Analysis of LFT2
为了建立一个去中心化和透明的社会，区块链技术已经发展起来。与此同时，作为区块链核心技术之一的共识算法也被提出。其中，我们分析了一种名为LFT 2的共识算法，该算法被区块链系统ICON使用。我们首先制定了LFT 2共识算法，然后分析了安全性和活性，这可以被认为是最重要的性质，在分布式共识系统。我们证明了LFT 2满足安全性和活性，其中需要一定的假设来证明活性。此外，我们比较了LFT 2与两个类似的共识算法，从比较中，我们发现，一个折衷存在于三个共识算法。最后，我们模拟LFT 2来衡量活性质量。
2020-04-08 cs.CR cs.DC
Liveness Checking of the HotStuff Protocol Family
针对拜占庭共识协议活性检查中误报多的问题，本文首次采用温度和套索检测方法，在Twins测试生成器上实现，成功检测HotStuff协议族所有已知活性违反并减少误报。
2023-10-13 cs.DC cs.SE
Synchronous Consensus During Incomplete Synchrony
我们提出了一个算法同步确定拜占庭共识，宽容的链路故障和链路故障。它关注一类具有特定需求的网络，其中安全性和活性都是必不可少的，及时不可撤销的共识优先于最高吞吐量。该算法通过最多3跳的间接路径冗余传递消息，旨在所有正确的过程在有限的时间内获得系统状态的一致视图，并建立共识，而不需要领导者。共识涉及交换2*n*n*n个非对称身份验证消息，并允许多达< n/2个错误进程。我们表明，在一个共识系统与已知的成员：1）现有的概念交付的一部分的链接和基于流言的可靠组播可以扩展到也绕过异步链接，从而转换成一个可靠的有界交付的可靠交付。2)一个有界传递的同步进程系统不需要领导者--来自连接多数的所有正确进程都从原子一致的个体对系统状态的看法中得出并提出相同的共识值。3)消息的有界传递所需的非对称认证足以保证共识算法的安全性。关键发现：在部分同步中，共识的安全性和活跃性是不可能的，这在同步和同步之间的整个空间中是不成立的。一种同步的同步进程的系统，其通过易受干扰和故障影响的介质与非对称认证的消息通信，可以以以下方式操作：1）对每数量的停止失败和/或拜占庭进程的异步和/或故障链路的数量的定义的容限; 2）具有有界终止的无领导算法;以及3）概念上确保的同时安全性和有界活性。
2022-05-21 cs.DC
Mandator and Sporades: Robust Wide-Area Consensus with Efficient Request Dissemination
共识算法被部署在广域中以实现地理上复制的应用的高可用性。广域共识是具有挑战性的，这主要是由于两个原因：（1）由于客户端请求传播的高延迟开销而导致的低吞吐量，以及（2）导致共识协议失去活性的网络拥塞。在本文中，我们提出了Mandator和Sporades，一个模块化的状态机复制算法，使高性能和弹性的广域设置。为了解决高客户端请求传播开销的挑战，我们提出了Mandator，一个新的共识不可知的异步传播层。Mandator将客户端请求传播与共识的关键路线分离，以获得高性能。将Mandator与Multi-Paxos（Mandator-Paxos）组合在一起，可在同步网络下提供显著的高吞吐量。然而，在异步网络条件下，Mandator-Paxos会失去活性，导致高延迟。为了实现低延迟和鲁棒性下的冗余，我们提出了Sporades，一种新的遗漏容错共识算法。Sporades由两种操作模式组成--同步和异步--它们始终确保活动性。Mandator和Sporades的组合（Mandator-Sporades）提供了一个健壮且高性能的状态机复制系统。我们在Amazon EC2上运行的广域部署中实施并评估了Mandator-Sporades。我们的评估表明，在同步执行中，Mandator-Sporades在不到900 ms的延迟内实现了300 k tx/sec的吞吐量，在吞吐量上超过Multi-Paxo…
2022-09-16 cs.DC
The Power of Random Symmetry-Breaking in Nakamoto Consensus
Nakamoto共识是世界上许多最大的加密货币（如比特币和以太坊）安全性的基础。常见的说法是，Nakamoto共识只在其底层挖掘难题的难度非常高的情况下才能实现一致性和活性，从而对整体吞吐量和延迟产生负面影响。在这项工作中，我们研究了中本聪共识下广泛的难题的困难，包括非常容易的难题。我们首先分析了一个无对手的设置，并表明，令人惊讶的是，即使是简单的谜题，区块链的公共前缀也会迅速增长。在有对手的情况下，我们对Nakamoto共识进行了一个小的向后兼容的更改，以通过简单的谜题实现一致性和活跃性。我们的洞察力依赖于仔细选择\emph{symmetry-breaking strategy}，这在以前的工作中被大大低估了。本文提出了一种新的方法- \emph{coalescing random walks} --来分析一致性策略下Nakamoto共识的正确性。该方法比现有的集中于限制{ \it收敛机会}的数量的分析方法更强大。
