SightSteeple: Agreeing to Disagree with Functional Blockchain Consensus
经典和当代的分布式共识协议，可能是二进制协议、状态机复制或区块链共识，要求对等系统中的所有协议参与者就作为共识有效载荷的一部分的完全相同的信息达成一致。虽然这种共识模型被广泛研究，并且对于大多数基于共识的去中心化应用程序都很有用，但它没有定义正确的分布式系统，这些系统通过共识协议本身来授权基于参与者凭证的特权可见性。我们引入了一种新的分布式共识范式，称为功能性区块链共识。功能性区块链共识允许每个区块链协议参与者根据区块链系统中参与者的凭证就交易列表的一些不同子信息达成一致，而不是就整个交易列表达成一致。我们激励两个对手模型，一个是标准的崩溃故障对手，另一个是新的合理故障对手，以损害功能性区块链共识。然后，我们提出了两个版本的区块链协议SightSteeple，该协议在所述故障模型中实现了功能性区块链共识。SightSteeple依赖于标准区块链共识和功能加密的新颖组合，以及其他原语，以实现其正确性目标。最后，我们讨论了基于功能性区块链共识的非对称分布式账本的实际用途，并激励了这种新共识范式可能产生的分支结构。
2022-05-02 cs.CR cs.DC
A Secure Consensus Protocol for Sidechains
侧链技术被认为是一种有前途的解决方案，可以在可扩展性和互操作性方面加速当今的公共区块链。通过依靠主链的安全性，不同的侧链可以制定自己的规则来达成共识。虽然文献已经考虑了在侧链中使用共识协议的可能性，但到目前为止，还没有尝试为侧链定制具有高性能和形式安全性证明的共识协议。为了填补这一空白，我们介绍了Cumulus，一个低开销，高效，安全可证明的侧链协议。Cumulus利用智能合约来确保每轮只有一个在侧链中提出的区块会在主链上执行，从而以有效的方式达成共识。给出了Cumulus的形式化规范，保证了Cumulus的安全性和活跃性，而无需客户端的任何在线要求。在安全性分析方面，给出了通用可组合安全模型下的形式化安全定义和证明。作为概念证明，我们实现了Cumulus并在以太坊测试网中对其进行了评估。
2019-11-16 cs.CR cs.DC
Adelie: Detection and prevention of Byzantine behaviour in DAG-based consensus protocols
本文提出Adelie协议，通过解决未认证DAG引入的新型拜占庭攻击向量并结合Shoal++技术降低延迟，其实现bftd在最大TPS和低延迟上取得突破。
2024-08-25 cs.CR cs.DC
Proof of Luck: an Efficient Blockchain Consensus Protocol
在本文中，我们提出了多个区块链共识原语和一个新的区块链系统的设计，所有这些都基于使用可信执行环境（TEE），例如支持Intel SGX的CPU。首先，我们展示了如何使用TEE为现有的工作量证明方案可以通过防止使用ASIC来公平地分配挖掘。接下来，我们使用时间证明和所有权证明共识原语扩展设计，以提高挖掘的能源和时间效率。进一步改进这些设计，我们提出了一个使用运气证明共识协议的区块链。我们的运气证明区块链使用TEE平台的随机数生成来选择共识领导者，它提供低延迟的交易验证，确定性的确认时间，可忽略的能耗和公平分布的挖掘。最后，我们讨论了一个潜在的保护高达一个恒定数量的妥协的TEE。
2017-03-16 cs.CR cs.DC
Towards a Verified Model of the Algorand Consensus Protocol in Coq
Algorand区块链是一个安全和分散的公共账本，基于纯粹的权益证明而不是工作证明。它的核心是一种新的共识协议，每轮只有一个区块得到认证：也就是说，该协议保证区块链不会分叉。在本文中，我们报告了我们的努力，模型和形式化验证的Algorand共识协议的Coq证明助手。类似于以前的共识协议验证工作，我们建模的协议作为一个状态转换系统和原因可达的全局状态。然而，与以前的工作相比，我们的模型明确地包含了时间问题（例如，超时和网络延迟）和对抗性行为，反映了公共区块链面临的更现实的环境。到目前为止，我们已经证明了协议的异步安全性：即使对手完全控制了网络中的消息传递，也不能在同一轮中验证两个不同的块。我们相信，我们的模型是足够的一般性和其他相关属性的协议，如活性可以证明相同的模型。
2020-08-25 cs.CR cs.DC
Security Analysis of Ripple Consensus
Ripple网络是最著名的区块链平台之一，其原生XRP代币目前拥有最高的加密货币市值之一。Ripple共识协议为该网络提供动力，通常被认为是拜占庭容错协议，可以在存在错误或恶意节点的情况下达成共识。与传统的拜占庭协议不同，Ripple共识中没有所有参与节点的全局知识;相反，每个节点声明一个它信任的其他节点的列表，并从这些节点中考虑投票。先前的工作已经引起了人们对共识协议在Ripple最初陈述的一般假设下的活性和安全性的担忧，目前文献中对其工作原理和属性没有适当的理解。本文填补了这一空白，并作出了两个贡献。它首先提供了一个详细的，抽象的协议描述，这已经从源代码派生。其次，本文指出，抽象协议可能违反安全性和活性在几个简单的执行在相对良性的网络假设。
