Quantum Blockchain Survey: Foundations, Trends, and Gaps
Southeast Missouri State University（东南密苏里州立大学）；Indiana University Bloomington（印第安纳大学伯明顿分校）
本文调查量子区块链的基础、趋势与研究缺口，分析后量子区块链与量子区块链的密码学基础、架构设计及实现挑战，探讨安全、可扩展性和部署的权衡，并指出开放性研究问题。
2026-01-19 cs.CR cs.DC cs.ET
Verity: Blockchains to Detect Insider Attacks in DBMS
数据库系统中数据的完整性和安全性通常通过访问控制策略和防火墙来维护。然而，内部攻击--对系统和管理权限有深入了解的人篡改数据--构成了一个独特的挑战。仅附加日志记录等措施被证明是不够的，因为具有管理权限的攻击者可以更改日志和登录记录以消除攻击痕迹，从而使内部攻击难以检测。在本文中，我们提出了Verity -第一种系统，以我们所知。Verity作为一个无数据框架，任何区块链网络都可以用来存储来自任何SQL数据库的关于元组的固定长度元数据，而无需完全迁移数据库。Verity使用形式主义来解析SQL查询和查询结果，以使用区块链来检测内部攻击来检查相应元组的完整性。我们使用Hyperledger Fabric、Composer REST API和SQLite数据库实现了我们的技术。使用不同复杂性和类型的TPC-H数据和SQL查询，我们的实验表明，完整性检查的任何开销在查询结果中的每个元组保持不变，并线性扩展。
2019-01-02 cs.DB cs.DC
How to Databasify a Blockchain: the Case of Hyperledger Fabric
在过去的几年里，市场上出现了无数的区块链系统，每一个都声称要以某种方式彻底改变分布式事务处理的方式。许多区块链功能，如拜占庭容错（BFT），在现代环境中确实是有价值的补充。然而，尽管围绕该技术进行了大肆宣传，但区块链系统必须面对的许多挑战都是基本的交易管理问题。这些在很大程度上与已经存在了几十年的传统数据库系统共享。这些相似之处对于系统来说尤其明显，这些系统模糊了区块链系统和经典数据库系统之间的界限。一个很好的例子是Hyperledger Fabric，这是IBM正在开发的一个开源许可区块链系统。通过对BFT的轻松视图，Fabric的事务管道与经典分布式数据库系统的工作流非常相似。这就提出了两个问题：（1）在Fabric这样的系统和经典的分布式数据库系统之间，实际上存在哪些概念上的相似性和差异？(2)是否有可能通过将技术从数据库世界过渡到区块链来提高Fabric的性能，从而进一步模糊这两种系统之间的界限？为了解决这些问题，我们首先从数据库研究的角度来探索Fabric，在那里我们观察到事务管道中的弱点。然后，我们通过将众所周知的数据库概念转换到Fabric来解决这些问题，即事务重新排序以及早期事务中止。我们的实验评估表明，我们的改进版本Fabric++显著提高了成功事务的吞吐量，比普通版本高出3倍。
2018-10-31 cs.DC
Blockchain for Decentralization of Internet: Prospects, Trends, and Challenges
本文综述区块链用于互联网去中心化的方法，聚焦共识算法（PoP、Paxos、PoAH）及未来互联网技术对区块链的优化，以实现稳健安全的去中心化计算系统。
2020-11-02 cs.DC cs.ET cs.NI
Blockchain-Enhanced Offloading in Mobile Edge Computing: A Systematic Review and Survey of Current Trends and Future Directions
本文针对移动边缘计算卸载的隐私安全问题，综述了基于区块链的安全卸载方法，梳理核心概念、按算法分类并对比相关技术、工具与指标，为该领域研究提供系统参考。
2024-03-09 cs.DC
A Transactional Perspective on Execute-order-validate Blockchains
智能合约使区块链系统能够从简单的加密货币平台（如比特币）发展到一般的交易系统（如以太坊）。为了满足新兴的业务需求，Hyperledger Fabric中提出了一种名为execute-order-validate的新架构，以支持并行交易并提高区块链的吞吐量。但是，这种新的体系结构在序列化事务时可能会导致许多无效事务。这个问题被进一步夸大了，因为区块形成率由于数据处理之外的其他因素而固有地受到限制，例如密码学和共识。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来增强执行顺序验证架构，通过减少无效交易来提高区块链的吞吐量。我们的方法的灵感来自现代数据库系统中最先进的乐观并发控制技术。与现有的采用数据库的预防方法（可能会中止可序列化的事务）的区块链相比，我们的方法在理论上更细粒度。具体地说，在排序之前中止不可序列化的事务，并且保证剩余的事务是可序列化的。为了进行评估，我们分别在两个区块链上实现了我们的方法，Hyperledger Fabric上的FabricSharp和FastFabric上的FastFabricSharp。我们比较了FabricSharp与vanilla Fabric和三个相关系统的性能，其中两个系统分别采用一种标准的和一种最先进的数据库并发控制技术来实现。结果表明，FabricSharp实现了25%的吞吐量相比，其他系统在几乎所有的实验方案。此外，FastFabricSharp…
