近界。在网络层面上，我们表现出复杂的交易行为的证据，并提出了相关的判别模型的代理类别。基于块的图形模型和网络级判别模型的性能都在公共比特币区块链的子集上进行评估。
2018-11-07 cs.AI cs.CR cs.LG
A Petri Nets Model for Blockchain Analysis
区块链是一个全球共享的基础设施，其中地址之间的加密货币交易被记录，验证并在点对点网络中公开提供。迄今为止，最著名和最重要的加密货币是比特币。在本文中，我们专注于这种加密货币，特别是使用Petri网形式主义对比特币区块链进行建模。该模型允许我们快速收集有关拥有比特币地址的身份的信息，并恢复比特币网络上的测量和统计数据。通过利用代数形式主义，我们重建了一个与区块链交易相关的实体网络，将比特币地址聚集在一起，形成一个持有许可证的实体，以管理这些地址持有的比特币。该模型还允许识别比特币所有者的一组典型行为，例如只使用一次地址，并为这种行为以及发射率重建链。我们的模型非常灵活，可以很容易地适应比特币加密货币系统的不同功能。
2017-09-26 cs.CR cs.DC cs.SE
Game-Theoretical Analysis of Mining Strategy for Bitcoin-NG Blockchain Protocol
Bitcoin-NG是一种可扩展的区块链协议，将每个区块分为一个关键区块和许多微区块，有效提高事务处理能力。Bitcoin-NG有一个特殊的激励机制（即将交易费用分摊给当前和下一个领导者）来维护其安全性。然而，这种激励机制的设计忽略了交易费用，铸币和采矿持续时间长度对预期采矿奖励的联合影响。在本文中，我们确定了先进的挖掘攻击，故意忽略微块，以扩大挖掘持续时间的长度，以增加赢得采矿比赛的可能性。我们首先证明了一个先进的挖掘攻击者可以通过优化其挖掘持续时间长度来最大化其预期回报。然后，我们制定了一个游戏理论模型，其中多个采矿玩家进行先进的采矿相互竞争。我们分析了采矿博弈的纳什均衡。我们的分析和模拟结果表明，挖矿博弈中的所有挖矿参与者都收敛于在均衡点进行高级挖矿，并且没有偏离均衡点的动机;比特币NG网络在均衡点的事务处理能力因高级挖矿而降低。因此，我们得出结论，Bitcoin-NG区块链协议容易受到高级挖掘攻击。我们讨论如何减少高级挖矿对Bitcoin-NG的负面影响。
2020-06-20 cs.CR
The Rich Get Richer in Bitcoin Mining Induced by Blockchain Forks
针对非故意区块链分叉，本文用经实证验证精度的方法理论证明固定传播延迟下比特币挖矿利润率随算力占比线性变化，即存在TRGR，并检验延迟非固定时结论的稳健性。
2025-06-16 cs.CR
BitcoinF: Achieving Fairness for Bitcoin in Transaction-Fee-Only Model
区块链，如比特币，是一种仅附加的，安全的，透明的分布式账本。一个公平的区块链应该有健康的指标;高诚实的挖掘能力，低处理延迟，即，交易等待时间短，消费价格稳定，即，处理交易所需的最低交易费用。随着比特币的成熟，交易的涌入增加，区块奖励变得微不足道。我们表明，在这些条件下，很难保持区块链的健康。在比特币中，在这些成熟的运营条件（MOC）下，矿工会发现支付他们的采矿成本是一个挑战，因为仅仅开采一个区块就不会有更多的收入。它可能导致矿工无法继续挖矿，威胁区块链的安全。此外，正如我们在本文中使用模拟所展示的那样，在MOC下，有利于区块链健康的行动成本在比特币中非常高，导致所有矿工都在处理交易。它会导致交易搁浅，即，提供低交易费用的交易，经历不合理的高处理延迟。更糟糕的是，这些搁浅交易的复合效应是消费价格的上涨。这种现象不仅会导致矿工和用户所经历的不公平，还会恶化区块链的健康状况。我们提出了BitcoinF事务处理协议，这是对现有比特币协议的一个简单但高效的修改，以解决这些不公平问题。BitcoinF解决了这些不公平的问题，同时保留了用户表达紧急情况的能力，并优先考虑他们的交易。
2020-03-02 cs.CR cs.GT
