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
The Implications of Decentralization in Blockchained Federated Learning: Evaluating the Impact of Model Staleness and Inconsistencies
Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）；University College Dublin（都柏林大学学院）；Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya（加泰罗尼亚电信技术中心）
本文研究了区块链去中心化对联邦学习的影响，发现P2P环境下的模型过时和不一致性会导致预测准确率下降高达约35%，强调了基于FL特征设计区块链系统的重要性。
2024-03-25 cs.AI cs.DC cs.NI
Rethinking Collaborative Trust for Verifiably Decentralized Blockchain Systems
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
针对区块链系统实际去中心化不足的问题，提出基于用户协作多样性而非资源均匀性的去中心化度量框架，通过抗女巫攻击的不对称Shapley值奖励分配和扩展图理论激励跨联盟协作，可缓解各层中心化并扩展至可扩展性等应用。
2026-06-29 cs.CE cs.CR cs.DC
Low Latency Cross-Shard Transactions in Coded Blockchain
尽管区块链作为比特币和各种加密货币的支持技术，为许多应用提供了一个潜在的有效框架，但它仍然受到不可能三角形的不利影响。区块链的性能、安全性和去中心化通常不会与网络中的参与者数量同步扩展。Li等人最近在分片区块链中引入了纠错码，部分解决了这一难题，在不影响安全性和去中心化的情况下提高了吞吐量。在本文中，我们从三个方面改进了编码分片方案。首先，我们提出了一种新的二维分片策略，它本质上支持跨分片事务，减轻了对复杂的分片间通信协议的需求。其次，我们采用分布式存储技术在块的传播，改善有限带宽下的延迟。最后，我们结合了低次多项式密码原语，这将编码区块链技术带入了可行的现实世界参数领域。
2020-10-30 cs.CR cs.DC cs.IT
A Formal Rebuttal of "The Blockchain Trilemma: A Formal Proof of the Inherent Trade-Offs Among Decentralization, Security, and Scalability"
Faculty of Business, University of Exeter（埃克塞特大学商学院）
该研究通过形式化分析、实证证据等方式反驳了区块链三难困境的论断，指出其存在语义含糊、理论误用等问题，重构Bitcoin模型证明可扩展性是工程结果，并提出区块链研究论断的评估标准。
2025-07-10 cs.AI cs.CR cs.DC
Decentralization in Open Quorum Systems
去中心化是区块链技术所带来的承诺之一：在没有主导地位、单点故障或审查的情况下，在同行之间进行公平和安全的互动。然而，去中心化似乎很难被正式定义，可能是系统的连续属性，可以或多或少地去中心化，或者在其生命周期中倾向于去中心化。在本文中，我们专注于基于法定人数的方法中的去中心化，以实现开放（无许可）共识，如Ripple和Stellar协议等有影响力的协议所示。从博弈论和计算复杂性出发，我们建立了关于Ripple和Stellar中去中心化与安全权衡的限制性结果，并提出了一种新的方法来形式化和定量分析这种类型区块链中的去中心化。
2019-11-19 cs.DC cs.MA
Advancing Blockchain Scalability: A Linear Optimization Framework for Diversified Node Allocation in Shards
针对区块链分片的安全节点分配难题，本文提出评估所有权、硬件与地理分布并满足去中心化目标的线性优化框架，以最小化资源消耗，且已在 ICP 社区应用。
2024-05-08 cs.DC
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
Analyzing Reward Dynamics and Decentralization in Ethereum 2.0: An Advanced Data Engineering Workflow and Comprehensive Datasets for Proof-of-Stake Incentives
本研究从以太坊Beacon链收集共识奖励数据，运用Shannon熵、Gini指数等多种不平等指数分析奖励分布与去中心化程度，并公开数据集与代码以促进区块链系统评估与改进研究。
