Vericom: A Verification and Communication Architecture for IoT-based Blockchain
区块链作为物联网（IoT）的安全，分布式和匿名框架受到了极大的关注。作为一个分布式系统，区块链权衡了分布式的可扩展性，这限制了该技术对物联网等大规模网络的适应性。所有交易和区块必须由所有参与者广播和验证，这限制了可扩展性并导致计算和通信开销。到目前为止，现有的扩展区块链的解决方案导致了部分重新集中，限制了该技术的原始吸引力。在本文中，我们介绍了一种分布式但可扩展的区块链验证和通信架构，称为Vericom。Vericom同时实现了高度的可扩展性和分布式，使用哈希函数输出将区块链从广播通信转移到多播通信。与所有节点都必须验证新交易/区块的传统区块链不同，Vericom使用物联网流量的散列来随机选择一组节点来验证交易/区块，这反过来又减少了处理开销。Vericom包含两层：i）传输层，其中随机多播方法与骨干网一起被引入以路由业务，即，交易和区块，从源到目的地，以及ii）验证层，其中分配一组随机选择的节点以验证每个交易或区块。性能评估表明，与传统区块链相比，Vericom减少了数据包和处理开销。在最坏的情况下，Vericom中的数据包开销与节点数量呈线性关系，而处理开销保持与规模无关。
2021-05-26 cs.CR
Auditable Ledger Snapshot for Non-Repudiable Cross-Blockchain Communication
Pinggy Technology Private Limited（Pinggy科技有限公司）
本文提出 InterSnap 方法，通过可审计的区块链快照实现跨区块链交易的不可否认性，增强系统韧性并降低攻击影响。
2025-11-20 cs.CR cs.SY eess.SY
A2MM: Mitigating Frontrunning, Transaction Reordering and Consensus Instability in Decentralized Exchanges
自自动做市商（AMM）出现以来，基于区块链的交易所（DEX）的资产交易量大幅增加。然而，AMM及其分支在同一个区块链上竞争，通过吸引三明治攻击者和套利竞争，导致不必要的网络和块空间开销。此外，从概念上讲，区块链是一个数据库，我们没有理由将这个数据库划分为多个竞争的交易所，然后必然需要通过套利实现价格同步。本文表明，DEX套利和类似AMM之间的交易路由可以在智能合约中高效地、原子地在链上执行。这些见解引导我们创建一个新的AMM设计，一个自动套利做市商，短A2MM DEX。A2MM旨在联合多个AMM，以减少管理费用，成本并提高区块链安全性。关于Miner可提取值（MEV），A2MM作为一种分散的设计，供用户原子地收集MEV，减轻了集中式MEV中继服务的危险。我们表明，A2MM提供了基本的安全优势。首先，A2MM通过减少MEV的竞争性利用来加强区块链共识安全性，从而降低共识分叉的风险。A2MM减少了竞争性交易的网络层开销，改善了网络传播，从而减少了过时的区块，提高了区块链的安全性。通过交易路由，A2MM通过利用最小的有利可图的受害者投入来降低三明治攻击的掠夺性风险。A2MM还为交易者提供经济利益。来自竞争性交易的失败掉期交易占据了宝贵的区块空间，这意味着交易费用的上涨压力。我们的评估显示，A2MM释放了32.8%的AMM相关交易的块空间。预计A2MM的收入可以将掉期费用降低90%。
2021-06-18 cs.CR
Kronos: A Secure and Generic Sharding Blockchain Consensus with Optimized Overhead
针对分片区块链中跨分片交易的安全与效率挑战，该研究提出基于共享缓冲区的通用共识机制Kronos，通过批量认证等技术优化开销，实验验证其吞吐量最高提升12倍、延迟降低50%，可支持数千共识节点。
2024-09-12 cs.CR
Epass: Efficient and Privacy-Preserving Asynchronous Payment on Blockchain
针对区块链BNPL异步支付中的交易隐私泄露与延期交易高开销问题，提出Epass，结合本地可验证签名、时间释放加密和可编辑区块链，实现KB级通信并将时间开销降低四倍以上。