Transaction Characteristics of Bitcoin
区块链被认为是实现虚拟网络功能和网络切片安全管理的重要技术。要了解区块链的这种能力，例如交易确认时间，需要对区块链的交易特征进行深入研究。本文对比特币的交易特征进行了全面的研究-第一个区块链应用程序，重点关注底层的基本过程。获得了一系列结果和发现，为理解比特币的交易和流量特征提供了新的见解。作为一个亮点，在文献中使用的几个假设/假设的有效性与测量检查的第一次。
2020-10-21 cs.CR cs.DC
Merged Bitcoin: Proof of Work Blockchains with Multiple Hash Types
合并比特币是一种使用多种哈希类型的区块链协议，通过难度调整方法优化攻击成本并缓解哈希优势不对称问题。
2026-01-14 cs.CR
Continuous-Time Analysis of the Bitcoin and Prism Backbone Protocols
比特币是中本聪在2008年提出的一种点对点支付系统。基于中本聪的共识，Bagaria，Kannan，Tse，Fanti和Viswanath在2018年提出了Prism协议，并表明它实现了接近最佳的区块链吞吐量，同时保持了与比特币相似的安全水平。以前的比特币和Prism骨干协议的概率安全保证要么是在简化的离散时间模型下建立的，要么是以指数级结果表示的。本文提出了一个更现实的连续时间模型下的精简和加强分析。开发了一个完全严格的区块链模型，除了对总采矿率的上限外，对对抗性矿工没有任何限制。对等网络的唯一假设是所有块传播延迟的上限为一个常数。引入了一个新的概念“t-可信区块链”，它与一些精心定义的“典型”事件有关的块生产的时间间隔，是至关重要的建立连续时间的概率安全保证。建立了区块链增长定理、区块链质量定理和公共前缀定理，并给出了明确的概率界。此外，在以接近$1$的概率发生的某个典型事件下，在一个可信区块链中足够深的有效交易被证明是永久的，因为它必须在所有未来的可信区块链中找到。
2020-04-24 cs.CR
On Analysis of the Bitcoin and Prism Backbone Protocols
比特币是中本聪在2008年提出的一种点对点支付系统。比特币主干协议的属性已经被深入研究：区块链增长属性量化了在任何时间间隔内添加到区块链的区块数量;区块链质量属性确保诚实的矿工总是贡献至少一定比例的区块链;公共前缀属性确保如果区块足够深，它最终将被所有诚实的矿工以高概率采用。遵循区块链的各种功能解耦的精神，提出了Prism协议，以显着提高吞吐量，同时保持相同的安全级别。之前对比特币和Prism主干协议的分析假设区块链的寿命是有限的。本文提出了一种简化和加强分析，没有有限水平假设。具体而言，结果包括区块链增长属性，区块链质量属性和比特币主干协议的公共前缀属性，以及Prism主干协议的活跃性和持久性，无论区块链是否具有无限寿命。我们还以显式表达式而不是顺序最优结果来表达比特币和Prism骨干协议的属性，这为公共交易账本协议设计提供了更严格的边界和实际参考。
2019-10-20 cs.CR cs.DC cs.IT
Deciphering the Blockchain: A Comprehensive Analysis of Bitcoin's Evolution, Adoption, and Future Implications
本文全面分析了比特币的演变、采用及未来影响，深入探讨其密码学原理、网络架构、经济学层面与监管环境，并评估了央行数字货币等新兴趋势对其未来的潜在影响。
2023-04-05 cs.CR
Bitcoin's Blockchain Data Analytics: A Graph Theoretic Perspective