2020-11-30 cs.CR cs.DC
FedChain: An Efficient and Secure Consensus Protocol based on Proof of Useful Federated Learning for Blockchain
针对区块链PoW共识能源浪费问题，提出基于有用联邦学习证明的FedChain共识协议，通过池聚合、秘密共享、模型优化及零知识验证实现高效安全的共识，经实验验证了性能。
2023-08-29 cs.CR cs.DC
Analysis of the XRP Ledger Consensus Protocol
XRP Ledger共识协议是一个先前开发的共识协议，为XRP Ledger提供支持。它是一种低延迟的拜占庭协议，能够在不完全同意哪些节点是网络成员的情况下达成共识。我们提出了一个详细的解释算法，并推导出其安全性和活性的条件。
2018-02-20 cs.DC
Automated Selfish Mining Analysis for DAG-Based PoW Consensus Protocols
针对DAG结构工作量证明协议中自私挖矿分析需手动构建MDP的问题，提出模块化通用攻击模型，自动推导并求解MDP，覆盖以太坊PoW、GhostDAG等协议。
2025-06-21 cs.CR cs.DC
No Need for Recovery: A Simple Two-Step Byzantine Consensus
在本文中，我们给出了一个确定性的两步拜占庭共识协议，实现安全性和活性。两步拜占庭共识协议只需要两个通信步骤，在没有故障的情况下提交。大多数两步拜占庭共识协议利用乐观主义，并在出现故障时需要恢复协议。在本文中，我们给出了一个简单的两步拜占庭共识协议，不需要一个恢复协议。
2019-11-23 cs.DC
Validated Strong Consensus Protocol for Asynchronous Vote-based Blockchains
本文提出一种validated strong BFT共识模型及异步协议，解决异步投票区块链的可扩展性问题，在不依赖阈值签名下实现线性视图更改，使其具备与部分同步区块链同等的简洁性与效率。
2024-12-24 cs.CR cs.DC
Asynchronous Consensus Without Rounds
容错共识协议通常涉及进程集合之间的有序轮投票。在本文中，我们推导出一个通用的规范的容错异步共识协议，并提出了一类共识协议，完善这一规范，而不使用轮。此类中的崩溃容忍协议使用3f+1进程，而拜占庭容忍协议使用5f+1进程。
2019-08-28 cs.DC
Proof-of-Social-Capital: A Consensus Protocol Replacing Stake for Social Capital
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Slovak University of Technology in Bratislava（布拉迪斯拉发斯洛伐克科技大学）
本研究提出基于社会资本的新型区块链共识协议，通过整合零知识证明、可验证凭证等技术防范女巫攻击，提升去中心化公平性与隐私性，为去中心化系统开发提供新思路。
2026-07-28 cs.CR cs.DC
Good, Better, Best! - Unbeatable Protocols for Consensus and Set Consensus
虽然同步模型的第一个共识协议被设计为匹配最坏情况下的下限，在所有运行中精确地在t+1轮中决定，但很快就意识到它们可以通过早期停止协议进行严格改进。它们在第一轮中占主导地位，总是在最多t+1轮中决定，但通常要快得多。一个协议如果不能被严格控制，那么它就是不可战胜的。对于分布式协议来说，不可击败性通常是比最坏情况性能更合适的最优性概念。利用基于知识的分析方法，研究了一致性和k-集一致性的不可战胜性。我们提出了无与伦比的解决方案，以非统一的共识和k集共识，并在同步消息传递上下文中的统一共识崩溃失败。k-集一致性问题比一致性问题在技术上更具挑战性，它的分析引发了分布式计算拓扑方法的发展。这个问题的最坏情况下的下限需要基于代数拓扑的技术，或基于简化的证明。我们对不可战胜性的证明纯粹是组合的，是对共识性的直接推广，尽管不是微不足道的。我们还提出了一种替代拓扑不可战胜的证明，可以理解的连接协议复杂的过程和决策时间之间的连接。对于同步模型，仅提供了k集共识的统一变体的解决方案。基于我们无与伦比的协议一致的共识和非一致的k-集共识，我们提出了一个一致的k-集共识协议，严格主导所有已知的解决方案，这个问题的同步模型。
2013-11-27 cs.DC