2025-06-11 cs.CR
The Cost of Quantum Resistance: A Hash-Based Commit-Reveal Alternative for Minimizing Blockchain Infrastructure Overhead
Artema LABS（Artema 实验室）
本文提出一种基于哈希的提交-揭示方案，通过将单签交易替换为两个轻量级交易，以减少区块链基础设施开销，同时保持量子安全。
2026-05-07 cs.CR
On the Storage Overhead of Proof-of-Work Blockchains
比特币等无需许可的区块链长期以来一直因其高计算和存储开销而受到批评。不幸的是，虽然许多提案都解决了现有工作量证明部署的能耗问题，但到目前为止，很少有人关注这些区块链所产生的存储开销。事实上，支持区块链的完整节点必须自愿提供数百GB的存储空间，以存储和验证系统中交换的所有交易，这似乎是广泛接受的。在本文中，我们探索了解决方案空间，以有效地减少基于工作量证明的区块链的存储空间。为此，我们通过全面的实证测量来分析现有的完整区块链节点如何利用共享账本中的数据来验证传入的交易/区块。基于此分析，我们表明，它是可能的，完整的节点，以本地减少其存储空间约15 GB，而无需修改底层协议。我们还讨论了其他客户端策略，以进一步减少存储占用，同时在节点上产生可忽略不计的计算开销。
2022-06-30 cs.CR
Efficient Cross-Shard Transaction Execution in Sharded Blockchains
分片是一种很有前途的区块链扩展解决方案。但它目前在跨分片事务方面存在高延迟和低吞吐量，即，需要多个分片协调的事务。这些限制的根本原因是使用了经典的两阶段提交协议，这涉及到长时间锁定资产。本文介绍了Rivet，这是一种新的区块链分片范例，可以为跨分片事务实现更低的延迟和更高的吞吐量。Rivet有一个运行共识的引用分片，以及多个维护不相交状态并处理系统中事务子集的工作分片。铆钉消除了每个工作分片内的共识需求，因此，可以容忍分片内的更多故障并降低通信开销。我们证明了铆钉的正确性和安全性。我们还提出了一个更现实的框架，通过创建基于真实以太坊交易的基准来评估分片区块链。使用我们的评估框架，在50多个AWS EC2实例上对我们的Rivet原型实现和基线两阶段提交进行了评估，展示了跨分片事务的延迟和吞吐量改进。
2021-01-29 cs.CR
LTRAS: A Linkable Threshold Ring Adaptor Signature Scheme for Efficient and Private Cross-Chain Transactions
School of Cyber Science and Engineering, Southeast University（东南大学网络空间安全学院）；State Key Laboratory of Internet Architecture, Tsinghua University（清华大学互联网架构国家重点实验室）
LTRAS方案通过结合适配签名的条件绑定、阈值环签名的多账户支付和可链接性，解决了跨链交易中的隐私和效率问题。
2026-02-05 cs.CR
SPB: A Secure Private Blockchain-based Solution for Energy Trading
区块链越来越多地被用于为智能电网中的能源交易提供分布式、安全、可信和私有的框架。然而，现有的解决方案存在缺乏隐私、处理和分组开销以及依赖可信第三方（TTP）的问题。为了应对这些挑战，我们提出了一个基于安全私有区块链（SPB）的框架。SPB使能源生产者和消费者能够直接谈判能源价格。为了减少相关的数据包开销，我们提出了一种路由方法，路由数据包的目的地公钥（PK）的基础上。SPB通过引入原子元事务消除了对TTP的需要。形成元交易的两个交易只有在它们都生成之后才能对区块链参与者可见。因此，如果参与者之一在预定义的时间内没有承诺其任务，则能量交易到期并且对应的交易被视为无效。消费者的智能仪表通过生成能量接收确认（ERC）来确认能量的接收。为了验证ERC是由真正的智能电表生成的，SPB支持匿名智能电表的身份验证，这反过来又增强了电表所有者的隐私。定性安全分析表明SPB对一系列攻击的弹性。
2018-07-28 cs.CR