比特币是全球使用的最受欢迎的加密货币。它通过使用公钥作为事务端点来建立身份，从而向其用户提供匿名性。这些交易记录在一个名为Blockchain的不可变公共分类账上，这是一种仅附加的数据结构。比特币的受欢迎程度不合理地增加了。总的趋势显示了普通大众的积极响应，表明信任和隐私问题的增加，从分析的角度来看，这是一个有趣的用例。此外，由于区块链是公开的和最新的，任何分析都将提供对使用模式的实时洞察，最终将有助于执法机构，经济学家，技术爱好者等做出一些推断。在本文中，我们从图论的角度研究了在比特币区块链上执行数据分析的各种应用程序和技术。我们还提出了一个用于执行此类数据分析的框架，并使用该框架探索了几个用例。
2020-02-15 cs.CR cs.DC cs.NI
Bitcoin's Edge: Embedded Sentiment in Blockchain Transactional Data
King’s College London（伦敦国王学院）；University of Nottingham（诺丁汉大学）
针对加密货币区块链隐藏内容分析的局限，该研究采用自然语言处理和多种机器学习技术提取交易数据中的公众情绪，首次展示其对加密货币价格的预测能力，发现比特币较以太坊存在信息优势。
2025-04-18 cs.CE cs.CR cs.CY
Credential Control Balance: A Universal Blockchain Account Model Abstract From Bank to Bitcoin, Ethereum External Owned Account and Account Abstraction
本文从学术与行业视角系统回顾区块链账户演进，提出一种通用账户模型，并通过多模型比较揭示安全性、成本与采用率之间的权衡，为区块链账户研究提供统一理论框架。
2024-02-16 cs.CR
Bitcoin Blockchain Dynamics: the Selfish-Mine Strategy in the Presence of Propagation Delay
在Eyal和Sirer提出的“自私挖矿”策略的背景下，我们研究了传播延迟对比特币区块链演化的影响。首先，我们使用一个简化的马尔可夫模型来跟踪一小部分矿工和“社区其他人”对区块链的不同信念状态，以确定使用区块隐藏策略（如自私矿）会导致孤儿区块的生产率增加。然后，我们使用一个空间泊松过程模型来研究Eyal和Sirer的参数$γ$的值，它表示的比例诚实的社区，采矿的一个以前的秘密块释放的池中的一个块的挖掘由诚实的社区。最后，我们使用离散事件模拟来研究比特币矿工网络的行为，其中一部分矿工在矿工之间的信息通信中存在传播延迟的假设下，合谋使用自私的挖矿策略。
2015-05-21 cs.CR
Evolutionary Random Graph for Bitcoin Overlay and Blockchain Mining Networks
世界经济正在经历分布式货币的新采用，这些货币不受中央银行的控制。分布式货币具有极端的波动性，这可能会在未来的经济危机中导致灾难性的影响。了解这种新型货币的动态对于增强监管机构的能力至关重要，从目前的被动和手动事件响应者到更主动和知情的规划者。比特币是第一个也是占主导地位的分布式加密货币，它仍然是出了名的模糊，特别是对于一个市值超过1万亿美元的金融工具。比特币覆盖网络的建模提出了许多重要的理论和方法论挑战。例如，目前的测量方法无法确定比特币矿工的真实网络规模。这极大地破坏了预测分叉的能力，合适的挖掘难度，最重要的是支持比特币的网络的弹性。在这项工作中，我们开发了进化随机图，这是一种描述比特币矿工网络的理论模型。该模型的正确性已经通过模拟和测量真实比特币数据进行了验证。然后，我们预测了分叉，最佳采矿难度，网络规模，以及网络无法承受比特币价格使用当前采矿配置的急剧下降。
2022-06-17 cs.CR
Erasing Data from Blockchain Nodes
