Supermassive Blockchain
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文提出一种解耦状态执行的架构，设计出一种新型存储可扩展的BFT协议，实现传统BFT协议的确定性安全属性，通过擦除编码确保状态可用性，降低网络开销。
2026-03-25 cs.DC
T-RBFT: A Scalable and Efficient Byzantine Consensus Based on Trusted Execution Environment for Consortium Blockchain
Xi’an University of Technology（西安工业大学）；Shaanxi Key Laboratory for Network Computing and Security Technology（陕西省网络计算与安全技术重点实验室）
本文提出T-RBFT，一种基于网络分片和可信执行环境的两层共识机制，通过动态分组和TEE辅助BFT协议提升联盟链的性能和可扩展性。
2026-04-17 cs.DC
BlockRaFT: A Distributed Framework for Fault-Tolerant and Scalable Blockchain Nodes
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
BlockRaFT通过RAFT共识协议提升区块链节点的可扩展性和可靠性，采用状态化与非状态化操作分离策略，并引入并发Merkle树优化以提升性能。
2026-04-17 cs.DC
Scalable Consensus Protocols for PoW based Blockchain and blockDAG
在本文中，我们提出了两个模型，用于扩展基于工作量证明（PoW）的区块链网络中的交易吞吐量。在第一种方法中，推导了基于PoW的最长链规则区块链的最优交易吞吐量的数学模型。在这种方法中，区块链点对点（P2P）网络被认为是Erdös-Rényi随机网络拓扑。然而，这种方法受到块创建速率的限制，结果表明，超过最佳点的速率可能导致系统中的不公平。第二种方法是一种新的共识协议，它将账本视为一个称为blockDAG的有向无环图（DAG），而不是区块链。在这个框架中，我们遵循两步策略，使系统足够强大，以处理双重花费攻击。第一步是开发一个无监督学习图聚类算法，用于分离攻击者创建的块。在第二步中，攻击者块被消除，剩余的块由诚实的客户端按拓扑顺序排列，这使得blockDAG系统适用于物联网（IoT）服务中的智能合约应用。模拟结果表明，与比特币相比，交易吞吐量有显着提高。
2021-07-20 cs.DC
ElectAnon: A Blockchain-Based, Anonymous, Robust and Scalable Ranked-Choice Voting Protocol
近年来，远程投票变得越来越重要，尤其是在新冠肺炎疫情爆发之后。区块链技术及其去中心化、安全性和透明度等好处鼓励远程投票系统使用区块链。对现有解决方案的分析表明，匿名性、鲁棒性和可扩展性是基于区块链的选举系统中的常见问题。在这项工作中，我们提出了ElectAnon，一个基于区块链的排名选择选举协议，专注于匿名性，鲁棒性和可扩展性。ElectAnon通过使选民能够匿名地通过零知识证明投票来实现匿名性。鲁棒性是通过使用定时状态机消除当局在投票过程中的直接控制来实现的。结果表明，ElectAnon在现有工程中具有可扩展性，因为与以前的工程相比，它将天然气消耗量减少了89%。建议的协议包括一个候选人的建议系统和可交换理货库。扩展也提出了最小化的信任假设的选举当局。我们的代码可以在https://github.com/ceyonur/electanon上找到。
2022-11-08 cs.CR cs.DC
SkipSim: Scalable Skip Graph Simulator
SkipSim是一个离线Skip Graph模拟器，可以模拟基于Skip Graph的算法，包括区块链和P2P云存储，同时保持其可扩展性和分散性。据我们所知，它是第一个Skip Graph模拟器，提供了几个功能，用于在基于Skip Graph的覆盖网络上进行实验。在这篇演示论文中，我们介绍了SkipSim的功能，它的架构，以及一个示例区块链演示场景。
2020-07-26 cs.DC
AI-driven Predictive Shard Allocation for Scalable Next Generation Blockchains
本文提出PSAP协议，通过预测性分片分配提升区块链可扩展性，实验显示吞吐量提升2倍，延迟降低35%
2025-11-18 cs.DC
Chirotonia: A Scalable and Secure e-Voting Framework based on Blockchains and Linkable Ring Signatures
在本文中，我们提出了一个全面的和可扩展的框架，建立安全的设计电子投票系统。投票的去中心化、透明性、确定性和不可篡改性由区块链上的专用智能合约授予，而投票者的真实性和匿名性则通过（可证明安全的）加密签名来实现。这些与适当的智能合约约束相结合，也可以防止双重投票。详细介绍了我们的设计，重点是它的安全保证和设计选择，使其能够扩展到大量的选民。最后，我们提出了一个概念验证的实现所提出的框架，作为开源。