2021-08-22 cs.DC
Time Semantics and Liveness Artifacts in Adversarial Consensus Simulation
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）
本研究通过Multi-Paxos和Raft实验，揭示对抗性共识模拟中EventCoupled计时使调度活动影响超时推进，导致领导权不稳定伪影，而RoundTick解耦机制可避免此问题。
2026-09-29 cs.DC
Optimal Flexible Consensus and its Application to Ethereum
本文提出首个模块化构造，使每个客户端可同时实现最优安全性-活性权衡，并将其适配到以太坊协议中，推导出客户端可单方面采用的最优灵活确认规则。
2023-12-03 cs.CR cs.DC
The Istanbul BFT Consensus Algorithm
本文介绍了IBFT，一种简单而优雅的拜占庭容错共识算法，用于在\emph{Quorum}区块链中实现状态机复制。IBFT假设了一个部分同步的通信模型，其中安全性不依赖于任何时间假设，只有活跃性取决于同步的时间。该算法是确定性的，基于领导者的，并且最佳弹性容忍$f$故障过程出$n$，其中$n \geq 3f+1$。在良好的通信期间，IBFT在三个消息延迟中实现终止，并且具有$O(n^2)$总通信复杂性。
2020-05-19 cs.DC
YAC: BFT Consensus Algorithm for Blockchain
在异步接收事件并受到拜占庭故障影响的去中心化系统中，共识是许多现实应用程序的常见问题。去中心化系统的进步，如分布式账本（即，区块链）技术，只会增加在去中心化系统中找到状态机复制共识的性能和安全解决方案的重要性。YAC是一种实用的分散式共识算法，它解决了经典拜占庭容错共识算法中存在的消息传递效率低和强领导者等问题。该算法是开源的，目前用于为Hyperledger Iroha区块链项目提供拜占庭容错共识。我们提供了安全性和活性的证明，以及实证结果表明，我们的算法可以扩展到几十个验证同行。
2018-09-03 cs.DC
A Hierarchical Model for Fast Distributed Consensus in Dynamic Networks
提出了两种新的动态网络共识算法。第一个是Fast Raft，它是Raft共识算法的变体，减少了典型操作中的消息轮数。Fast Raft非常适合快节奏的分布式系统，在这些系统中，成员会随着时间的推移而变化，并且站点必须快速达成共识。第二个是C-Raft，它针对的是分布式系统，其中站点被分组到集群中，集群内的通信速度较快，集群之间的通信速度较慢。C-Raft使用Fast Raft作为构建块，并定义了一个分层的共识模型，以提高全球分布式系统的吞吐量。我们证明了每个算法的安全性和活性性质。最后，我们提出了一个实验评估这两种算法在AWS。
2020-07-27 cs.DC
pBeeGees: A Prudent Approach to Certificate-Decoupled BFT Consensus
pBeeGees针对BeeGees算法的安全与活性缺陷，提出回溯、预提交验证和审慎验证机制，在无额外计算开销下首次同时实现流水线BFT中的安全性、活性与证书解耦，并显著降低提交延迟。
2025-09-22 cs.DC
Synchronous Consensus in Partial Synchrony
本研究提出一种部分同步下的天然无领导者确定性拜占庭共识算法，通过3跳传播应对链路异步与故障，可在2轮签名消息交换下达成共识，同时保障有效性、安全性与有界活性。
2024-05-15 cs.DC
Reaching Consensus in the Byzantine Empire: A Comprehensive Review of BFT Consensus Algorithms
本文系统综述了拜占庭容错共识算法，通过消息与时间复杂度定性比较、子协议分解及图示说明，分析了各算法的优缺点。
2023-12-05 cs.DC
A Simple and Efficient Binary Byzantine Consensus Algorithm using Cryptography and Partial Synchrony