Tree-Chain: A Fast Lightweight Consensus Algorithm for IoT Applications
区块链在包括物联网（IoT）在内的非货币应用中受到了极大的关注，因为它具有去中心化、安全性、可重复性和匿名性等显著特征。大多数传统的区块链依赖于计算昂贵的共识算法，吞吐量有限，交易延迟高。在本文中，我们提出了树链，一种可扩展的快速区块链实例化，在验证器之间引入了两级随机化：i）交易级别，其中基于散列函数输出的最重要字符随机选择每个交易的验证者（称为共识代码），以及ii）区块链级别，其中验证者基于其公钥的散列被随机分配给特定共识代码。树链引入了并行链分支，其中每个验证器在唯一的分类账中提交相应的交易。实现结果表明，树链可在低资源设备上运行，处理开销低，实现了近实时的交易结算。
2020-05-19 cs.CR
Redacting Transactions from Execute-Order-Validate Blockchains
随着用户隐私越来越受欢迎和关注，并开始塑造用户和服务提供商之间的关系，基于区块链的解决方案在不牺牲一致性的情况下放松不变性的方法蓬勃发展。这项工作满足了这一需求，并提出了第一个可编辑的可执行订单验证区块链的设计，该区块链授予用户\emph{right to be forgotten}。该设计易于采用，因为我们通过在Hyperledger Fabric上实现它来验证。它修改块结构，并从哈希链中提取用户数据，而不放松任何正确性或活性标准。我们评估了我们的设计，并表明它只提供了最小的性能开销，使其成为任何执行订单验证区块链系统的可行附加组件。
2021-06-09 cs.CR
Streaming Chain
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文设计了一种自适应的区块创建流程，通过数学模型预测交易延迟并优化资源配置，以降低区块链交易的端到端延迟。
2026-04-05 cs.CR
Denial-of-Service Vulnerability of Hash-based Transaction Sharding: Attack and Countermeasure
本文揭示了基于哈希的交易分片机制易受单分片泛洪拒绝服务攻击的漏洞，提出利用可信执行环境（TEE）以极低开销安全执行分片算法的对策，并在UC框架中证明了其安全性。
2023-08-26 cs.CR
Layer 2 Atomic Cross-Blockchain Function Calls
第2层原子跨区块链函数调用协议允许跨以太坊区块链进行组合编程。它允许合约间和区块链间的函数调用既同步又原子：如果一部分失败，则整个函数调用的调用图将回滚。现有的原子跨区块链函数调用协议是区块链第一层协议，需要对区块链平台软件进行更改才能运行。区块链第二层技术，如本文所述，不需要这样的改变。它们在区块链平台软件提供的基础设施之上运行。本文介绍了该协议和一个更具可扩展性的变体，提供了初步的安全性和活性分析，并提出了与使用多个非原子单区块链交易相比，使用该技术的预期开销。我们分析了涉及多个区块链的三种场景的开销：酒店和训练问题，供应链与来源，以及Oracle。该协议被示出为当有许多旅行社时，对于该协议的标准和可扩展变体，分别为酒店和训练场景每秒提供93.8或186个跨区块链函数调用，给定以太坊客户端，Hyperledger Besu的性能为375 tps，假设块周期为1秒，并且假设所有事务花费与基准事务相同的时间量来执行。
2020-07-01 cs.CR
Faster Dual-Key Stealth Address for Blockchain-Based Internet of Things Systems
隐形地址防止区块链交易的输出与收件人的钱包地址的公开关联，并隐藏交易的实际目的地地址。虽然隐形地址为加密货币网络提供了一种有效的隐私增强技术，但它需要区块链节点主动监控所有交易并计算所谓的目的地地址，这限制了其在物联网（IoT）等资源受限环境中的应用。在本文中，我们提出了DKSAP-IoT，这是一种用于基于区块链的物联网系统的更快的双密钥隐形地址协议。DKSAP-IoT利用类似于TLS会话恢复的技术来提高性能，同时减少两个通信对等体之间的事务大小。我们的理论分析以及在嵌入式计算平台上的大量实验表明，与最先进的方案相比，DKSAP-IoT能够将计算开销减少至少50%，从而为其应用于基于区块链的物联网系统铺平了道路。