人们普遍认为，区块链是不可变的，因此从技术上讲，不可能删除存储在区块链上的数据。然而，出于法律和道德原因，个人和组织可能会被迫删除本地存储的数据，无论它是否编码在区块链上。像比特币这样的区块链网络的共同假设是，强制节点删除区块链上包含的数据等于永久限制它们以全节点角色参与系统。基于这一信念，在本文中，我们提出并证明了一个实用的方法对功能保持本地擦除（FPLE）。FPLE允许完整节点删除侵权或不受欢迎的数据，同时继续存储和验证大部分区块链。我们描述了一种用于基于UTXO的通用FPLE方法（即，Bitcoin类）加密货币，并提出了一个轻量级的概念验证工具，用于安全地从Bitcoin Core节点的本地存储中删除交易数据。擦除节点继续与网络保持一致，即使擦除的事务输出与验证后续块相关。仅使用我们的基本概念验证实现，就我们所知，我们已经能够安全地遵守比迄今为止任何其他全节点操作符更大范围的擦除请求。
2019-04-18 cs.CR cs.CY
From Pretty Good To Great: Enhancing PGP using Bitcoin and the Blockchain
PGP建立在分布式信任网络之上，其中用户的可信度由其他人建立，这些人可以通过数字签名为该特定身份提供担保。阻止其大规模采用的是一些固有的弱点，包括（但不限于）以下内容：1）信任关系建立在主观荣誉系统上，2）只有第一级关系可以完全信任，3）信任级别难以用实际值量化，以及4）信任网络本身的问题（认证和背书）。虽然PGP提供的安全性被证明是可靠的，但它在很大程度上未能获得大规模采用。在本文中，我们提出了几个新的贡献，以解决上述问题与PGP和相关的Web的信任。为了解决信任网络的主观性，我们提供了一种基于比特币的新证书格式，允许用户使用比特币身份验证交易来验证PGP证书-形成与实际值相关联的第一级信任关系（即，在交易过程中转移的比特币数量）。其次，我们提出了一种新的分布式PGP密钥服务器的设计，它利用比特币交易区块链来存储和检索基于比特币的PGP证书。最后，我们提供了一个Web原型应用程序，它在实际环境中演示了其中的一些功能。
2015-08-21 cs.CR
Bitcoin Payment-channels for Resource Limited IoT Devices
资源受限的设备无法在内存中维护比特币区块链的完整副本。本文提出了一种面向物联网设备的双向支付通道框架。该框架利用类似比特币闪电网络的支付渠道，处理和存储要求低。该协议使物联网设备能够在不查看区块链的情况下打开和维护与传统比特币节点的支付渠道。与现有的解决方案不同，它不需要可信的第三方与区块链进行交互，也不像SPV客户端那样给点对点网络带来负担。本文的贡献包括双向比特币支付渠道的安全和加密经济公平协议。此外，我们证明了该协议的安全性和公平性，制定它作为一个游戏中，达到均衡时，所有的球员都遵循协议。
2018-12-26 cs.CR
A Multi-Layered Security Analysis of Blockchain Systems: From Attack Vectors to Defense and System Hardening
本文从数字货币交易平台、智能合约、公链、共识机制和P2P等层面系统分析区块链面临的安全威胁，并提出相应的防御与系统加固优化思路。
2025-04-12 cs.CR
Speeding up Block Propagation in Blockchain Network: Uncoded and Coded Designs
我们为比特币区块链的点对点（P2P）网络设计并验证了新的块传播协议。尽管它对安全和隐私有很强的保护，但目前的比特币区块链只能支持较低的每秒交易数（TPS）。在这项工作中，我们重新设计了当前比特币的网络协议，以提高TPS，而不改变其共识建立协议中的重要组件。特别是，我们改进了紧凑块中继协议，使包含大量交易的块的传播，而不会引起额外的传播延迟。我们的改进包括：（i）取代现有的存储和转发紧凑块中继方案与直通紧凑块中继方案;（ii）利用无比率擦除码的P2P网络，以提高块传播效率。由于我们的协议只需要修改当前比特币的网络协议，而不修改数据结构和加密功能组件，因此它们可以无缝地集成到现有的比特币区块链中。为了验证我们的设计，我们对我们的协议进行了分析，并在NS3上实现了一个比特币网络模拟器来运行不同的块传播协议。分析和实验结果证实，我们的新块传播协议可以将比特币区块链的TPS提高100倍，而不会影响安全性和共识建立。
2021-01-02 cs.CR cs.NI