2021-11-03 cs.CR cs.DC
SBvote: Scalable Self-Tallying Blockchain-Based Voting
去中心化电子投票解决方案代表了电子投票领域的一个有前途的进步。电子投票的范例之一，自计票方案，提供了强有力的保护选民的隐私，同时使整个投票过程的可验证。去中心化的智能合约平台成为不可变的公告板的有趣的实际实例，该方案需要保持其属性。现有的基于智能合约的方法采用自计算方案（如OVN或BBB投票），由于其可扩展性限制，仅适用于董事会投票场景。我们工作的目标是在现有解决方案的基础上实现可扩展性，而不会失去隐私保证和可验证性。我们提出了SBvote，这是一种基于区块链的自计票投票协议，选民数量可扩展，因此适合大规模选举。对我们的概念验证实现的评估表明，该协议的可扩展性仅受底层区块链平台的限制。我们在两个公共智能合约平台上评估了SBvote的可扩展性- Gnosis和Harmony。尽管受到区块链平台吞吐量的限制，SBvote可以容纳数百万选民的选举。
2022-06-13 cs.CR cs.DC
StableShard: Stable and Scalable Blockchain Sharding with High Concurrency via Collaborative Committees
Great Bay University（大湾区大学）；Institute of High Performance Computing, A*STAR（A*STAR高性能计算研究所）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）
StableShard通过协作委员会实现稳定且可扩展的区块链分片，提高并发性并确保安全性和活性。
2025-12-20 cs.DC
Toward Scalable Docker-Based Emulations of Blockchain Networks for Research and Development
本文提出利用Linux和Docker在单台物理机上运行大规模真实区块链软件的方法，解决大规模网络仿真中的技术问题，并通过两个涉及3000多个容器的实验验证其可扩展性与实用性。
2024-02-22 cs.DC cs.PF
A Scalable Multi-Layered Blockchain Architecture for Enhanced EHR Sharing and Drug Supply Chain Management
针对医疗数字化中的数据安全、隐私与可扩展性问题，提出含五层结构的可扩展多层区块链架构，用于EHR共享与药品供应链管理，经Caliper基准测试验证提升了交易吞吐量、降低了通信开销，兼具安全互操作与供应链监控能力。
2024-12-09 cs.CR cs.DC
Towards Scalable Cross-Chain Messaging
针对区块链跨链中继的无许可并发导致的性能、可扩展性和安全问题，本文提出一种协调独立中继器的新协议，并分析设计权衡，为改进跨链中继服务奠定基础。
2023-10-16 cs.DC
XLPN: Efficient and Scalable Cross-Ledger Protocols for the Topological Consortium of Permissioned Blockchains
虽然越来越多的特定于应用程序的区块链或分类账正在实施和部署，但这些分类账之间的信息交换仍然是一个悬而未决的问题。现有的交叉账本协议（XLPs）表现出各种限制，例如可扩展性、活跃性、效率等。本文提出了一种新的XLP，即XLPN-22，它为账本联盟引入了一个全局拓扑，以实现更高的跨账本数据交换效率和可扩展性。在这项工作中，我们证明了XLPN-22的安全性和活性，并分析了它的理论复杂性。我们还在SciChain账本上实施了XLPN-22，并在多达128个节点，8个账本和16，000个交易上进行了评估。实验结果表明，XLPN-22的性能分别比VLDB-20和PODC-18提高了18- 50%和64- 84%.
2021-12-30 cs.DB cs.DC
A Range-Based Sharding (RBS) Protocol for Scalable Enterprise Blockchain
Department of Software Engineering, ÉTS Montréal, Universite de Quebec, Canada（蒙特利尔高等技术学院，魁北克大学，软件工程系）
本文提出RBS协议，通过范围基于分片机制提升企业区块链的可扩展性，减少跨分片延迟，提高吞吐量和效率。
2025-09-13 cs.CR cs.DC
SCALHEALTH: Scalable Blockchain Integration for Secure IoT Healthcare Systems
本研究提出SCALHEALTH，一种基于Hyperledger Fabric的区块链方案，结合认证、IPFS和NFT，通过双区块链（健康与金融）实现安全、去中心化的物联网医疗系统，模拟显示性能优于常规方案。
2024-03-12 cs.CR cs.DC