本文提出了一种简单有效的二进制拜占庭容错共识算法，该算法使用弱轮协调器和部分同步假设来保证算法的活性。在该算法中，非故障节点执行初始广播，然后执行一系列由单个消息广播组成的循环，直到终止。每个消息都附有其有效性的加密证明。在奇数轮中，可以决定二进制值1，在偶数轮中为0。多达三分之一的节点可以是故障的，并且在故障数量的恒定因子的若干轮内确保终止。实验表明，即使在部分初始不一致的情况下，分布在5大洲的300个Amazon EC2实例也可以在不到200毫秒的时间内完成终止。
2020-01-22 cs.DC
Blizzard: a Distributed Consensus Protocol for Mobile Devices
我们介绍了Blizzard，一种拜占庭容错（BFT）分布式账本协议，旨在使移动设备成为共识过程中的一等公民。Blizzard引入了一种新颖的双层架构，让移动节点通过在线代理进行通信，并包括一个分散的匹配方案，以确保每个节点连接到一定数量的随机代理。通过数学分析，我们得到了一个保证安全的区域（即恶意节点和恶意代理的安全性得到保证的比率的集合）的暴雪协议。也显示出了活力。我们从吞吐量、延迟和消息复杂度三个方面分析了暴雪的性能。通过基于软件实现的实验，我们证明了暴雪能够在每个分片每秒数千个事务的数量级上实现吞吐量，以及亚秒级的确认延迟。
2022-01-06 cs.DC
A PoW-less Bitcoin with Certified Byzantine Consensus
针对可信验证者管理的DLT，提出结合改进PBFT与修订FROST的权威证明共识，替换比特币PoW，为数字支付和CBDC提供安全基础。
2023-05-09 cs.DC
Byzantine Generals in the Permissionless Setting
共识协议传统上是在所有参与者从协议执行开始就相互了解的环境中研究的。在“区块链”文献的说法中，这被称为许可设置。比特币与之前研究过的协议的区别在于，它是在一个无许可的环境中运行的，也就是说，它是一个在一个未知的参与者网络上建立共识的协议，任何人都可以加入这个网络，任何角色都可以有尽可能多的身份。这种新形式的协议的到来带来了许多问题。除了比特币，我们还能证明什么关于一般意义上的无许可协议？区块链文献中关于无许可协议的最新研究与分布式计算中许可协议研究的成熟历史有什么关系？为了回答这些问题，我们描述了一个正式的框架分析许可和许可系统。我们的框架允许不同类别的协议之间的“苹果对苹果”的比较，反过来，理论的发展，正式讨论他们的相对优点。该框架的一个主要好处是，它有助于将分布式计算中丰富的证明和技术历史应用于区块链问题和无权限系统的研究。在我们的框架内，我们解决了上述问题。我们认为拜占庭将军的问题作为一个正式的问题达成共识，并解决方案的研究，问：“在什么样的对抗条件下，什么类型的许可协议，是可能的共识？“我们证明了这个项目的一些结果，我们的主要结果是，对于分散的无许可协议，确定性共识是不可能的。最后，我们列出了八个开放性问题。
2023-01-24 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
Self-Stabilizing Indulgent Zero-degrading Binary Consensus
Guerraoui为二元共识问题提出了一个宽容的解决方案。也就是说，他证明了故障检测器的任意行为永远不会违反安全要求，即使它损害了活性。共识实现经常以重复的方式使用。Dutta和Guerraoui提出了一种零降级的解决方案，\ie在故障检测器表现完美的系统运行期间，一个共识实例期间的节点故障对未来实例的性能没有影响。我们的研究，重点是放纵零退化的二进制共识，旨在设计一个更强大的通信抽象。我们通过自我稳定的镜头这样做-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，据我们所知，自我稳定算法放纵零退化二进制共识的时间自由的消息传递系统容易检测到的过程故障。所提出的算法具有O（1）的稳定时间（异步周期）从任意瞬态故障。由于所提出的解决方案使用Ω故障检测器，我们还提出了第一个，据我们所知，自稳定异步Ω故障检测器，这是一个变化的Mostéfaoui，Risugaya，和Raynal。
2020-10-12 cs.DC
Gosig: Scalable Byzantine Consensus on Adversarial Wide Area Network for Blockchains