Comparison of Decentralization in DPoS and PoW Blockchains
去中心化是评估公共区块链的关键指标。在过去，很少有研究测量和比较工作量证明（PoW）区块链和区块链与其他共识协议之间的实际去中心化水平。本文对比特币和Steem（一种著名的委托权益证明（DPoS）区块链）的去中心化水平进行了新的比较研究。我们的研究特别关注分析决定区块链中区块创建者的力量。在比特币中，具有更高计算能力的矿工生成更多块。相比之下，Steem中的区块同样由证人生成，而证人则由具有不同投票权的利益相关者定期选举，投票权由投资股份加权。我们分析了DPoS中证人的加权选举过程，并测量了每个利益相关者在Steem中投入的实际股份。然后，我们计算了比特币矿工之间计算能力分布的香农熵，以及Steem利益相关者之间投资股份的分布。我们的分析表明，在去中心化方面，比特币和Steem都没有明显优于另一个。与Steem相比，比特币在顶级矿工中往往更加分散，但总体上分散程度较低。我们的研究旨在深入了解DPoS和PoW区块链中去中心化程度的现状。我们相信，本文中的方法和发现可以促进未来在其他区块链系统中采用不同共识协议的去中心化研究。
2021-02-02 cs.CR
Taxonomy of Centralization in Public Blockchain Systems: A Systematic Literature Review
比特币引入了对货币系统的控制权，从少数人到所有参与该系统的人。这种授权被称为控制权的分散，是生态系统的强大安全机制。在引入比特币之后，加密货币领域受到了工业界和学术界的广泛关注，以至于比特币最初的新颖贡献，即去中心化，可能会被忽视，因为去中心化假设这种加密资产的运作基本存在。然而，最近的研究发现，比特币和以太坊等加密货币的中心化趋势有所增加。由于这种增加的集中化会影响区块链的安全性，因此对其进行测量以实现充分的控制至关重要。这项研究通过系统的文献综述，通过严格的综合，得出了去中心化区块链中存在的中心化的初步分类。然后通过专家访谈进行迭代改进。我们系统分析了2009年至2019年期间发表的89篇研究论文。我们的研究通过突出文献中集中化的多个定义和测量来促进现有的知识体系。我们确定了集中化的不同方面，并提出了一个全面的集中化问题的分类。这种分类法是基于经验上可观察和可衡量的特征。它由13个集中化方面组成，分为六个架构层，治理网络，共识，激励，运营和应用。我们还讨论了集中化的影响如何根据所研究的方面而有所不同。我们认为，这种审查和分类提供了一个全面的概述，涉及各种概念和措施的去中心化区块链。
2020-09-26 cs.CR cs.CY
Heuristics for Detecting CoinJoin Transactions on the Bitcoin Blockchain
Coinshares；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）
本研究针对比特币区块链上CoinJoin交易难以识别的问题，深入分析JoinMarket、Wasabi和Whirlpool等协议的开源实现，开发了精炼的启发式检测方法，并基于截至区块760,000的交易数据提供了全面分析。
2023-11-21 cs.CR cs.DC cs.LG
Dynamic Transaction Storage Strategies for a Sustainable Blockchain
作为比特币背后的核心技术，区块链的去中心化、防篡改和可追溯的特性使其成为组织创新的首选平台。在目前的比特币中，区块奖励每四年减半，交易费预计将在2140年左右成为矿工收入的主要部分。当交易费用主导挖矿奖励时，自私挖矿、挖底和挖矿缺口等策略偏差可能会威胁到区块链的完整性和安全性。本文提出了一套动态交易存储（Dynamic Transaction Storage，简称DSTs）策略，用于在交易费制度下维护可持续的区块链。我们证明，块激励波动性可以通过系统的模拟，通过应用可调策略和避免战略偏差。有了区块链，当挖矿奖励完全基于交易费时，比特币等公共区块链变得可持续。
2022-02-19 cs.CR