Proteus: A Scalable BFT Consesus Protocol for Blockchains
与区块链中的工作量证明（PoW）相比，拜占庭容错（BFT）共识具有更高的吞吐量。但是基于BFT的协议在网络中的副本数量方面存在可扩展性问题。这种限制的主要原因是BFT协议的二次消息复杂度。以前，所提出的解决方案提高了正常操作的BFT性能，但一旦协议观察到一定数量的故障，则会回落到二次消息复杂度。这使得协议性能不可预测，因为它不能保证网络将面临一定数量的故障。结果，这样的协议仅在条件有利时是可扩展的（即，故障的数量小于给定阈值）。为了解决这个问题，我们提出Proteus，一个新的基于BFT的共识协议，它选择一个子集的节点$c$作为根委员会。Proteus保证了稳定的性能，而不管网络中的故障数量如何，并且它将典型的基于BFT的协议的二次消息复杂度改进为$O(cn)$，其中$c<<n$用于大的$n$。因此，当$c$渐近地小于$n$时，消息复杂度保持较小并且小于二次方，并且这有助于协议即使在视图改变过程（根委员会的改变）期间也提供稳定的性能。我们的视图更改过程与典型的BFT协议不同，因为它取代了整个根委员会，而不是取代其他协议中的单个主委员会。我们在$200$ Amazon $EC2$实例上部署并测试了我们的协议，并使用两种不同的基线BFT协议（PBFT和Bchain）进行比较。在这些测试中，我们的协议在吞吐量和延迟方面超过基线$2\times$。
2019-04-26 cs.DC
LightChain: Scalable DHT-Based Blockchain
作为一种仅附加的分布式数据库，区块链被用于各种各样的应用，包括加密货币和物联网（IoT）。现有的区块链解决方案在通信和存储可扩展性以及去中心化方面存在不足。在本文中，我们提出了LightChain，这是第一个在参与节点的分布式哈希表（DHT）上运行的区块链架构。LightChain是一个无需许可的区块链，它在网络中提供可寻址的区块和交易，使所有对等体都可以有效地访问它们。每个块和事务都在对等体的DHT内复制，并以按需方式检索。因此，LightChain中的节点不需要检索或保留整个账本。LightChain是公平的，因为所有参与的同行都有统一的机会参与共识，而不管他们的影响力如何，如哈希能力或股份。我们提供了正式的数学分析和实验结果（模拟和云部署）来证明LightChain的安全性，效率和公平性，并表明LightChain是唯一可以在对等点的腐败多数权力下提供完整性的现有区块链。正如我们通过实验证明的那样，与比特币和以太坊等主流区块链相比，LightChain需要的每个节点存储空间大约小66倍，将新节点引导到系统的速度大约快380倍，并且每个LightChain节点参与协议的可能性相同。
2021-09-01 cs.CR cs.DC
PoAh: A Novel Consensus Algorithm for Fast Scalable Private Blockchain for Large-scale IoT Frameworks
在当今的互联世界中，资源受限的设备被部署用于传感和决策应用，从智能城市到环境监测。这些资源受限的设备被连接起来，以创建通常被称为物联网（IoT）、雾计算和边缘计算的实时分布式网络。区块链在这些领域中获得了很大的兴趣，通过忽略集中式依赖来保护系统，其中工作量证明（PoW）在使整个安全解决方案分散化方面发挥着至关重要的作用。由于设备的资源限制，PoW不适合基于区块链的安全解决方案。本文提出了一种新的共识算法，称为认证证明（PoAh），它引入了一种加密认证机制，以取代PoW资源受限的设备，并使区块链应用程序特定。因此，PoAh既适合私有区块链，也适合许可区块链。此外，PoAh不仅保护了系统，还保持了系统的可持续性和可扩展性。所提出的共识算法的理论评估在仿真场景中，并在实时硬件测试床，以验证其性能。最后，讨论了PoAh及其在物联网和边缘计算场景中与区块链的集成。所提出的PoAh虽然在有限的计算机资源（例如像Raspberry Pi这样的单板计算设备）中运行，但延迟大约为3秒。
2020-01-21 cs.CR cs.DC
LiteChain: A Lightweight Blockchain for Verifiable and Scalable Federated Learning in Massive Edge Networks
针对海量边缘网络中联邦学习面临的通信、存储及安全度量挑战，提出轻量级区块链LiteChain，通过分布式聚类算法构建两级网络结构并引入CBFT共识与安全更新机制，在降低延迟和存储开销的同时有效抵御攻击。
2025-03-06 cs.CR cs.DC
Blockchain-based Framework for Scalable and Incentivized Federated Learning
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
针对中心化联邦学习的信任、单点故障与激励不足问题，提出融合智能合约和混合激励机制的区块链FL框架，并通过gas分析验证其可扩展性。
2025-02-20 cs.DC cs.LG
Pioplat: A Scalable, Low-Cost Framework for Latency Reduction in Ethereum Blockchain