现有的拜占庭容错（BFT）协议在联盟区块链场景中面临重大挑战。一方面，我们可以对底层互联网的可靠性和安全性做一些假设。另一方面，联盟区块链上的应用需要一个像比特币一样可扩展的系统，但提供更高的性能以及可证明的安全性。我们提出了一个新的BFT协议，Gosig，它结合了基于密码的秘密领导人选择和多轮投票的协议层与实现层的优化，如基于流言的消息传播。特别是，Gosig即使在完全由对手控制的网络中也能保证安全性，同时通过易于实现的网络连通性假设提供可证明的活性。在一个由分布在五大洲14个城市的140台Amazon EC2服务器组成的广域测试平台上，我们发现Gosig每秒可以完成4,000多笔交易，交易确认时间不到1分钟。
2018-02-05 cs.DC
RCanopus: Making Canopus Resilient to Failures and Byzantine Faults
分布式共识是许多分布式系统（包括分布式数据库和区块链）的关键推动因素。Canopus是一个可扩展的分布式共识协议，它确保系统中的活动节点就有序的操作序列（称为事务）达成一致。与大多数先前的共识协议不同，老人星不依赖于单一的领导者。相反，它使用虚拟树覆盖进行消息分发，以限制过度订阅链接的网络流量。它利用机架内和网络结构内的硬件冗余来降低协议复杂性和通信开销。这些设计决策使Canopus能够支持大型部署，而不会显着降低性能。现有的Canopus协议在面对节点和通信故障时具有弹性，但其重点主要是性能，因此不能很好地响应其他类型的故障。例如，单个服务器机架的故障会导致所有活动节点停止。该协议也是开放的拜占庭节点的攻击，这可能会导致不同的活节点，以不同的交易顺序结束协议。在本文中，我们描述RCanopus（'resilent Canopus'），它扩展了Canopus以增加活性，即允许活节点在可能的情况下取得进展，尽管有许多类型的失败。这要求RCanopus能够准确地检测故障并从故障中恢复，尽管使用了不可靠的故障检测器，并且能够容忍拜占庭攻击。第二，RCanopus保证安全，也就是说，在拜占庭攻击和网络分区的存在下，交易顺序的活节点之间的协议。
2019-06-16 cs.DC cs.NI cs.PF
Consensus, Inconsistency, Emergence: what's paraconsistency got to do with it?
本文论证了 FLP 不可能性定理在基于预言机的广义计算下依然成立，并借助复杂系统理论提出不一致性可能是分布式共识的涌现特征，最后探讨了弗协调推理共识算法的开发可能性。
2025-07-14 cs.CC cs.DC cs.IT
On the Validity of Consensus
本文研究了部分同步下不同有效性属性对拜占庭共识可解性及代价的影响，证明了非平凡属性需 Omega(t^2) 条消息，并提出 O(n^2) 复杂度的通用算法 Universal。
2023-06-26 cs.DC
A Distributed Consensus Algorithm for Prioritizing Autonomous Vehicle Passing at Unsignalized Intersections under Mixed Traffic
Department of Computer Engineering, Hongik University（弘益大学计算机工程系）
本文提出了一种方法，使联网自动驾驶车辆在与人类驾驶车辆共存的无信号交叉口确定通过优先级，通过分布式共识算法解决同时到达车辆的优先级冲突，确保安全性和活锁性。
2026-05-21 cs.DC
Frosty for partial synchrony
本研究针对Frosty活性模块仅适配强同步假设的问题，提出修改方案使其可适配部分同步场景下的Snowman共识协议，完善Avalanche生态共识机制的场景适配性。
2025-06-11 cs.DC
Consensus in the Unknown-Participation Message-Adversary Model
该研究提出适配无需许可系统的未知参与方消息-敌手分布式计算模型，在敌手冒充在线处理器占比不足1/2的假设下，给出两种满足确定性安全的共识算法，并验证其有限进程场景下与静态sleepy模型等价。
2023-10-08 cs.DC
Committee selection in DAG distributed ledgers and applications
在本文中，我们提出了几种解决方案来解决DAG分布式账本参与者之间的委员会选择问题。我们的方法是基于分类账的内在声誉模型，作为选择标准。主要的困难来自这样一个事实，即DAG分类账是先验的，不是完全有序的，参与者需要就参与者的声誉达成共识。此外，我们概述了所提出的协议的应用，包括：（i）自包含的分散随机数信标;（ii）智能合约中的预言机选择;（iii）共识协议和分片解决方案中的应用。最后，我们讨论的安全性和活性的建议协议的声誉建模与Zipf法律。
2021-02-05 cs.DC