2024-02-17 cs.CR cs.CY cs.DB
GPoS: Geospatially-aware Proof of Stake
针对主要PoS区块链地理空间去中心化受限问题，提出GPoS方法，将地理空间多样性与投票权结合，在HotStuff和CometBFT等协议中实现45%去中心化提升且开销极小。
2025-11-03 cs.DC cs.ET cs.NI
A Scale-out Decentralized Blockchain Ledger System for Web3.0
本文提出面向Web3.0的去中心化横向扩展账本系统EZchain，在保障安全与去中心化的同时实现理论吞吐量无限扩展、消费级硬件兼容及一分钟内交易确认，实验表明其性能接近中心化支付系统。
2023-12-01 cs.CR cs.DC
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
Erasure code-based low storage blockchain node
去中心化分类账的概念通常意味着区块链网络的每个节点存储整个区块链。然而，在流行的区块链的情况下，每个区块链重达数百GB，要存储的大量数据可能会促使新的或低容量的节点运行轻量级客户端。这样的节点不参与全局存储工作，并且可能导致区块链由很少的节点集中，这与区块链的基本概念相反。为了避免这个问题，我们提出了新的低存储节点，通过使用擦除码存储从区块链生成的减少量的数据。这种技术的特性确保了链的任何块都可以很容易地从少量这样的节点重建。这个系统应该鼓励低存储节点为区块链的存储做出贡献，并在全球区块链规模不断增加的情况下保持去中心化。该系统为新型区块链铺平了道路，这种区块链只能由低容量节点管理。
2018-05-02 cs.CR cs.DC
The Difficulty in Scaling Blockchains: A Simple Explanation
区块链已经变得非常受欢迎，并在国家和国际研究和创新议程的名单上名列前茅。这在一定程度上是由许多有趣的应用程序引起的，再加上完全去中心化和高可扩展性的承诺（等等）。然而，实现这一承诺在技术上要求极高，需要大量的科学努力，迄今为止还没有取得压倒性的成功。在本文中，我们提供了一个外行人的描述，这可能是实现区块链的一个基本障碍，它结合了可扩展性，高事务处理能力，并且确实是完全分散的。
2021-03-02 cs.DC
Deterministic Bounds in Committee Selection: Enhancing Decentralization and Scalability in Distributed Ledgers
本文针对分布式账本中随机委员会选择的概率性保障局限，聚焦可全局验证的固定规模委员会抽签方法，提出能为敌手影响力提供确定性界的新方法，强化系统去中心化特性，且更适配基于法定人数的应用。
2024-09-16 cs.CR cs.DC
Blockchain e Sistemas Distribuídos: conceitos básicos e implicações
本文探讨了区块链技术作为去中心化支付与交易必需品的关键作用，分析了其分布式系统特性在服务去中心化、信息透明度、可用性和安全性方面如何应对社会挑战，并面向非专业受众介绍了其架构与通信方法。
2024-03-21 cs.DC
OHIE: Blockchain Scaling Made Simple
最近提出了许多区块链共识协议，以利用可用带宽来扩展区块链的吞吐量。然而，这些协议正变得越来越复杂，使得越来越难以证明其安全保证。我们提出了一种新的无权限区块链协议OHIE，其明确旨在简化。OHIE根据需要组成了比特币原始（和简单）骨干协议的许多并行实例，以实现出色的吞吐量。我们正式证明了OHIE的安全性和活性性质。我们展示了其性能的原型实现和大规模的实验，多达50,000个节点。在我们的实验中，OHIE实现了可用带宽的线性扩展，提供了约4-10 Mbps的事务吞吐量（在8-20 Mbps的每个节点可用带宽配置下）和至少约20倍的去中心化。
2019-05-08 cs.DC
SEDULity: A Proof-of-Learning Framework for Distributed and Secure Blockchains with Efficient Useful Work
Department of Electrical and Computer Engineering（电气与计算机工程系）
提出一种名为SEDULity的证明学习框架，通过将区块模板编码到训练过程中并设计难解易验的有用函数替代PoW谜题，在保持区块链安全性的同时高效训练机器学习模型。
2026-06-11 cs.CR cs.DC cs.IT
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
VAPOR: a Value-Centric Blockchain that is Scale-out, Decentralized, and Flexible by Design