Estimating Patch Propagation Times across (Blockchain) Forks
比特币的广泛成功导致了替代加密货币（altcoins）的大量涌现。大多数山寨币基本上都是对比特币的代码进行了微小的修改，比如要铸造的硬币数量，区块大小和区块生成时间。因此，它们通常被认为在安全性，鲁棒性和成熟度方面与比特币相同。在本文中，我们表明，这种常见的概念是误导。通过挖掘从各种山寨币项目的GitHub存储库中检索到的数据，我们估计了将相关补丁从比特币传播到山寨币所需的时间。我们发现，虽然比特币开发社区在修复比特币代码库的安全缺陷方面非常活跃，但分叉加密货币在修补相同漏洞（继承自比特币）方面并不严格。在某些情况下，我们观察到，即使是在比特币社区中发现和修复的关键漏洞，也在披露后的几十个月内被山寨币解决了。除了提高人们对这个问题的认识外，我们的工作还旨在激发在公开报告之前对所有分叉链进行适当负责任的漏洞披露的必要性。
2023-02-09 cs.CR
Towards Malicious address identification in Bitcoin
CSE, IIT Kanpur（印度理工学院坎普尔分校计算机科学与工程系）
区块链交易的时间方面使我们能够研究地址的行为，并检测它是否涉及任何非法活动。然而，由于更改地址的概念（用于阻止重放攻击），时间方面并不直接适用于比特币区块链。在利用这种时间方面之前，应执行若干预处理步骤。我们的动机是研究比特币交易网络，并使用时间特征，如突发，吸引力和事件间时间以及几个基于图的属性，如节点度和聚类系数，以验证比特币区块链上其他加密货币区块链已知的现有方法的适用性。我们生成时间和非时间特征集，并在不同的时间粒度上训练机器学习（ML）算法，以验证最先进的方法。我们研究了数据集不同时间粒度上地址的行为。我们发现，在比特币中应用更改地址聚类后，可以提取现有的时间特征，并可以应用ML方法。对结果的比较分析表明，以太坊和比特币中地址的行为在入度、出度和事件间时间方面是相似的。此外，我们确定了3个嫌疑人，在不同的时间粒度表现出恶意行为。这些嫌疑人在比特币中没有被标记为恶意。
2021-12-22 cs.CR cs.CY cs.DC
Characterizing Entities in the Bitcoin Blockchain
IBM Research（IBM研究院）
比特币创造了一种新的交易模式，在这种模式下，金融交易可以在没有中介的情况下被信任。然而，在目前的实现中，这种自由分散的交易网络的前提要求不受限制地访问分类账，以进行基于对等的交易验证。许多研究表明，在这种匿名背景下，身份可能会根据交易特征或网络外信息泄露。在这项工作中，我们分析了在一个给定的实体交易附近的交易模式所揭示的信息。根据定义，与扩展网络有关的这些特征不能由实体直接控制，但可能导致有关交易实体的信息泄漏。我们定义了一些与比特币区块链上的实体表征相关的新功能，并研究了它们在实践中的有效性。我们表明，即使是一个弱的攻击者浅数据采掘知识能够利用这些功能来表征实体属性。
2018-10-29 cs.CR cs.LG
Obfuscation in Bitcoin: Techniques and Politics
在加密货币比特币中，所有交易都记录在区块链中-一个公共的，全球的，不可变的分类账。由于交易是公开的，比特币及其用户采用模糊处理来保持一定程度的金融隐私。关键的是，与混淆的典型用途相反，在比特币中，混淆并不是针对系统设计者，而是通过设计来实现的。我们将16种针对比特币的隐私保护技术映射到一个模糊与密码学轴，并发现那些在实践中使用的倾向于混淆。我们认为，这导致了隐私和监管接受之间的平衡。
2017-06-29 cs.CR cs.CY
Decentralized Lightweight Detection of Eclipse Attacks on Bitcoin Clients