2018-06-04 cs.CR
Prophet: Conflict-Free Sharding Blockchain via Byzantine-Tolerant Deterministic Ordering
Prophet通过不可信联盟预执行、无状态排序与后验证相结合，在拜占庭分片环境中确定可信全局交易顺序，从而消除跨分片冲突，实现吞吐量提升3.11倍且几乎无中止。
2023-04-17 cs.CR
Cross-Channel: Scalable Off-Chain Channels Supporting Fair and Atomic Cross-Chain Operations
跨链技术促进了孤立区块链之间的互操作性，用户可以在其上自由通信和转移价值。现有的跨链协议在处理链上事务时存在可扩展性问题。链下渠道作为一种很有前途的区块链扩展技术，可以在不涉及链上交易结算的情况下实现小额支付交易。然而，现有的通道方案只能应用于单个区块链内的操作，无法支持跨链服务。因此，在本文中，我们提出了跨渠道，这是第一个支持跨链服务的链下渠道。我们引入了一种新的分层通道结构，一个新的分层结算协议，和一个智能通用公平交换协议，以确保跨链交互的可扩展性，公平性和原子性。此外，交叉通道提供了强大的安全性和实用性，避免了高延迟在异步网络。通过在阿里云平台上部署50个Cross-Channel实例，我们证明了Cross-Channel非常适合处理高频率、大规模的跨链交易，并以少量的gas和延迟开销带来了显著的吞吐量提升。
2022-12-14 cs.CR
Coded Transaction Broadcasting for High-throughput Blockchains
高吞吐量区块链需要高效的交易广播机制，可以将交易以低带宽开销和延迟交付给大多数网络节点。现有的方案协调跨节点的传输，以避免发送冗余数据，但它们要么会导致高延迟，要么对敌对网络节点不鲁棒。我们提出了Strokkur，一个新的事务广播机制，提供低带宽开销和低延迟。Strokkur背后的核心思想是通过随机事务编码来避免显式协调。而不是转发个别交易。Strokkur节点发送码字-随机选择的多个交易的XOR和。由于几乎每个码字对于接收方解码新交易都是有用的，因此Strokkur节点不需要协调，例如，确定接收方丢失了哪些交易。Strokkur的编码策略建立在LT码（一种流行的无比率擦除码）的基础上，并将其扩展为支持多个不协调的事务数据流，这些事务数据流部分重叠。Strokkur引入了一些机制来应对可能发送损坏码字的对抗性攻击，以及一个简单的速率控制算法，该算法使每个节点能够独立地确定每个对等体的码字的适当发送速率。我们在Golang中实现的Strokkur仅使用一个CPU核心就支持每秒647 k的事务。我们对19个节点的互联网部署和大规模模拟的评估表明，Strokkur消耗的带宽比比特币中现有方案少2- 7.6倍，延迟比Shrec低9倍，只有4%的节点是对抗性的。
2022-05-03 cs.CR cs.DC cs.NI
Wendy, the Good Little Fairness Widget
去中心化交易市场的出现为共识协议带来了许多新的挑战。除了“通常”的攻击--验证者的一个子集试图防止分歧--现在还有金融欺诈的可能性，这可能会滥用在共识协议中通常不被认为是关键的属性。我们调查了攻击者操纵或利用区块链中交易调度顺序的问题。更具体地说，我们研究相对秩序公平性，即，我们可以确保交易的相对顺序是公平的。我们表明，一个更直观的公平定义是不可能实现的。然后，我们提出了温迪，一组低开销的协议，可以实现不同的公平性概念。Wendy作为现有区块链的额外小部件，并且在很大程度上对底层区块链及其安全假设不可知。此外，可以仅对交易的子集应用协议，从而在同一链上运行多个独立的公平市场。
2020-07-16 cs.CR
Towards Secure IoT Communication with Smart Contracts in a Blockchain Infrastructure