针对以太坊区块链中延迟敏感场景的低延迟需求，提出由多洲中继节点和改造全节点组成的Pioplat低成本框架，通过节点选择策略和低延迟协议有效降延迟，已在五大洲验证可行性并开源实现。
2024-12-11 cs.CR cs.DC
SPEEDEX: A Scalable, Parallelizable, and Economically Efficient Decentralized EXchange
SPEEDEX是一个去中心化的交易所（DEX），它允许参与者安全地交易资产，而不会让任何一方对市场进行不当的控制。SPEEDEX与先前的DEX相比具有几个优点。它实现了高吞吐量-在48核服务器上每秒超过200，000笔交易，即使有数千万个开放的报价。SPEEDEX完全在第一层区块链中运行，因此实现了其可扩展性，而不会在多个区块链或汇总之间分割市场流动性。它消除了内部套利机会，因此从资产$\mathcal{A}$到资产$\mathcal{B}$的直接交易总是获得与通过第三方资产（如美元）交易一样好的价格。最后，它可以防止某些抢先攻击，否则会增加小交易者的有效买卖价差。SPEEDEX的关键设计见解是它使用了Arrow-Debreu交易所市场结构，该结构固定了给定交易块中所有交易的资产估值。我们构建了一个算法，这是渐近有效的和经验的实用，计算这些估值，同时完全保留DEX的财务正确性约束。这种市场结构不仅提供了跨行业的公平性，而且还使交易操作具有可交换性，因此可以有效地并行化。SPEEDEX是原型，但尚未合并到Stellar区块链中，Stellar区块链是最大的第一层区块链之一。
2023-03-02 cs.DC
Breaking Cycles for Scalable Fair Ordering in Blockchain Systems
Beihang University（北京航空航天大学）；Jinan University（暨南大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
FlashOrder是一种确定性公平排序引擎，通过局部化循环歧义替代全批次SCC凝聚，在基于libhotstuff的原型上，其吞吐量较Themis、Rashnu显著提升，同时降低最大秩位移，实现更强公平性与更高可扩展性。
2026-09-02 cs.DC
Cross-Referencing Method for Scalable Public Blockchain
本文提出一种跨域交叉引用方法，通过域内交易分发和滞后签名交换，在保持去中心化的同时将公有区块链容量提升至每秒5.6万笔交易，并显著增强防篡改性。
2021-07-27 cs.CR cs.DC
Scalable Data Notarization Leveraging Hybrid DLTs
针对公有链费用高、私有链信任不足的问题，本文提出基于混合区块链架构和新型数据结构的可扩展数据公证方法，并以供应链产品护照验证其在存储与成本权衡上的有效性。
2025-01-08 cs.CR cs.DC
A Scalable State Sharing Protocol for Low-Resource Validator Nodes in Blockchain Networks
针对区块链全节点存储成本高的问题，提出一种分布式状态共享协议，通过节点间状态分布、Kademlia式路由及密码学证明降低验证节点存储需求，经以太坊数据分析验证了可行性并探讨了带宽优化方向。
2024-10-08 cs.DC
Bodyless Block Propagation: TPS Fully Scalable Blockchain with Pre-Validation
本文提出无区块体区块传播BBP方案，通过预测、预执行和预验证下一区块交易，并设计交易选择排序同步及Coinbase处理算法，在不牺牲安全与去中心化的前提下实现TPS完全可扩展。
2024-04-06 cs.DC cs.NI
DEXON: A Highly Scalable, Decentralized DAG-Based Consensus Algorithm
区块链系统是一个复制的状态机，必须是容错的。在设计区块链系统时，通常会在去中心化、可扩展性和安全性之间进行权衡。在本文中，我们提出了一种新的区块链系统DEXON，它实现了高度的可扩展性，同时在现实世界的环境中保持分散和健壮。我们有两个主要贡献。首先，我们为区块链提供了一个高度可扩展的分片框架。该框架采用任意数量的单链并将其转换为\textit{blocklattice}数据结构，从而使\textit{high scalability}和\textit{low transaction confirmation latency}具有渐进最优的通信开销。其次，我们提出了一个单链协议的基础上，我们的新的可验证的随机函数和一个新的拜占庭协议，实现高分散和低延迟。
2018-11-19 cs.CR cs.DB cs.DC
OptChain: Optimal Transactions Placement for Scalable Blockchain Sharding