Cob: a consensus layer enabling sustainable sharding-based consensus protocols
在本文中，我们探讨了上下文的应用程序的Cob，最近推出的拜占庭容错共识协议。Cob被证明是一个无领导的共识协议，它对要观察和记录的事件列表的每个组件并行执行共识过程。我们展示了如何使用Cob来定义可扩展和可持续区块链的共识层。这一层用于设计共识协议，该协议基于分片作为实现可扩展性的手段，并基于时隙中的时间碎片（分配给被指示创建新块的节点）作为减少维护分布式账本所需的计算量和通信量的手段。我们解释了为什么Cob是一个可行的候选人，通过引入一个辅助区块链，我们命名为同步链来实现这样的共识层。
2022-05-12 cs.DC
Spectrum: A Framework for Adapting Consensus Protocols
在文献中存在过多的共识协议。原因是没有一个通用的解决方案，因为每个协议都是唯一的，其性能直接与部署设置和工作负载配置相关。一些协议非常适合于地理规模的环境，例如，无领导的，而其他的在具有高竞争的工作负载下提供高性能，例如，基于单一领导者。因此，现有的协议很少适应不断变化的工作负载条件。为了克服这一限制，我们提出了频谱，一个共识框架，能够在运行时切换共识协议，使动态反应的工作负载特性和部署方案的变化。有了这个框架，我们提供了各种共识协议的透明实例化，以及一个完全异步的零停机切换机制。我们通过广泛的实验评估，这表明，频谱是能够限制用户感知的延迟之间的共识协议切换时增加的有效性。
2019-02-15 cs.DC
Protocol for Asynchronous, Reliable, Secure and Efficient Consensus (PARSEC) Version 2.0
在本文中，我们提出了一个开源的，完全异步的，leaderless算法，在异步网络中存在拜占庭故障达成共识。我们证明了算法的正确性，提供少于三分之一的参与节点是错误的。我们还提出了一种方法，将该算法应用到一个网络的动态成员，即网络中的节点可以加入和离开。本文的核心贡献是定义了一个异步BFT协议的最优模型，该模型对1/3拜占庭节点具有弹性。该模型将协议与概率1匹配（与某些概率方法不同），并且其中使用普通硬币作为随机化的来源，以便它尊重FLP不可能性结果。
2019-07-26 cs.CR cs.DC
ChonkyBFT: Consensus Protocol of ZKsync
本研究提出应用于ZKsync系统的部分同步BFT共识协议ChonkyBFT，该混合协议基于委员会、仅一轮投票、单时隙最终性，满足n≥5f+1容错，适配ZKsync rollup以实现低延迟等目标，已通过形式化方法验证。
2025-03-19 cs.CR cs.DC cs.LO
Solida: A Blockchain Protocol Based on Reconfigurable Byzantine Consensus
去中心化的加密货币比特币取得了巨大的成功，但也遇到了许多挑战。挑战之一是确认时间过长。另一个挑战是在协议的某些步骤缺乏激励，引起了对交易扣留，自私挖掘等的担忧。为了解决这些挑战，我们提出了Solida，一种基于可重构拜占庭共识的去中心化区块链协议，通过工作量证明增强。Solida在确认时间方面改进了比特币，并提供了安全性和活性，假设对手控制的总采矿能力不到（大约）三分之一。
2017-11-18 cs.CR cs.DC cs.GT
Dissecting BFT Consensus: In Trusted Components we Trust!
对可靠的多方应用程序的兴趣日益增长，促进了拜占庭容错（BFT）共识协议的广泛采用。现有的BFT协议比Paxos协议需要更多的副本来防止含糊攻击。相反，信任BFT协议试图通过在副本中使用可信组件来最小化此成本。本文有两个贡献。首先，我们分析了现有的信任BFT协议的设计，并发现了三个基本的限制，排除大多数实际部署。其中一些限制是根本性的，而另一些则与当今受信任组件的状态有关。其次，我们介绍了一套新的共识协议，信任，试图回避这些问题。我们表明，我们的EST-Trust协议实现高达185%以上的吞吐量比他们的信任BFT同行。
2022-11-01 cs.CR cs.DB cs.DC
Unbeatable Consensus
Halpern、Moses和Waarts在2001年提出的共识协议的不可战胜性是一个比早期停止协议更强的最优性概念。使用一种新的基于知识的分析，本文推导出第一个实用的无与伦比的共识协议在文献中，标准的同步消息传递模型与崩溃故障。这些协议严格地主宰了最知名的一致性和非一致性共识协议，在某些情况下击败了它们。分析提供了一个新的理解的逻辑结构的共识，一致和非一致的共识之间的区别。最后，第一个（早期停止和）无与伦比的协议，对待决策值“公平”。所有这些协议都有非常简洁的描述，并被证明是有效的实施。
2014-10-09 cs.DC
Blockchain Consensus Protocols in the Wild