物联网（IoT）正在IT行业中快速增长，但由于其规模庞大，分散的拓扑结构和资源受限的设备，它仍然与一些安全和隐私问题相关。区块链（BC）是一种用于加密货币的分布式账本技术，在物联网安全和隐私领域引起了极大的关注。然而，在大多数情况下，采用BC到IoT并不简单，这是由于BC操作造成的开销和延迟。在本文中，我们将称为Hyperledgder Fabric的BC技术应用于物联网网络。该技术为事务引入了执行顺序技术，将事务执行与共识分离，从而提高了效率。我们证明了我们提出的IoT BC架构在基本安全目标方面是足够安全的，即，机密性、完整性和可用性。最后，强调了模拟结果，表明与我们的方法相关的性能开销与Hyperledger Fabric框架相关的性能开销一样小，并且在安全性和隐私方面可以忽略不计。
2020-01-06 cs.CR
Stateless and Secure Delivery versus Payment across Blockchains
DZ BANK AG, Deutsche Zentral-Genossenschaftsbank（德国中央合作银行）；Department of Mathematics, Ludwig Maximilians University, Munich, Germany（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学数学系）
本文提出无状态安全可组合的跨链DvP方案，无需时间锁、中心化托管或有状态中介，借助无状态解密预言机消除竞态条件，兼容现有区块链，支持多链多方DvP，可降低流动性需求、提升跨链原子结算性能。
2025-11-17 cs.CR
Detection Of Insider Attacks In Block Chain Network Using The Trusted Two Way Intrusion Detection System
为了数据隐私、系统可靠性和安全性，区块链技术近年来变得越来越流行。尽管区块链很有用，但它很容易受到网络攻击;例如，2019年1月，对以太坊经典的51%攻击成功暴露了该平台的安全漏洞。从统计学的角度来看，攻击是一种极不寻常的事件，大大偏离了正常情况。区块链攻击检测可能会受益于深度学习，这是一个旨在发现海量数据存储库中的见解、模式和异常的研究领域。在这项工作中，我们定义了一个可信的双向入侵检测系统的基础上，分层加权模糊算法和自组织堆栈网络（SOSN）深度学习模型，这是训练利用聚合信息监测区块链活动提取。在这里，智能合约最初处理节点身份验证。验证节点的目的是确保只有特定的节点可以提交和检索信息。我们实现了层次加权模糊算法来评估交易节点的信任能力。然后交易验证步骤通过自组织堆栈网络深度学习模型确保提交的交易上的所有恶意交易或活动。整个实验是在matlab环境下进行的。大量的实验结果表明，我们提出的检测方法具有更好的性能的重要指标，如精度，召回率，F-Score，开销。
2022-11-06 cs.CR
FeatherWallet: A Lightweight Mobile Cryptocurrency Wallet Using zk-SNARKs
FeatherWallet 提出一种基于 zk-SNARKs 的轻量级移动钱包同步方案，通过链下验证和智能合约检查点消除对服务器的信任，实现存储开销降低 20 倍。
2025-03-25 cs.CR
Impact of Conflicting Transactions in Blockchain: Detecting and Mitigating Potential Attacks
本文通过建模与仿真分析区块链中冲突交易引发的四种关键攻击，提出有效缓解措施，在不增加开销的情况下降低攻击率并提升网络性能，强调主动管理冲突交易的重要性。
2024-12-08 cs.CR cs.DC
Horizon: A Gas-Efficient, Trustless Bridge for Cross-Chain Transactions
随着依赖区块链来确保账本安全的数字货币系统的兴起，执行跨链交易的能力正在成为一项至关重要的互操作性要求。这样的交易不仅允许资金从一个区块链转移到另一个区块链（如原子交换），还允许区块链验证另一个区块链上的任何事件。跨链桥是允许加密货币的链上交换，资产到侧链的链上转移以及分片区块链中事件的跨分片验证的协议，其中许多依赖于拜占庭容错（BFT）的可扩展性。不幸的是，可以从BFT区块链转移资金的现有桥接协议会在目的地区块链上产生大量计算开销，从而导致事件智能合约验证的高昂天然气成本。在本文中，我们提出了Horizon，这是一种节省气体的跨链桥接协议，用于将资产从BFT区块链转移到另一个区块链（例如，Ethereum），支持基本的智能合约执行。