区块链分片协议的一个主要挑战是超过95%的交易是跨分片的。这些跨分片的事务不仅降低了系统吞吐量，还使确认时间加倍，并耗尽了本已稀缺的网络带宽。跨分片交易是否即将成为分片方案？在本文中，我们提出了一种新的分片范例，称为OptChain，其中跨分片事务被最小化，从而使确认时间和吞吐量提高了近两倍。通过将事务视为在线图中的节点流，OptChain利用轻量级和动态事务放置方法将相关和即将相关的事务分组到相同的分片中。同时，OptChain在分片之间保持时间平衡，以保证高并行性。我们使用P2P库进行了全面的大规模模拟，证实了性能的显著提升，跨分片事务减少了10倍，确认时间减少了两倍多，吞吐量增加了50%。当与Omniledger分片协议相结合时，OptChain每秒可提供6000个事务，确认时间为10.5秒。
2021-10-18 cs.CR cs.DC
Fairness, Integrity, and Privacy in a Scalable Blockchain-based Federated Learning System
University of Bayreuth（拜罗伊特大学）；FIM Research Center（FIM研究中心）；Fraunhofer FIT（弗劳恩霍夫应用信息技术研究所）
联邦机器学习（FL）允许在敏感数据上集体训练模型，因为只需要共享客户端的模型，而不需要共享其训练数据。然而，尽管对外语的研究已经引起了人们的关注，但这一概念在实践中仍然缺乏广泛的采用。其中一个关键原因是实施FL系统的巨大挑战，同时为所有参与客户实现公平，完整性和隐私保护。为了解决这个问题，我们的论文提出了一个融合区块链技术、局部差分隐私和零知识证明的FL系统。我们使用多元线性回归实现的概念验证表明，这些最先进的技术可以结合到FL系统中，该系统可以在可扩展和透明的系统中调整经济激励，信任和保密要求。
2021-11-11 cs.AI cs.CR cs.DC
Blockumulus: A Scalable Framework for Smart Contracts on the Cloud
公共区块链促进了去中心化交易和智能合约的日益普及，但它们在交易吞吐量、存储和计算方面存在局限性。为了避免交易僵局，公共区块链征收高额费用和每个区块的资源限制，难以满足不断增长的交易需求。以前的研究试图通过各种技术来提高区块链的可扩展性，例如侧链，分片，安全的链下计算，通信网络优化和高效的共识协议。然而，这些方法尚未获得广泛采用，因为它们无法在事务吞吐量、存储和计算能力的可扩展性方面提供类似云的性能。在这项工作中，我们确定公共区块链可扩展性的主要障碍是其底层的非结构化P2P网络。我们进一步表明，集中式网络可以支持分散式智能合约的部署。我们提出了一种实现可扩展去中心化的新方法：我们不是试图使区块链可扩展，而是通过使用以太坊智能合约将去中心化交付给已经可扩展的云。我们介绍了Blockumulus，这是一个框架，可以使用一种称为覆盖共识的新技术来部署分散的云智能合约环境。通过实验，我们证明了Blockumulus在所有三个方面都是可扩展的：计算，数据存储和事务吞吐量。除了消除当前的代码执行和存储限制外，Blockumulus在正常负载下提供了2到5秒的事务延迟。此外，我们的原型的压力测试显示，它能够在26秒内同时执行20，000笔交易，这与全球信用卡交易的平均吞吐量相当。
2021-07-10 cs.DC cs.PF
BlendSM-DDM: BLockchain-ENabled Secure Microservices for Decentralized Data Marketplaces
为了促进物联网（IoT）在智能社区和智能城市中的优势，最近提出了一种称为智能物联网集成器（I3）的实时数据市场中间件平台。在通过市场促进设备所有者和第三方应用程序之间轻松交换实时物联网数据流的同时，I3目前是一个单一社区的单片集中式平台。虽然面向服务的架构（SOA）已经在物联网和网络物理系统（CPS）中被广泛采用，但是对于单一架构来说，难以为大量分布式物联网设备和不同应用供应商提供可伸缩、互操作和可扩展的服务。传统的安全解决方案依赖于集中的权威机构，这可能是性能瓶颈或容易出现单点故障。受容器化微服务和区块链技术的启发，本文提出了一种Blockchain-Enabled Secure Microservices for Decentralized Data Marketplaces（BlendSM-DDM）。在许可的区块链网络中，引入了基于微服务的安全机制，以保护市场参与者之间的数据交换和支付。BlendSM-DDM能够为数据市场提供分散，可扩展和可审计的数据交换。
2019-09-21 cs.DC
Blockchain in Dynamic Networks
我们在动态网络中考虑区块链。我们定义了区块链决策问题。它要求维护区块链的矿工确认特定区块是否被接受。我们建立了解存在的必要条件。然而，我们证明，即使在这些必要条件下，解决方案通常也是不可能的。然后，我们提出了两种算法，可以在最大源池传播时间的知识或源池成员资格的知识下解决区块链决策问题。我们评估了这两种算法的性能。
2022-08-05 cs.DC
PiChu: Accelerating Block Broadcasting in Blockchain Networks with Pipelining and Chunking