区块链是一种用于记录交易的分布式账本，由许多节点通过分布式加密协议在没有中央权威的情况下维护。所有节点都验证要添加到区块链的信息，共识协议确保节点同意添加条目的唯一顺序。容忍拜占庭故障的共识协议已经重新受到关注，因为它们也解决了区块链系统。这项工作讨论了评估和获得信心的共识协议暴露于故障和敌对节点的弹性的过程。我们提倡遵循密码学和计算机安全的既定做法，依赖于公众评论，详细的模型和正式的证明;几个实际系统的设计者似乎没有意识到这一点。此外，我们回顾了一些著名的许可区块链平台中的共识协议，以及它们的故障模型和对攻击的弹性。协议比较涵盖Hyperledger Fabric、Tendermint、Symbiont、R3~Corda、Iroha、Kadena、Chain、Quorum、MultiChain、Sawtooth Lake、Ripple、Stellar和IOTA。
2017-07-07 cs.DC
An overview of the efficiency and censorship-resistance guarantees of widely-used consensus protocols
本文综述了现有共识与无共识协议在抗审查性和效率方面的表现，并提出一种基于领导者协议构建兼具抗审查与高效特性的新方法。
2025-08-18 cs.DC
A Hierarchical and Location-aware Consensus Protocol for IoT-Blockchain Applications
本文提出分层位置感知共识协议 LH-Raft，通过节点声誉与距离形成候选组并选举子层领导者，结合门限签名实现全局共识，实验表明其可扩展并显著降低通信成本、共识延迟和一致时间。
2023-05-28 cs.CR cs.DC cs.NI
Robustness and efficiency of leaderless probabilistic consensus protocols within Byzantine infrastructures
研究了噪声拜占庭网络中具有低计算复杂性的无领导二进制多数一致性协议.使用计算机模拟，我们表明，显式随机化的共识协议可以显着增加对故障和恶意节点的鲁棒性。我们确定了各种拜占庭攻击策略的最佳数量的随机性在不同类型的网络拓扑结构。
2019-11-20 cs.DC math.PR
Revisiting consensus protocols through wait-free parallelization
最近区块链系统的激增重新引起了人们对传统拜占庭容错共识协议的兴趣。许多这样的共识协议具有主备份设计，其中分配的副本，即主副本，负责协调共识协议。虽然主备份设计导致相对简单和高性能的共识协议，它放置在一个良好的主不合理的负担，并允许恶意主大大影响系统性能。在本文中，我们提出了一个协议无关的方法来改善设计的主要备份共识协议。我们方法的核心是一种新颖的无等待方法，并行运行底层共识协议的多个实例。为了获得高性能的并行化设计，我们提出了无协调的技术，以命令操作跨并行实例，处理实例故障，并将客户端分配给特定的实例。因此，我们提出的设计能够减少单个实例和主实例的负载，同时也减少了任何恶意副本的不利影响。
2019-08-06 cs.DB cs.DC
AlphaBlock: An Evaluation Framework for Blockchain Consensus Protocols
共识协议在平衡区块链系统的安全性和效率方面发挥着关键作用。在本文中，我们提出了一个区块链共识协议的评估框架，称为AlphaBlock。在这个框架中，我们比较了拜占庭容错（BFT）共识和中本共识（NC）的整体性能。BFT共识是通过多轮来自绝对多数的法定人数投票达成的，而NC是通过附加块的隐式投票积累可信度来达成的。AlphaBlock结合了Hotstu BFT（HBFT）和权威证明（PoA）的关键概念，作为BFT和NC的案例研究。使用这个框架，我们将HBFT和PoA的吞吐量和延迟与实际网络和区块链配置进行了比较。我们的研究结果表明，在大多数情况下，由于HBFT中没有分叉，HBFT的性能优于PoA。此外，我们还发现了一组AlphaBlock的最优配置，为提高区块链共识算法的性能提供了参考。
2020-07-27 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
Evolutionary Game for Consensus Provision in Permissionless Blockchain Networks with Shard
随着去中心化共识协议的发展，无需许可的区块链被认为是通用交易驱动的自治系统的一个有前途的推动者。然而，大多数流行的区块链网络都是建立在被称为工作量证明的密码谜题框架下的共识协议上的。这样的协议面临着交易处理瓶颈的固有问题，因为网络以非常高的延迟为代价实现了交易确认的分散共识。在本文中，我们研究了在具有分片共识的多个吞吐量可扩展区块链系统中的共识形成问题。具体而言，分片共识的协议设计不仅能够并行化处理器子组的事务验证过程，而且还引入了用于加速共识过程的拜占庭共识协议。通过允许不同的区块链征收不同水平的处理费用并具有不同的交易生成率，我们的目标是模拟现实世界中基于区块链的多服务提供生态系统。我们专注于在大量共识处理器的条件下区块链选择的动力学。因此，我们将各个处理器对区块链选择的演变建模为进化博弈。理论和数值分析提供有关的进化平衡和稳定性的处理器的策略在一般情况下。