像比特币这样的无许可区块链系统的客户端依赖于底层的点对点网络来发送和接收交易。客户端连接到至少一个诚实的对等端是至关重要的，否则客户端可能会被说服接受区块链的恶意分叉视图。在这种eclipse攻击中，客户端无法可靠地区分区块链的规范视图和攻击者提供的视图。如果客户基于对区块链交易的扭曲看法做出商业决策，其后果可能是灾难性的。在本文中，我们调查了设计空间，并提出了两种方法，让比特币客户端检测针对它们的eclipse攻击是否正在进行。每种方法在平均攻击检测时间和网络负载之间选择不同的折衷。第一个方案是基于可疑块时间戳的检测。第二种方案允许区块链客户端利用其与互联网的自然连接（即，标准网络活动）与联系的服务器和其他客户端谈论他们的区块链视图。我们的建议改进了以前提出的eclipse攻击对策，而没有引入任何专用的基础设施或对比特币协议和网络的更改，我们讨论了实现。我们证明了基于流言的计划的有效性，通过严格的分析，使用原始的互联网流量跟踪和现实世界的部署。实验结果表明，该协议的开销可以忽略不计，能够快速检测出高概率的eclipse攻击，非常适合于实际部署。
2020-07-05 cs.CR
Is Stubborn Mining Severe in Imperfect GHOST Bitcoin-like Blockchains? Quantitative Analysis
GHOST与最长链协议一样，是一种链选择协议，其抵抗自私挖掘攻击的能力已经在比特币及其变种（Bitcoin-like）的不完美区块链中得到了验证。本文探索了一种基于分析模型的方法来研究不完美的GHOST类比特币区块链中顽固采矿攻击的影响。首先基于马尔可夫链对链动态进行量化，然后推导出矿工收益和系统吞吐量的公式。我们还提出了一个新的度量标准，“危险指数”，它可以用来比较攻击的严重性，也可以帮助攻击者确定它是否是有利可图的进行攻击。实验结果表明：1）计算能力超过30%的攻击者可以通过发起顽固挖掘攻击获得巨大的利润，并极大地降低系统的吞吐量。2)理性攻击者如果计算能力低于25%，就不应该发起顽固的挖掘攻击。3)在GHOST环境下，顽固挖矿攻击比自私挖矿攻击造成的破坏更大。我们的工作提供了深入了解顽固的采矿攻击，并有助于设计对策。
2023-02-01 cs.CR cs.NA math.NA
Bitcoin Inscriptions: Foundations and Beyond
本研究初步探索比特币铭文，剖析其技术底层，对比其与其他区块链NFT的差异，梳理应用场景及铭文衍生协议、比特币Layer2、互操作性技术等未来创新机遇。
2024-01-31 cs.CR cs.DC
Tithonus: A Bitcoin Based Censorship Resilient System
在适应性强、足智多谋的国家级审查机构面前，提供可靠和秘密的通信是困难的。在本文中，我们介绍了Tithonus，这是一个基于比特币区块链和网络的框架，提供了抗审查的通信机制。与以前的方法相比，我们不完全依赖于缓慢而昂贵的区块链共识机制，而是充分利用比特币的点对点八卦协议。我们开发自适应、快速和经济高效的数据通信解决方案，将客户请求伪装成不显眼的比特币交易。我们提出了安全请求和传输内容的解决方案，具有不可观察性和审查阻力，以及免费，按访问付费和基于订阅的支付选项。与最先进的比特币写入解决方案相比，Tithonus将向审查客户端传输数据的成本降低了2个数量级，并将有效吞吐量增加了3到5个数量级。我们发现，Tithonus客户端发起的交易很难被检测到，而服务器发起的交易不能被审查，而不会给比特币区块链带来分裂世界的问题。
2018-09-29 cs.CR
Incentive Analysis of Bitcoin-NG, Revisited
Bitcoin-NG是第一个通过将区块链操作解耦为两个平面来接近\emph{near-optimal}吞吐量的区块链协议之一：领导者选举和事务序列化。它的解耦思想启发了新一代高性能区块链协议。然而，现有的Bitcoin-NG激励分析存在一些局限性。首先，忽略了网络容量的影响。第二，仍然缺乏综合考虑关键区块和微区块的综合激励分析。在本文中，我们的目标是解决这两个限制。首先，我们提出了一个新的激励分析，考虑到网络容量，表明即使在有限的网络容量下，Bitcoin-NG仍然可以保持对微块挖掘攻击的激励兼容性。其次，我们利用马尔可夫决策过程（MDP）对关键区块和微区块的激励进行了联合分析，发现只有当自私矿工控制35%以上的挖矿能力时，Bitcoin-NG的自私挖矿收益才略高于比特币。我们希望我们对Bitcoin-NG的深入激励分析可以为下一代区块链协议的机制设计和激励分析提供一些启示。