区块链是一种特殊类型的分布式系统，在不安全的网络中运行。在大多数区块链中，所有节点都应该通过拜占庭容错算法在所有状态转换上达成共识，这会造成性能瓶颈。在本文中，我们提出了一种新型的区块链，即以价值为中心的区块链（VCB），其中状态被指定为具有所有者的值（或更全面地说，硬币），然后将状态转换记录指定为单个值的所有权的证明。然后，我们将大多数区块链中使用的“理性”假设形式化。我们进一步提出了一个VCB，VAPOR，保证安全的价值转移，如果所有的节点是理性的，并保持他们拥有的价值，这只是整个状态转移记录的一部分的证明。因此，我们表明，VAPOR在不影响安全性的情况下，在吞吐量，分散性和灵活性方面享有显着的优势。
2018-12-14 cs.DC
Accumulate: An identity-based blockchain protocol with cross-chain support, human-readable addresses, and key management capabilities
Accumulate协议（“Accumulate”）是一种基于身份的委托权益证明（DPoS）区块链，旨在通过与第一层区块链的互操作性，与企业技术堆栈的集成以及与万维网的接口来为数字经济提供动力。Accumulate通过实现链中链架构，绕过了安全性、可扩展性和去中心化的三难困境，在该架构中，能够管理密钥、令牌、数据和其他身份的数字身份被视为自己独立的区块链。这种架构允许这些被称为累积数字标识符（ADI）的身份在累积网络上并行处理和验证。每个ADI还拥有一组具有不同优先级的分层密钥，允许用户随着时间的推移管理其安全性，并创建复杂的签名授权方案，以扩展多重签名交易的实用性。双令牌系统为企业用户提供了可预测的成本，而将所有交易锚定到第一层区块链为每个人提供了企业级的安全性。
2022-04-15 cs.CR cs.DB cs.DC
Digital Twins for Dynamic Management of Blockchain Systems
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；University of Thessaly（色萨利大学）
区块链系统受到所谓的Trilemma权衡的挑战：去中心化，可扩展性和安全性。基础设施和节点配置、共识协议的选择以及应用程序事务的复杂性被引用为影响权衡平衡的因素。鉴于区块链是复杂的动态系统，因此在运行时对其进行管理和重新配置的动态方法被认为是必要的，以反映基础设施和应用程序状态的变化。本文介绍了数字孪生在这方面的应用。本文的新贡献是设计了一个数字孪生的框架和概念架构，可以帮助维护时间关键系统的Trilemma权衡。拟议的数字孪生说明通过一种创新的方法，动态选择共识协议。仿真结果表明，该框架能够有效地支持区块链的动态适应和管理
2022-04-26 cs.AI cs.CR cs.DC
A Trust and Reputation System for IoT Exploiting Distributed Ledger Technology
比特币的出现，以及随之而来的区块链，开启了一个去中心化的新时代。区块链使相互不信任的实体能够协同工作以实现共同目标。然而，目前的区块链技术缺乏可扩展性，这限制了它们在物联网（IoT）应用中的使用。互联网上的许多设备都具有计算和通信能力，以促进决策。这些设备将很快成为一个500亿节点的网络。此外，传感器即服务（SaaS）等新的物联网业务模式需要强大的信任和信誉系统（TRS）。在本文中，我们介绍了一种结合Tangle和区块链作为物联网TRS框架的创新分布式账本。Tangle和区块链的结合提供了前者的可维护性和后者的可扩展性。拟议的分类账可以处理大量的物联网设备交易，并促进低功耗节点的加入和贡献。采用分布式账本可以减轻许多威胁，例如粉饰攻击。结合支付和评级协议，所提出的方法为上层信誉算法提供了更干净的数据。
2021-11-26 cs.CR cs.DC
Superlight -- A Permissionless, Light-client Only Blockchain with Self-Contained Proofs and BLS Signatures
区块链协议基于分布式数据库，其中存储的数据保证是不可变的。所有节点都必须维护自己的数据库本地副本的要求确保了安全性，而共识机制有助于决定哪些数据被添加到数据库中，并防止强大的对手破坏系统。然而，由于构成区块链基础的数据库是一个不断增长的区块列表，因此可扩展性是这项技术的固有问题。一些公共区块链需要100 GB到TB的存储空间。在这项工作中，我们提出了具有自包含证明的Superlight概念，该概念旨在提高公共区块链的可扩展性，同时保持安全性和去中心化。不是所有节点都拥有整个区块链的本地副本来验证交易，而是节点可以仅使用区块头来导出交易的有效性。为了保持块报头的紧凑性，使用BLS签名来组合签名。我们提供了SCP的定义，并展示了客户端创建其他节点接受的资金转移证明所需的步骤。这种仅限轻客户端的区块链的优点是存储需求较低，而缺点是由于BLS签名而增加了计算复杂性，由于缺乏全局状态而限制了用例，以及需要发送者，接收者和矿工之间的交互协议来创建交易。
2019-09-16 cs.CR cs.DC