2018-11-16 cs.CR cs.DC cs.GT
Aleph: A Leaderless, Asynchronous, Byzantine Fault Tolerant Consensus Protocol
在本文中，我们提出了Aleph，一个领导者，完全异步，拜占庭容错共识协议，顺序进程之间交换的消息。它基于偏序集的分布式构造和在其扩展到全序上达成共识的算法。为了达成共识，进程仅基于数据结构的本地副本执行计算，然而，它们必然以相同的结果结束。我们的算法使用双阈值抛硬币计划作为随机化策略，并建立了预期的常数轮数的协议。此外，我们还介绍了一种快速验证消息的方法，这种方法可以在确定总排序之前发生。此版本的协议已弃用。当前版本见arXiv：1908.05156。
2019-08-29 cs.DC
SoK: DAG-based Consensus Protocols
本文系统化梳理基于DAG的共识协议，按可用性与一致性分类，分析其设计、权衡、安全及公平挑战，并指出研究空白与未来方向。
2025-04-22 cs.DC
IBFT 2.0: A Safe and Live Variation of the IBFT Blockchain Consensus Protocol for Eventually Synchronous Networks
在这项工作中，我们提出了IBFT 2.0（伊斯坦布尔BFT 2.0），这是一个权威证明（PoA）拜占庭容错（BFT）区块链共识协议，它（i）确保立即终结，（ii）在最终同步网络模型中是健壮的，（iii）具有动态验证器集。顾名思义，IBFT 2.0建立在IBFT区块链共识协议的基础上，保留了所有原始功能，同时解决了我们之前的一项工作中描述的安全性和活跃度限制。在本文中，我们提出了一个高层次的描述IBFT 2.0协议和相关的鲁棒性证明。协议的正式规范和相关的正式证明将是一个单独的工作主体的主题。我们还设想了一个单独的工作，将提供详细的实施规范IBFT 2.0。
2019-09-23 cs.DC
A lightweight BFT consensus protocol for blockchains
我们提出了一个通用的共识框架，可以轻松地将可定制的拜占庭容错共识算法引入现有的（委托）权益证明区块链。我们证明了协议的安全性的假设下，少于1/3的验证者是拜占庭。该框架还允许共识参与者选择主观决策阈值，以便即使在拜占庭验证器的比例较大的情况下也能获得安全性。此外，如果少于1/3的验证器崩溃，则显示协议的活性。在此基础上，我们提出了一种基于Lisk生态系统的拜占庭容错共识算法Lisk-BFT。Lisk-BFT集成了现有的区块提议机制，只需要在区块中添加两个整数，并且不需要额外的消息。该协议很简单，如果少于1/3的验证器是拜占庭的，则在静态验证器的情况下提供安全性。对于动态变化的验证者的情况下，我们证明了协议的安全性，假设拜占庭验证者的数量和诚实的验证者的数量，可以改变一次的界限。我们进一步证明了Lisk-BFT协议的活性小于1/3的崩溃验证器。
2021-05-04 cs.DC
Securing Consensus from Long-Range Attacks through Collaboration
针对PoS/BFT区块链的长程攻击，提出协作力量（PoC）协议，通过矿工协作而非竞争来保护账本，保证公平性与问责性，且仅轻微降低吞吐量。
2025-08-07 cs.CR cs.DB cs.DC
Phalanx: A Practical Byzantine Ordered Consensus Protocol
拜占庭容错（Byzantine fault tolerance，BFT）共识是分布式计算的基本原语。然而，BFT协议存在排序操纵问题，攻击者可以抢先攻击。有几种协议被提出来解决操纵问题，但它们都有一些局限性。基于批处理的协议，如Themis，由于使用复杂的算法来寻找强连接组件（SCC），因此具有显著的性能损失。基于时间戳的协议如Pompe简化了排序阶段，但它们在公平性上受到限制，对手可以通过交易的时间戳来操纵排序。在本文中，我们提出了一个拜占庭有序的共识协议称为方阵，在该协议中，事务提交基于锚定的排序策略。基于锚点的策略使得每个参与者上的事务的Lamport逻辑时钟聚合，并且生成最终排序，而不需要复杂的SCC检测。因此，密集阵取得了令人满意的性能，并表现出更好的抵抗顺序操纵比基于时间戳的策略。
2022-09-18 cs.DC
Proofware: Proof of Useful Work Blockchain Consensus Protocol for Decentralized Applications