2020-10-02 cs.CR cs.DC
BitcoinHeist: Topological Data Analysis for Ransomware Detection on the Bitcoin Blockchain
加密货币的扩散（例如，比特币）允许伪匿名交易，这使得勒索软件开发者更容易通过加密敏感的用户数据来索要赎金。最近披露的勒索软件攻击已经在从地方政府到医疗保健的不同部门造成了重大的经济损失和社会危害。大多数现代勒索软件使用比特币进行支付。然而，尽管比特币交易被永久记录并公开可用，但当前用于检测勒索软件的方法仅依赖于几个搜索和/或繁琐的信息收集步骤（例如，运行勒索软件以收集勒索软件相关的比特币地址）。据我们所知，以前的方法都没有采用先进的数据分析技术来自动检测与勒索软件相关的交易和恶意比特币地址。通过利用拓扑数据分析的最新进展，我们提出了一个高效且易于处理的数据分析框架，可以在仅提供有限的先前交易记录的情况下自动检测勒索软件家族中的新恶意地址。此外，我们提出的技术具有很高的实用性，以检测新的勒索软件家族的出现，即勒索软件没有以前的交易记录。使用现有的已知勒索软件数据集，我们表明，与现有的基于启发式的方法相比，我们提出的方法在勒索软件交易检测的精确度和召回率方面有显着提高，并且可以用于自动化勒索软件检测。
2019-06-19 cs.CR cs.DC
Analysis of Arbitrary Content on Blockchain-Based Systems using BigQuery
基于区块链的系统作为独立资产转移和智能合约功能的推动者已经获得了极大的普及。早在第一批比特币区块出现时，它们就被用于存储任意内容，如文本和图像。链上数据存储功能对于各种合法用例都很有用。但它也带来了系统性风险。如果被滥用，例如在公共区块链上发布非法内容，数据存储功能可能会给需要存储和分发区块链的运营商和用户带来法律后果，从而威胁到整个区块链生态系统的运营可用性。在本文中，我们开发并应用了一种基于云的方法，用于快速发现和分类公共区块链上的内容。我们的方法可以适应不同的区块链系统，并提供对内容相关使用模式和潜在滥用案例的见解。我们将我们的方法应用于两个最著名的公共区块链系统-比特币和以太坊-并讨论我们的结果。据我们所知，这项研究是第一个系统地分析存储在以太坊区块链上的非金融内容的研究，也是第一个在存储数据的质量和数量方面对不同区块链进行并排比较的研究。
2022-03-17 cs.CR cs.CY
Disintermediation of Inter-Blockchain Transactions
不同版本的点对点电子现金作为由单独的区块链表示的数据存在。这种系统之间的支付不能直接从一方发送到另一方而不通过金融机构。比特币提供了部分解决方案，但其效用仅限于区块链内交易。如果需要一个可信的第三方来执行区块链间的交易，那么这些好处就失去了。我们提出了一个解决区块链间交易问题的方案，使用与比特币相同的基本原理。该协议由Uberledger框架描述，Uberledger框架是一个分层的元区块链层，它封装了有关点对点交易促进者的保真度的信息。
2016-09-08 cs.CR
An analysis of Bitcoin OP_RETURN metadata
比特币协议允许通过脚本语言的特殊指令（称为OP_RETURN）将任意数据保存在区块链上。越来越多的协议利用这一特性，将比特币区块链的应用范围扩展到货币转移之外。比特币社区中的一个争论点是，通过OP_RETURN加载数据是否会对比特币网络的主要目标产生负面影响。本文是对OP_RETURN多年来使用情况的实证研究。我们确定了几个协议的基础上OP_RETURN，我们分类的应用领域。我们测量每个协议的使用时间的演变，OP_RETURN事务的应用程序域的分布，以及它们的空间消耗。
2017-03-01 cs.CR