2020-03-23 cs.DB cs.DC cs.PF
Weaver: A High-Performance, Transactional Graph Database Based on Refinable Timestamps
图形数据库已成为越来越常见的基础设施组件。然而，现有的系统要么在离线快照上操作，提供弱的一致性保证，要么使用限制性能的昂贵的并发控制技术。在本文中，我们介绍了一个新的分布式图形数据库，称为韦弗，它使高效的，事务性的图形分析，以及严格可串行化的ACID事务的动态图。Weaver将严格的可串行性与水平可伸缩性和高性能结合起来的关键是一种称为可细化时间戳的新型请求排序机制。该技术将粗粒度的向量时间戳与细粒度的时间轴预言耦合，以仅在需要时支付强一致性的开销。实验表明，Weaver实现的比特币区块链浏览器比Blockchain.info快8倍，在社交网络工作负载上的吞吐量比Titan图数据库高12倍，在离线图遍历工作负载上的延迟比GraphLab低4倍。
2016-06-20 cs.DB cs.DC
Transformative effects of IoT, Blockchain and Artificial Intelligence on cloud computing: Evolution, vision, trends and open challenges
云计算在现代社会中发挥着至关重要的作用，并支持从基础设施到社交媒体的一系列应用。此类系统必须应对变化的负载和不断变化的使用，反映社会对自动计算系统的交互和依赖，同时满足服务质量（QoS）保证。使这些系统成为可能的是一组概念性技术，它们被综合起来以满足不断发展的计算应用的需求。为了了解这种系统当前和未来的挑战，有必要确定实现未来应用的关键技术。在这项研究中，我们的目标是探索三个新兴的范式（区块链，物联网和人工智能）将如何影响未来的云计算系统。此外，我们确定了几种驱动这些模式的技术，并邀请国际专家讨论云计算的现状和未来方向。最后，我们提出了一个云未来学的概念模型，以探讨新兴的范式和技术对云计算的演变的影响。
2019-10-21 cs.DC
Technology Review of Blockchain Data Privacy Solutions
本报告的目的是审查现有的企业区块链技术- EOSIO驱动的系统，Hyperledger Fabric和Besu，Consensus Quorum，R3 Corda和Ernst and Young's Nightfall -这些技术提供数据隐私，同时利用区块链的数据完整性优势。通过审查和比较这些技术如何以及如何实现数据隐私，捕捉行业当前最佳实践和数据隐私模型的快照。主要的企业技术与EOSIO并行对比，以更好地了解EOSIO如何发展以满足企业区块链隐私的趋势。在这些技术中通常观察到以下策略和趋势：加密：哈希算法被发现是企业或转换隐私解决方案中最常用的加密原语。通过链上合同进行协调-一个常见的策略是使用共享的公共分类账来协调数据隐私组以及更普遍的管理身份和访问控制。交易和合约代码共享：围绕业务逻辑（智能合约代码）可见性存在各种不同级别的隐私。一些解决方案只允许授权的同行查看代码，而另一些解决方案则允许共享账本成员的每个人都可以访问代码。数据隐私应用程序的数据迁移：在能够运行系统升级方面，使用加密存储的数据时存在重大挑战。用于数据隐私的多个区块链分类账：解决方案试图为每个私人数据关系创建一个新的私人区块链，这最终被放弃，转而支持一个具有私人数据汇集/交易的共享分类账，这些数据收集/交易通过散列锚定到分类账，以提高可扩展性。
2021-05-04 cs.CR cs.DC
Protecting the Decentralized Future: An Exploration of Common Blockchain Attacks and their Countermeasures
本研究全面分析常见区块链攻击及其对策，评估不同解决方案的有效性，并强调根据具体应用需求定制防御措施，为区块链安全研究提供重要参考。
2023-06-20 cs.CR cs.CY cs.DB
Data Storage in the Decentralized World: Blockchain and Derivatives
我们已经进入了一个去中心化解决方案的重要性变得更加明显的时代。区块链技术及其衍生物是分布式账本技术，用于在网络的对等点之间保存数据注册表。该分类账在连续的循环加密链中得到保护。比特币加密货币的成功证明，区块链技术及其衍生品可以用来消除中介机构，为网络空间提供安全。然而，在区块链技术的实施中存在一些挑战。本章首先解释区块链技术的概念以及我们可以存储在其中的数据。区块链的主要优势是它提供的安全服务。本节继续描述这些服务。区块链的挑战;描述了量子计算时代的区块链异常、能耗、速度、可扩展性、互操作性、隐私和密码学。这些挑战的选择解决方案。区块链的显着衍生物，使用不同的解决方案（有向无环图，分布式哈希表，八卦共识协议）来解决其中的一些挑战。然后解释了区块链中的数据存储和不断发展的数据解决方案。给出了分散式解决方案与集中式数据库系统的比较。提出了一种多平台可互操作的可扩展体系结构（MPISA）。在结论中，我们包括了去中心化世界中数据存储的演变假设。