在区块链系统中，共识协议作为一种激励和安全机制，是为了保证参与者诚实有效地构建区块。区块链有不同的共识协议，如工作量证明（PoW），权益证明（PoS），空间证明（PoSpace），活动证明等，但大多数这些共识协议都不是为了为社会做一些有用的工作而设计的，因为太多的竞争和可扩展性限制。大量的电力和计算资源，包括CPU、RAM、存储和传感器，都被浪费在运行基于这些共识协议的区块链网络上。目前用于构建去中心化应用程序（dApps）的框架和中间件在很大程度上限于简单且不太有用的工作。在本文中，我们介绍了Proofware，它旨在让开发人员使用现有的公共/基于人群的计算资源轻松构建他们的dApp。在Proofware下，开发人员可以开发和测试自己的有效工作证明（PoUW）共识协议。此外，每个dApp都有一个嵌入式货币系统，而不是依赖于集中的会计系统，以保持整个激励系统的分散，公平，透明，稳定和可持续性。基于Proofware，我们已经建立了一个基于人群的视频共享应用程序，称为OurTube，作为案例研究。以OurTube为例，证明了Proofware在构建基于人群的计算系统方面具有成本效益、抗审查、弹性和财务可持续性等特点，显著提高了生产率。
2019-03-22 cs.DC
A Generic Efficient Biased Optimizer for Consensus Protocols
一致性是分布式计算最基本的问题之一。特别是，它在许多基于复制的容错系统中，尤其是在最近的多个区块链解决方案中充当构建块。根据其确切的变体和其他环境假设，解决共识需要多轮沟通。然而，存在已知的乐观协议，其保证在有利条件下在单个通信回合中终止。在本文中，我们提出了一个通用的优化器，可以将任何共识协议转换为优化的协议，只要所有节点都以相同的预定值开始并且没有拜占庭故障发生（尽管允许节点崩溃），该协议就会在单个通信回合中终止。这不考虑网络定时假设和被优化的基础共识协议所假设的附加oracle能力。在良性故障的情况下，只要故障节点的数量为$f<n/2$，我们的优化器就会工作。对于拜占庭行为，我们的优化器的弹性取决于所寻求的有效性变量。在经典有效性的情况下，它可以容纳$f<n/4$拜占庭失败。在最近的外部有效性函数假设下，只要$f<n/3$。无论哪种方式，我们的优化器都只依赖于口头消息，从而施加了非常轻量级的加密要求。
2019-08-07 cs.DC
Basilic: Resilient Optimal Consensus Protocols With Benign and Deceitful Faults
拜占庭共识问题一直是设计安全分布式系统的关键。然而，这是特别困难的，主要是由于任意行为的拜占庭进程的存在和一般网络中的未知消息延迟。虽然众所周知，一旦$n/3$拜占庭进程失败，安全性和活性都有风险，但很少有工程试图精确地描述产生终止违规的故障中产生安全违规的故障。在本文中，我们提出了一个新的下限的共识问题的可解性区分欺骗性故障违反安全和良性故障违反终止更一般的拜占庭故障，我们称之为拜占庭欺骗良性故障模型。我们发现，如果$n\leq 3t+d+2q$与$t$拜占庭进程，$d$欺骗进程，和$q$良性进程不能解决共识。此外，我们表明，这个界限是紧的，通过提出的Basilic类的共识协议，解决共识时，$n > 3t+d+2q$。这些协议的不同之处在于它们在继续之前等待接收消息的进程的数量。因此，这些协议中的每一个都更适合于某些应用，这取决于良性或欺骗性故障的优势。最后，我们在需要解决最终共识的较弱问题的区块链背景下研究了Basilic类共识协议的容错。我们证明了Basilic仅用$n > 2t+d+q$解决了这个问题，从而展示了它如何加强区块链安全性。
2022-04-19 cs.DC
Verifying Randomized Consensus Protocols with Common Coins
本文扩展概率阈值自动机（PTA）以验证带有公共硬币的随机化容错共识协议，通过引入公共硬币进程克服对称性破坏等技术挑战，并成功验证了8个协议的协议一致、有效性和几乎必然终止属性。
2024-09-26 cs.DC cs.FL
Randomized protocols for asynchronous consensus
著名的Fischer、Lynch和Paterson不可能性证明表明，在异步分布式系统的自然模型中，即使一个进程可能失败，也不可能解决共识问题。自发表以来，二十年的容错异步共识算法的工作已经回避了这个不可能的结果，通过使用扩展模型，提供（a）随机化，（b）额外的定时假设，（c）故障检测器，或（d）更强的同步机制比在基本模型。集中在这些方法中的第一个，我们说明了随机异步共识协议的历史和结构，给出了几个这样的协议的详细描述。
2002-09-06 cs.DC cs.DS
Byzantine Consensus in the Common Case