QScale: Probabilistic Chained Consensus for Moderate-Scale Systems
针对现有分布式账本协议不适用于中等规模系统的问题，提出QScale概率链式共识协议，实现亚线性单进程通信复杂度、亚二次方总通信复杂度和低延迟，同时保障安全性与活性。
2026-10-30 cs.DC
Holistic Verification of Blockchain Consensus
区块链最近引起了业界的关注，部分原因是其自动化资产转移的能力。它要求分布式参与者在一个区块上达成共识，尽管存在恶意（也就是说，拜占庭）的参与者。恶意参与者经常利用这些区块链共识算法的弱点，有时会造成毁灭性的后果。事实上，这些弱点是相当普遍的，现有区块链共识协议的手写证明中的缺陷很好地说明了这一点[63]。讽刺的是，到目前为止，还没有区块链共识使用模型检验进行全面验证。在本文中，我们通过模型检验首次对工业中使用的区块链共识进行了纠正。我们提出了一种整体方法来验证红腹区块链[20]的共识算法，适用于任何数量的$n$进程和任何数量的$f<n/3$拜占庭进程。我们直接将算法伪代码分解为两个部分-内部广播算法和外部决策算法-每个部分都建模为阈值自动机[36]，并且我们在线性时间时序逻辑中形式化它们的预期属性。然后，我们自动检查内部广播算法，仔细确定公平的假设。对于外部算法的验证，我们根据内部算法的检查性质简化了内部算法的模型。这样，我们不仅正式验证了红腹区块链共识的安全性，而且还在大约70秒内验证了它的活跃性。
2022-06-09 cs.CR cs.DC cs.FL
BlueBottle: Fast and Robust Blockchains through Subsystem Specialization
Mysten Labs；University College London（伦敦大学学院）；Circle；Pod Network
研究针对区块链共识的三难困境，提出两层共识架构BlueBottle。核心层BB-Core降低终结延迟，实验显示比Mysticeti低20-25%。防护层BB-Guard提供去中心化时间戳等功能，共同实现高吞吐量下的乐观亚秒级终结。
2026-07-07 cs.CR cs.DC
$\scriptstyle{BASALT}$: A Rock-Solid Foundation for Epidemic Consensus Algorithms in Very Large, Very Open Networks
最近的工作提出了新的拜占庭共识算法的区块链的基础上流行病，一种设计，使高度可扩展的性能在一个低成本。然而，这些方法严重依赖于一个安全的随机对等点采样服务：一个提供随机网络节点流的服务，其中没有攻击实体可以成为过度代表。为了确保这种安全属性，当前的流行病平台使用权益证明系统来选择对等样本。然而，这样的系统限制了系统的开放性，因为只有具有重大利益的节点才能参与共识，导致寡头垄断的情况。此外，这种设计在共识算法和建立在其上的加密货币之间引入了复杂的相互依赖性。在本文中，我们提出了一种完全不同的对等采样服务的安全设计，基于IP地址的分布，以防止Sybil攻击。我们提出了一个新的算法，$\scriptstyle{BASALT}$，实现我们的设计使用一个顽固的混沌搜索，以反击攻击者的企图成为过度代表。我们表明，在理论上和使用Monte Carlo模拟，$\scriptstyle{BASALT}$提供的样本是非常接近的最佳分布，即使在敌对的情况下，如试探性的Eclipse攻击。在生产加密货币平台上进行的现场实验证实，使用$\scriptstyle{BASALT}$获得的样本在节点之间公平分布，允许系统既开放又没有单一实体可以获得过多的权力。
2021-02-08 cs.CR cs.DC cs.NI
Multiagent Transition Systems for Composing Fault-Resilient Protocol Stacks
本文提出了一个新的数学框架，用于描述和分析故障恢复分布式协议及其实现，包括以下几个部分：1。转换系统允许对具有安全性和活性故障的计算及其故障恢复进行规范和分析。2.过渡系统及其组成之间的安全、活性和完整实现的概念，通过这些概念，协议栈作为一个整体的正确性（安全性和活性）和完整性取决于每个协议正确和完整地实现了堆栈中位于其上的协议。3.应用与分布式计算系统的历史相关的单调性的概念，以简化分布式计算系统之间的实现的规范和正确性的证明。4.多代理过渡系统，进一步特点是集中/分布式和同步/异步;安全性和活性故障恢复的实现，其中和他们的组成。该框架被用于规范基层排序共识协议栈，基层传播协议及其基层社交网络和主权加密货币的实现，以及高效的拜占庭原子广播协议作为初始应用。
2023-02-20 cs.DC cs.FL cs.MA