近年来，区块链技术得到了迅速增强。然而，随着网络和事务数据量的增加，其可扩展性在吞吐量和广播延迟方面仍然存在限制。为了提高区块链网络的可扩展性，我们提出了一种名为PiChu的新方法，通过并行流水线和验证块的块来加速区块链网络中的块传播。加速块传播可以减少挖掘间隔和分叉发生的机会，从而提高吞吐量。我们的方法可以直接应用于区块链网络，也可以对共识进行小幅修改。通过广泛的大规模模拟，我们验证了所提出的PiChu方案显着提高了区块链网络的可扩展性。例如，一个64 MB的区块可以在拥有100万个节点的区块链网络中在80秒内广播。PiChu广播的效率随着块大小和网络中节点数量的增加而增加。
2021-01-20 cs.DC
Fission: A Provably Fast, Scalable, and Secure Permissionless Blockchain
我们介绍了Fission，这是一种新的无权限区块链，在系统吞吐量和交易确认时间方面实现了可扩展性，同时保留了区块链平等和去中心化的核心价值。Fission通过采用一种新的延迟-惰性管道模型来克服系统吞吐量瓶颈，该模型通过块管道实现非常高的系统吞吐量，自适应分区机制可以自动扩展到交易量，以及可证明安全的节能共识协议，以确保安全性和鲁棒性。Fission应用由中继网络和对等网络组成的混合网络。中继网络的目标是通过最小化信息传播延迟来最小化交易确认时间。为了优化中继网络中存在的流失，动态网络拓扑结构和网络异构性的性能，我们提出了一种超快速的博弈论中继选择算法，实现了近最优的性能在一个完全分布式的方式。Fission的点对点网络补充了中继网络，并通过使用户能够贡献其存储和带宽用于信息传播（有激励）来提供非常高的数据可用性。我们提出了一个分布式的在线数据检索策略，最佳卸载中继网络，而不会降低系统性能。通过以整体的方式重新创新区块链技术的所有核心元素-计算，网络和存储，Fission旨在实现可扩展性，安全性和分散性之间的最佳平衡。
2018-12-14 cs.CR cs.DC cs.NI
Rateless Coded Blockchain for Dynamic IoT Networks
针对动态物联网网络中现有编码区块链存储与通信开销高、解码失败概率高的问题，提出编码参数可随网络调整的无速率编码区块链，在Bitcoin场景验证下实现99.6%的存储与通信开销降低，且解码失败概率不超10^-12。
2023-05-06 cs.DC
Blockchain in a box: A portable blockchain network implementation on Raspberry Pi's
本文提出一个基于树莓派的便携式区块链网络原型，通过Web界面编排以太坊PoW网络并实时可视化共识状态，用于研究不同P2P拓扑对共识质量的影响及教育演示。
2025-05-08 cs.DC
Scalable Byzantine Consensus via Hardware-assisted Secret Sharing
对区块链技术的兴趣激增，重新激发了对有效拜占庭共识方案的研究。特别是，区块链社区一直在寻找方法，将传统的拜占庭容错（BFT）协议有效地集成到区块链共识层中，允许各种金融机构安全地商定交易顺序。然而，现有的BFT协议由于其$O(n^2)$消息复杂度而只能扩展到数十个节点。在本文中，我们提出了FastBFT，一个快速和可扩展的BFT协议。FastBFT的核心是一种新颖的消息聚合技术，它将基于硬件的可信执行环境（TEE）与轻量级秘密共享原语相结合。将该技术与几种其他优化（即，乐观执行、树形拓扑和故障检测），FastBFT即使在大规模网络中也能实现低延迟和高吞吐量。通过系统的分析和实验，我们证明了FastBFT具有更好的可扩展性和性能比以前的BFT协议。
2018-11-14 cs.CR cs.DC
SimBlock: A Blockchain Network Simulator
区块链是一种在没有集中式系统的情况下在多个节点上分布式管理账本信息的技术，已经引起了越来越多的关注。在实际的区块链上进行实验是很困难的，因为需要大量的节点。在这项研究中，我们开发了一个区块链网络模拟器SimBlock用于此类实验。与现有的模拟器不同，SimBlock可以很容易地改变节点的行为，因此它可以研究节点的行为对区块链的影响。我们将一些模拟结果与实际区块链中的测量值进行了比较，以证明该模拟器的有效性。此外，为了展示实际使用，我们进行了两个实验，阐明了邻居节点选择算法和中继网络对块传播时间的影响。仿真器可以描述这两种技术对块传播时间的影响。模拟器将在几个月内公开。
2019-03-19 cs.DC
The Confluence of Blockchain and 6G Network: Scenarios Analysis and Performance Assessment
智能城市、医疗保健和虚拟现实等新兴高级应用对第六代（6G）移动网络提出了更具挑战性的要求，包括对改进的保密性、更高的完整性、不可否认性、身份验证和访问控制的需求。虽然区块链以其固有的特性被普遍认为是6G功能标准最具颠覆性的技术推动者之一，但对于区块链是否、何时以及如何在6G场景中使用还没有全面的研究。现有的研究缺乏在6G场景中使用区块链的性能评估方法。因此，我们从应用层中抽象出七种细粒度的6G可能性，并研究了这项工作中6G场景的原因，内容和时间问题。此外，我们还提供了一种评估基于区块链的6G场景的性能和可扩展性的方法。总之，我们进行了全面的实验，以评估Quorum区块链和6G场景的性能。实验结果表明，通过适当的设置，联盟区块链可以满足性能和可扩展性要求。
2022-07-11 cs.DC