模块化的方法来转换拜占庭共识协议到那些是快速和通信效率在常见的情况下。称为层的小而短的协议段是定制设计的，以在常见情况下优化性能。当与选择的拜占庭共识协议组成时，它们允许对组合协议在存在故障时的行为和在不存在故障时的性能进行相当大的控制。当在普通情况下运行无故障时，产生的协议在两轮中决定，并需要$2nt$位的通信。对于常见的情况下，假设所有的处理器建议1和没有发生故障，我们展示了一个转换，其中的决定是在一个回合，没有位的通信交换。由此产生的协议实现了更好的常见情况下的复杂性比所有现有的拜占庭共识协议。最后，在不发生常见情况的极少数情况下，对原始共识协议进行转换的复杂性增加了一小部分成本。在通常情况下允许时间和通信效率的这些层的关键成分是使用{ \it静默确认回合}，其是在没有任何通信的情况下可以获得相当多的相关信息的回合。
2019-05-15 cs.DC
Efficient Consensus-Free Weight Reassignment for Atomic Storage (Extended Version)
加权投票是一种传统的方法，以提高性能的复制系统的基础上，常用的多数法定系统在异构环境中。在长寿命系统中，需要权重重新分配协议来随着时间重新分配权重，以便相应地适应性能变化。权重重分配协议在异步故障倾向系统中应该是无共识的，因为在这样的系统中不可能解决共识。本文提出了一个有效的共识自由的原子存储系统中的异构，动态，异步消息传递系统的重量重分配协议。实验评估表明，该协议提高了性能的原子读/写存储实现的多数仲裁系统相比，以前的解决方案。
2021-12-02 cs.DC
Sharpedo: Dual-Mode Uncertified DAG-Based Consensus Protocol
UCL（伦敦大学学院）
Sharpedo是首个双模式无证书DAG共识协议，结合部分同步的高性能与异步的进展保证，并引入动态调度机制提升效率。
2026-09-09 cs.DC
Unbeatable Set Consensus via Topological and Combinatorial Reasoning
集合一致性问题在分布式系统的研究中发挥了重要的作用超过二十年。事实上，对这个问题的下界和不可能性结果的搜索催生了分布式计算的拓扑方法，这引起了协议设计和分析的新技术。设计有效的解决方案以达成共识也被证明是具有挑战性的。在同步崩溃失败模型中，文献包含一系列解决方案来设置共识，每个解决方案都在以前的解决方案上有所改进。本文提出了一个无与伦比的协议，非均匀k集一致性的同步崩溃故障模型。这是一个有效的协议，其决策时间无法改进。此外，我们的协议的描述非常简洁。证明这个协议的不可战胜性是一个不平凡的挑战。我们提供了两个证明其不可战胜性：一个是一个微妙的构造性组合证明，另一个是一个新的风格的拓扑证明。这两个证明提供了新的见解拓扑推理和组合推理的协议，这一直是一个感兴趣的主题之间的联系。特别地，我们的拓扑证明以一种新的方式推理协议复形的子复形，并揭示了Guerraoui和Pochon（2009）提出的一个开放问题。最后，使用这个无与伦比的协议的设计中开发的机器，我们提出了一个协议，统一的k集共识，击败了所有已知的解决方案的大幅度。
2016-05-24 cs.DC
Formal Modeling and Verification of the Algorand Consensus Protocol in CADP
本文用进程代数在 CADP 中建模 Algorand，并基于等价检查的无干扰框架验证正常与恶意协同场景，揭示其稳健性、局限及形式化方法价值。
2025-09-29 cs.DC
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
Systematization of Knowledge: Formal Verification of Consensus Protocols
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学）；Positive Technologies（正点技术）
本文通过分析20余种共识协议，建立验证方法分类体系与矩阵，指出活性验证不足等缺口，给出建议与路线图，以指导构建更严谨的共识系统。
2026-08-25 cs.DC
Matchmaker Paxos: A Reconfigurable Consensus Protocol [Technical Report]
状态机复制协议（如MultiPaxos和Raft）是几乎所有强一致性分布式数据库的核心。为了容忍机器故障，这些协议必须用活机器替换故障机器，这一过程称为重新配置。随着时间的推移，随着频繁重新配置需求的增长，重新配置变得越来越重要。尽管如此，重新配置在很大程度上被忽视的文献。在本文中，我们提出了Matchmaker Paxos和Matchmaker MultiPaxos，一个可重构的共识和状态机复制协议。我们的协议可以进行重新配置，几乎没有影响的延迟或吞吐量的命令处理，他们可以在一个往返（理论上）和几毫秒（经验）进行重新配置，他们提供了一些理论见解，他们提出了一个框架，可以推广到其他复制协议的方式，以前的重新配置技术不能。我们提供的协议和优化的正确性证明，并提出经验的结果，从一个开源的实现。
2020-07-21 cs.DC
AI-enabled Blockchain: An Outlier-aware Consensus Protocol for Blockchain-based IoT Networks