2021-01-15 cs.CR cs.DC
Sedna: Sharding transactions in multiple concurrent proposer blockchains
Sei Labs；University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）；Mysten Labs；University College London（伦敦大学学院）
Sedna通过可验证无率编码解决多提案区块链中交易分发的三重困境，提升效率并减少MEV暴露。
2025-12-29 cs.CR cs.DC
Modular zk-Rollup On-Demand
本文提出允许多个 zk-rollups 共存于同一智能合约的模块化按需设计，在保持低证明与现有交易开销的同时，显著降低新交易类型及 rollup 创建成本。
2023-06-05 cs.CR
LØ: An Accountable Mempool for MEV Resistance
本文提出可问责基础层协议 LØ，通过强制矿工将交易记录到安全内存池并以可验证方式处理，从而在单个节点粒度上快速检测并归责重排序、注入和审查等 MEV 操纵行为，且性能开销极小。
2023-07-05 cs.CR cs.DC
A Multi-Party, Multi-Blockchain Atomic Swap Protocol with Universal Adaptor Secret
针对传统多方跨链原子交换易受恶意退出攻击、依赖链上操作的问题，提出基于类Schnorr签名与通用适配器密钥的全链下协议，无需智能合约与可信第三方，可抵御合谋与退出攻击，提升交换的安全性、效率与可扩展性。
2024-06-24 cs.CR cs.DC
AdaChain: A Learned Adaptive Blockchain
本文提出基于强化学习的区块链框架 AdaChain，可在 BaaS 动态工作负载下运行时自适应切换最优许可链架构，在保证正确性和安全性的同时提升交易提交性能。
2023-07-18 cs.CR cs.DB
ACE Runtime - A ZKP-Native Blockchain Runtime with Sub-Second Cryptographic Finality
Yeah LLC（Yeah有限责任公司）
ACE运行时通过身份授权分离和零知识证明技术，实现亚秒级加密最终性，降低验证成本并提升后量子迁移能力。
2026-03-10 cs.CR cs.DC
LightPIR: Privacy-Preserving Route Discovery for Payment Channel Networks
支付通道网络是提高加密货币可扩展性的一种有前途的方法：它们允许以点对点的方式，沿着网络中的多跳路由执行交易，而不需要在区块链上达成共识。然而，在发现具有成本效益的交易路线期间，可能会泄露有关交易实体的关键信息。本文首先研究了支付通道网络中的隐私保护路由发现机制。特别是，我们提出了LightPIR，这种方法允许源有效地发现到其目的地的最短路径，而不会泄露任何有关交易端点的信息。在LightPIR中实现有效解决方案的两个主要观察结果是：（1）令人惊讶的是，集线器标记算法-开发用于预处理“街道网络”图，以便稍后可以有效地计算最短路径-也适用于支付通道网络底层的图，以及（2）集线器标记算法可以直接与私有信息检索相结合。LightPIR依赖于现有集线器标记算法之上的简单集线器标记启发式算法，该算法利用加密货币网络的特定拓扑特征，以进一步最大限度地减少存储和带宽开销。在考虑闪电网络的案例研究中，我们表明，我们的方法是一个数量级更有效的隐私保护基线的基础上使用私人信息检索的数据库，存储所有对最短路径。
2021-04-09 cs.CR cs.NI
BETA-UAV: Blockchain-based Efficient Authentication for Secure UAV Communication
本文提出 BETA-UAV 方案，利用区块链智能合约记录无人机通信会话，以交易地址证明消息新鲜性与可信性，并通过以太坊实现验证其能抵抗主动攻击且显著降低计算和通信开销。
2024-02-24 cs.CR cs.SY eess.SY