Analysis of Committee Selection Mechanism in Blockchain
委员会选择机制可以选择区块链网络的多个用户来执行共识算法，例如PBFT。为了保证两个属性，该机制的数学形式相对有限。此外，如果将该机制用于开放网络，将带来效率的提高，但会降低区块链网络的安全性和实用性。
2019-05-09 cs.DC
SURFACE: A Practical Blockchain Consensus Algorithm for Real-World Networks
SURFACE代表安全、自适应和相对无分叉的链扩展方法，是一种共识算法，专为现实世界的网络设计，并享有Nakamoto共识和拜占庭容错（BFT）共识的好处。在SURFACE中，每一轮都会随机选出一个委员会来验证和支持提议的新区块。委员会的规模可以根据底层网络进行调整，以使区块链在通信中具有合理的开销。因此，区块链通常可以实现高吞吐量和低延迟的快速概率确认。SURFACE还提供BFT机制，以在极端网络情况下（如大网络分区或受到大规模DDoS攻击）确保账本一致性。
2020-08-14 cs.DC
We might walk together, but I run faster: Network Fairness and Scalability in Blockchains
基于区块链的分布式账本（DLs）承诺通过使其真正民主来改变现有的金融体系。在过去的十年中，区块链技术已经出现了许多新的应用，从银行业到房地产。然而，为了被普遍采用，区块链系统必须是可扩展的，以支持大量交易。随着我们增加DL系统的吞吐量，底层对等网络可能面临多个级别的挑战以跟上需求。由于网络容量不同，与速度较快的节点相比，速度较慢的节点将处于相对劣势，这可能会对其收入产生负面影响。为了量化它们的相对优势或劣势，我们引入了两种网络公平性的度量，$p_f$，领先的概率和$α_f$，发布公平性。我们发现，随着区块链规模的扩大，这两个指标都会恶化，这意味着速度较慢的节点在较高的吞吐量下面临劣势。这导致速度更快的节点获得的奖励超过了他们应得的份额，而速度较慢的节点（网络质量较慢）获得的奖励更少。因此，区块链系统的公平性和可扩展性并不齐头并进。在理性矿工的环境中，缺乏公平性会导致矿工偏离“最长链规则”或削弱，这将降低区块链对拜占庭对手的弹性。因此，公平性不仅是区块链系统的理想属性，而且对于区块链的安全性至关重要，任何可扩展的区块链协议都必须确保公平性。
2021-02-19 cs.DC cs.NI
Security-enhanced Blockchain with Twin-Field Quantum Key Distribution: A Physical Layer enabled Architecture
School of Computer Science, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学计算机学院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文提出一种量子-经典混合架构，通过双场QKD协议和MDI结构化星型拓扑，优化基础设施复杂度，实现信息论安全与分布式共识的结合，解决区块链嵌入量子网络的连接和距离限制。
2026-05-09 cs.CR cs.DC quant-ph
Blockchain-based Decentralized Identity Management for Healthcare Systems
针对传统中心化医疗身份管理的单点故障与隐私风险，本文提出基于Hyperledger Indy和Aries的许可链去中心化身份管理系统BDIMHS，利用零知识证明等技术提升了数据安全性与患者自主权。
2023-07-30 cs.CR cs.DC
Decentralizing Permissioned Blockchain with Delay Towers
人们对无许可区块链的兴趣越来越大，这揭示了其潜在的可扩展性问题。许可型区块链提供高交易吞吐量和低延迟，同时损害去中心化。在寻求一个分散的，可扩展的区块链结构，即，为了在无许可的环境中提供许可区块链的可扩展性，我们提出了L4 L，以鼓励在许可的Libra网络上进行去中心化，而不影响其可持续性。L4 L采用延迟塔，--利用可验证延迟功能的拼图塔--用于在无许可设置中建立身份。延迟塔由于其顺序执行而无法并行化，使其成为生态友好的替代品。我们还讨论了替换参与共识的验证器以促进合规行为的方法。我们的评估发现，在许可网络上实现去中心化的成本几乎可以忽略不计。此外，延迟塔为现有的无许可共识机制提供了一种替代方案，而无需空投或预售代币。
2022-03-18 cs.DC cs.MA
Spectral Sentinel: Scalable Byzantine-Robust Decentralized Federated Learning via Sketched Random Matrix Theory on Blockchain
Department of Computer Science \& Engineering
Spectral Sentinel通过在区块链上应用简化的随机矩阵理论，实现对大规模非IID数据的拜占庭鲁棒性联邦学习，提供高效的检测与聚合框架。
2025-12-14 cs.DC cs.LG