2020-12-18 cs.CR cs.DC
A journey towards the most efficient state database for Hyperledger Fabric
本文针对 Hyperledger Fabric 世界状态数据库的性能瓶颈，探索并评估 RocksDB、Boltdb、BadgerDB 等可插拔替代方案及其在不同工作负载下的表现。
2023-03-15 cs.DB cs.DC
A Systematic Mapping Study on Blockchain Technology for Digital Protection of Communication with Industrial Control
HTW Berlin University of Applied Sciences（柏林工程与应用科学大学）；HTW Dresden University of Applied Sciences（德累斯顿工程与应用科学大学）
在接下来的几年里，区块链将在物联网作为一项技术中发挥核心作用。它支持独立于中心实例的多方之间的流程的可追溯性。区块链可以使过程更加透明，更便宜，更安全。本研究采用系统性文献检索法。我们的目标是了解区块链技术在工业网络物理系统通信数字保护方面的实施现状。我们从科学数据库中提取了28篇主要论文，并使用可视化方法将其分类为不同的类别。结果显示，大约14%的论文关注的是使用以太坊区块链的解决方案建议和用例“安全传输订单数据”的实现，7%的论文应用Hyperledger Fabric和Multichain。大多数研究（约43%）集中在供应链和流程可追溯性的解决方案开发上。
2020-03-30 cs.CR cs.DC cs.RO
Lockless Transaction Isolation in Hyperledger Fabric
Hyperledger Fabric是Linux基金会托管的许可区块链的分布式操作系统。它是第一个真正可扩展的区块链系统，用于在企业级规模上运行分布式应用程序。为了实现这一目标，Hyperledger Fabric引入了一种新的执行顺序验证区块链架构，允许交易执行和验证的并行化。但是，这就需要进行事务隔离。今天，事务隔离是通过在事务模拟和数据库更新期间锁定整个状态数据库来实现的。这个锁是以前的工作中观察到的主要性能瓶颈之一。这项工作提出了一种新的无锁方法，提供事务隔离。它利用数据库中现有的键值对版本控制（主要用于验证阶段的读写冲突检测）来创建基于版本的快照隔离。我们进一步实施和评估我们的新方法。我们表明，我们的解决方案优于目前的实现8.1倍，它是可比的最佳解决方案，没有隔离机制。
2019-11-28 cs.DC
Optimizing Validation Phase of Hyperledger Fabric
区块链技术正在兴起，Hyperledger Fabric是最受欢迎的许可区块链平台之一。在本文中，我们根据对验证阶段延迟的细粒度分析，重新架构了Fabric的验证阶段。我们的优化验证阶段在交易验证期间使用链码缓存，与交易验证并行启动状态数据库读取，并并行写入账本和数据库。我们的实验显示，CouchDB的性能提高了2倍，LevelDB的性能提高了1.3倍。值得注意的是，我们的优化可以在Hyperledger Fabric的未来版本中采用。
2019-07-19 cs.DC
A Survey on Feasibility and Suitability of Blockchain Techniques for the E-Voting Systems
在21世纪的第二个十年，区块链绝对成为最热门的计算技术之一。这项研究旨在质疑在电子投票系统中使用区块链技术的可行性和适用性，包括技术和非技术方面。在当今世界，尽管这种传播的过程相当缓慢，但由于许多社会和经济原因，一些国家已经使用电子投票手段，我们对此进行了进一步的调查。尽管如此，除电子投票外，提供各种电子政务解决办法的国家数目很多。当然，电子投票系统需要更多的关注和保证潜在的安全和匿名问题，因为投票是少数几个极其关键的政府程序之一。尽管如此，电子投票并不纯粹是一项政府服务，但许多公司和非营利组织将受益于其提供的成本效益，可扩展性，远程访问性和易用性。区块链技术据称能够解决一些（显然不是所有）重要的安全问题，包括匿名性、机密性、完整性和不可否认性。本文中的分析结果基本上证实了这些说法。
2020-02-11 cs.CR cs.DC
Exploring the Emerging Technologies within the Blockchain Landscape
通过分析1445份区块链相关专利文献，梳理区块链与智能合约技术的历史及当前专利趋势，评估其研究潜力与发展情况。
2024-02-17 cs.DC