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
提出了一种使用机器学习在基于区块链的物联网网络中实现安全和鲁棒共识的新框架。Hyperledger fabric是作为Hyperledger项目的一部分开发的区块链平台，虽然看起来非常适合物联网应用程序，但在不可信的环境中对恶意活动的容忍度相对较低。为此，我们提出了具有两步共识协议的AI启用区块链（AIBC），该协议使用离群值检测算法在超级账本结构平台上实现的物联网网络中达成共识。异常感知共识协议利用监督机器学习算法，该算法在第一步中通过学习的检测器检测异常活动。然后，数据通过超级账本结构中固有的实用拜占庭容错（PBFT）共识协议进行账本更新。我们衡量和报告我们的框架在各种延迟组件方面的表现。结果表明，我们实现的AIBC网络（两步共识协议）通过略微降低延迟性能，提高了超级账本结构在容错方面的性能。
2019-08-09 cs.DC cs.LG cs.NI
Making Byzantine Consensus Live (Extended Version)
部分同步的拜占庭共识协议通常将其执行结构化为一系列视图，每个视图都有一个指定的领导进程。在这些协议中保证活性的关键是确保所有正确的过程最终在视图中与正确的领导者重叠足够长的时间以达成决策。我们提出了一个简单的视图同步器抽象，封装了相应的功能拜占庭共识协议，从而简化了设计。我们提出了一个正式规范的视图同步器及其实现下的部分同步，它运行在有限的空间，尽管容忍在异步期间的消息丢失。我们表明，我们的同步器规范是强大的，足以保证几个著名的拜占庭共识协议，包括HotStuff，Tendermint，PBFT和SBFT的单发版本的活性。此外，我们给这些协议的精确延迟界限时，使用我们的同步器。通过分解视图同步的功能，我们能够在一个统一的框架中指定和分析协议，这允许比较它们并突出权衡。
2020-08-10 cs.DC
Evaluating Permissioned Blockchain Using Stochastic Modeling and Chaos Engineering
区块链和分布式账本技术依赖于分布式共识算法。近年来，人们提出了许多共识算法和协议，其中大多数是针对许可区块链网络的。然而，这些算法的性能并没有得到很好的理解。本文介绍了一种在存在拜占庭和其他网络故障的敌对网络环境中评估共识算法和区块链平台的方法。该方法首先使用随机建模来模拟共识算法在不同的典型和错误的操作场景下的行为。接下来，我们使用不同的共识协议实现了一个区块链应用程序，并使用混沌工程技术测试了它们的性能。为了展示我们的通用评估方法，我们分析了四个许可的区块链平台及其共识协议的性能。我们的研究结果表明，随机建模是一种廉价和有效的技术分析共识协议。但它们并不代表共识协议在生产环境中的实际性能。此外，混沌工程的实验表明，如果两个不同的区块链平台使用相同的区块链算法或协议，我们不应该假设它们将具有相似的性能。因此，考虑平台架构的作用以及如何在给定平台中设计协议也是至关重要的。
2023-01-14 cs.DC
On Fairness in Voting Consensus Protocols
投票算法作为共识协议在容错系统的实现中得到了广泛的应用。这些算法最适合于具有低计算能力的节点的分布式系统或异构网络，其中不同的节点可能具有不同的声誉或权重级别。我们的主要贡献是建设一个公平的投票协议的意义上说，一个给定的参与者的最终结果的影响是线性的重量。具体地说，公平性保证了任何节点即使在资源或权重较低的情况下也可以积极参与共识发现。我们调查加权投票可能产生的影响，如匿名性，集中化，可扩展性的损失，并讨论其相关的协议设计和实现。
2020-12-15 cs.DC math.PR
An Analysis of Avalanche Consensus
本文分析了支撑Avalanche区块链的Snow共识协议的延迟与安全性，揭示了原有协议中两者权衡不利的设计问题，并提出了一种使权衡更有利的改进方案。
2024-01-05 cs.DC
Quorum Tree Abstractions of Consensus Protocols
分布式算法解决的一致性问题，如共识或状态机复制是现代容错分布式服务的重要组成部分。他们也是出了名的难以理解和推理。它们的复杂性源于对它们所处环境的不同假设，即，过程或网络链路故障，拜占庭故障等。在本文中，我们提出了一种新的抽象表示，这种协议的动态集中在法定人数的响应（投票）的请求（建议），在运行过程中形成的协议。我们表明，专注于这样的法定人数，一个协议的运行可以被视为工作在一个树结构，不同的分支代表不同的可能结果的协议，目标是稳定的选择一个固定的分支。这种抽象类似于区块链基础设施中使用的最新协议的描述，例如，支持比特币或HotStuff的协议。我们表明，这种抽象支持各种算法的安全性推理，例如，Paxos，PBFT，Raft和HotStuff，以统一的方式。在一般情况下，它提供了一个新的归纳为基础的论据，证明这样的协议是安全的。
2023-01-24 cs.DC