Enabling Blockchain Scalability and Interoperability with Mobile Computing through LayerOne.X
互操作性和可扩展性目前是阻碍区块链技术大规模采用的瓶颈。该项目的主要目标是开发一个可互操作和可扩展的网络，以促进真正分散的，无需许可的和安全的区块链以及实现微验证的区块链。Layer-One.X是一个真正去中心化的账本，它利用了para-sharding、有向无环图、参与证明共识机制、移动计算、Flash合约和核心脚本。还解释了包括代币组学在内的概念框架以及一些用例。该框架促进了每秒交易需求的增长，从而通过代币化实现小额支付和价值转移。
2021-09-30 cs.CR cs.DC
AutoDFL: A Scalable and Automated Reputation-Aware Decentralized Federated Learning
University of La Rochelle（拉罗谢尔大学）
本文提出 AutoDFL 框架，利用 zk-Rollups 和自动化公平声誉模型提升声誉感知 BFL 的可扩展性、效率与安全性，实验显示其吞吐量超过 3000 TPS，gas 最高降低 20 倍。
2025-01-08 cs.CR cs.DC cs.ET
RollupTheCrowd: Leveraging ZkRollups for a Scalable and Privacy-Preserving Reputation-based Crowdsourcing Platform
本文提出基于 zkRollups 的众包框架 RollupTheCrowd，通过链下存储和零知识证明实现隐私保护的信誉模型，并将 gas 消耗降低 20 倍，实验验证了其可扩展性和实用性。
2024-07-02 cs.CR cs.DC
How Much Communication Resource is Needed to Run a Wireless Blockchain Network?
区块链建立在点对点网络上，依赖于分布式节点之间的频繁通信。特别是，在区块链中发挥关键作用的共识机制（CM）对通信资源要求很高，并且在很大程度上决定了区块链的安全边界和其他关键性能指标，如交易吞吐量，延迟和可扩展性。大多数区块链系统都是在提供足够通信资源的假设下，在先进设备中运行的稳定有线通信网络中设计的。然而，可以预见的是，大多数区块链节点对等体将在未来通过无线网络连接。受高度动态的无线信道和稀缺频谱的限制，通信可以显著影响区块链的关键性能指标。因此，在本文中，我们提出了各种常用CM下的无线区块链网络（WBN），并回答了运行这样一个网络需要多少通信资源的问题。我们首先介绍了区块链程序的四个阶段中通信的作用。然后，我们讨论了三种最常用的区块链CM（即工作量证明（PoW），实用拜占庭容错（PBFT）和Raft）的通信资源提供与WBN性能之间的关系。最后，我们提供了分析和模拟结果，以显示通信资源提供对区块链性能的影响。
2021-01-24 cs.CR cs.DC
A Random Network Model for the Analysis of Blockchain Designs with Communication Delay
本文提出了一种用于区块链的随机网络模型，这是一种分布式分层数据结构，在各个行业中都有应用。该模型是两个控制区块生产和通信延迟的概率分布函数的参数，这是捕获用于同步区块链的许多分布式本地副本的机制的复杂性的关键。所提出的模型配备了模拟算法，用于区块链的有界和无界数量的分布式副本。它们用于研究快速区块链系统，即，区块链，其中区块生产的平均时间可以匹配用于区块链同步的消息广播的平均时间。特别地，该模型和算法对于理解与快速区块链相关联的效率标准是有用的，用于识别，例如，在给定网络的广播延迟的情况下，增加块产生将对分布式数据结构的稳定性产生负面影响。
2019-09-13 cs.DC cs.DS
Interlude: Balancing Chaos And Harmony For Fair and Fast Blockchains
区块链是比特币和其他加密货币的核心，这些加密货币在金融和商业革命方面表现出了巨大的潜力。虽然它们越来越受欢迎，但在扩展以支持更大的需求同时保持其理想的安全属性时，它们面临着技术挑战。在最近一系列令人兴奋的工作中，许多研究人员提出了各种可扩展的区块链协议，这些协议证明了解决这些挑战的潜力。然而，这些协议中的许多协议都带有诚实多数和对称网络访问的假设，这可能无法准确反映参与者可能是自私或理性的现实世界。其次，这些作品表明，他们的协议工作在一个理想的环境中，每一方都有平等的访问网络，而不同的各方有不同的延迟和网络速度。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。我们提出了一个可扩展的区块链协议Interlude，它具有典型的安全保证，同时专注于博弈论的稳健性和网络公平性。Interlude的新颖之处在于，它有一个相对简单的设计，由一系列并行块组成，这些块包含可以快速挖掘的不相交的事务集，然后是一个挖掘速度较慢的串行块，并为网络中的诚实方提供同步时间。因此，在并行块的混乱之间，我们的区块链协议在同步网络的串行块中伪装了一个和谐的插曲。
2022-09-21 cs.CR cs.DC cs.GT