A Scale-out Blockchain for Value Transfer with Spontaneous Sharding
比特币及其许多后继者都要求所有节点都能可靠地获取整个交易记录，以防止双重支出。最近，许多区块链被提出来通过让节点只获取整个交易集的一小部分来实现横向扩展吞吐量。然而，这些方案，例如，分片和链外技术遭受分散或容错能力的退化。在本文中，我们表明，完整的交易集是不是一个必要的，以防止双重支出，如果价值转移的属性是充分探讨。换句话说，我们证明了像比特币这样的价值转移分类账有可能在不牺牲安全性或去中心化的情况下进行扩展。首先，我们给出了价值转移分类账的形式化定义及其与一般数据库的区别。然后，我们引入了一个基于链下的方案，其中共享主链用于共识，每个节点有一个单独的链用于记录交易。提出了一个本地可执行的验证方案，具有不妥协的有效性和一致性。我们的设计的一个有益的结果是，节点将自发地尝试通过只提供所需的交易来降低其传输成本，以表明其交易是双重支出证明。因此，网络被分片，因为每个节点只获取部分事务记录，并且可以实现横向扩展的吞吐量，我们称之为“自发分片”。
2018-05-17 cs.DC
Cyberphysical Blockchain-Enabled Peer-to-Peer Energy Trading
网络物理系统中集中式架构模型的可扩展性和安全性问题有很大的潜力可以通过基于区块链的分布式模型来解决，分散式能源交易系统利用各种来源并有效协调能源，以确保可用资源的最佳利用。它通过使用物联网（IoT）、云计算和网络系统等技术管理物理、社会和商业基础设施来实现这一目标。在网络物理系统的背景下，解决了区块链能源交易的重要性，本文全面概述了P2P能源交易和利用区块链来提高效率和整体性能，包括分散程度，可扩展性和系统的安全性。三种基于区块链的能源交易模式被提出来克服技术挑战和市场障碍，以更好地采用这种颠覆性技术。
2020-04-20 cs.DC cs.GT
A Consensus-Based Load-Balancing Algorithm for Sharded Blockchains
公共区块链是分散的网络，每个参与节点执行相同的决策过程。这种形式的去中心化不能很好地扩展，因为相同的数据存储在每个网络节点上，并且因为所有节点都必须在确认之前验证每个交易。一种解决方案将区块链网络的节点分解为称为“分片”的子集，每个分片并行处理和存储不相交的交易集。为了充分利用分片区块链的并行性，分片的处理负载必须均匀分布。然而，计算平衡工作负载的问题在理论上是困难的，并且在实践中进一步复杂，因为事务处理时间在被分配给分片之前是未知的。在本文中，我们介绍了一种动态工作负载平衡算法，其中根据分片最近的工作负载历史定期调整事务到分片的分配策略。我们的算法是基于共识的负载均衡算法的分片区块链的适应。它是一种完全分布式的算法，与基于网络的应用程序（如区块链）内联。根据对三个知名区块链平台的交易进行分片的模拟，报告了一些初步结果。
2022-06-29 cs.DC
Dynamic Data-Driven Digital Twins for Blockchain Systems
University of Birmingham（伯明翰大学）；Southern University of Science and Technology (SUSTech)（南方科技大学）；University of Thessaly（色萨利大学）
本文提出利用 DDDAS 反馈回路、强化学习智能体与仿真组件构建动态数据驱动的区块链数字孪生，以在运行时优化去中心化、可扩展性和安全性的三难权衡，并降低决策计算开销。
2023-12-07 cs.AI cs.CR cs.DC
Difficulty Scaling in Proof of Work for Decentralized Problem Solving
我们提出了DIPS基于难度的问题解决激励，这是对比特币工作量证明算法的简单修改，奖励区块链矿工解决科学兴趣的优化问题。其结果是一个区块链，它将一些投资于基于哈希的采矿的计算资源重新定向到科学计算，有效地减少了在采矿上“浪费”的能量。DIPS通过在发现优化改进时降低区块哈希难度，直接在工作量证明中建立解决激励。该方案的一个关键优势是保留了去中心化，并且在标准区块链之上不需要额外的协议层。我们研究了两种激励方案，并提供了模拟结果，表明DIPS能够减少网络中使用的哈希功率，同时生成优化问题的解决方案。
2019-11-01 cs.DC
Towards Blockchain-based Multi-Agent Robotic Systems: Analysis, Classification and Applications
Innopolis University（因诺波利斯大学）；ITMO University（ITMO大学）；University of Library Studies and Information（图书馆学与信息大学）；Technical University of Sofia（索非亚技术大学）
本文综述了区块链在多智能体机器人系统中的应用，分析其用于可信交互、共识、安全与任务分配等场景，并对该新兴领域进行分类，以推动相关研究平台和库的发展。
2019-07-17 cs.DC cs.MA cs.RO
