On Register Linearizability and Termination
在一项开创性的工作中，Golab等人表明，如果我们将原子对象替换为可线性化的对象，那么使用原子对象的随机算法可能会失去一些属性。不知道可能丧失的属性是否包括终止的重要属性（概率为1）。在本文中，我们首先表明，对于随机算法，终止确实可以丢失。Golab等人还引入了强线性化，并证明了强线性化对象可以像原子对象一样使用，即使对于随机算法也是如此：它们保持了算法的正确性，包括终止性。不幸的是，在一些重要的情况下，不可能实现强线性化。具体地，Helmi等人的MWMR寄存器不具有来自SWMR寄存器的强线性化实现。因此，我们提出了一种新的寄存器线性化，称为写强线性化，这是严格强于线性化，但严格弱于强线性化。我们证明了一些随机算法，未能终止与线性化寄存器，工作与写强线性化的。换句话说，存在可线性化性不足但可写入强线性化性的情况。与上述不可能性结果相反，我们证明了写强线性化MWMR寄存器是可以从SWMR寄存器实现的。实现写强线性化，但是，比实现线性化更难：我们给出了一个简单的实现MWMR寄存器从SWMR寄存器，我们证明了这种实现是线性化的，但不写强线性化。最后，我们证明了任何线性实现的SWMR寄存器一定写强线性化，这适用于共享内存，消息传递，和混合系统。
2021-02-26 cs.DC cs.DS
The Life in 1-Consensus
本文介绍了一种确定性共享内存对象--原子写入和下一次读取（$\text{WRN}_{k}$），它对任何$k\ge3$都比读写寄存器强，但不能实现$2$ -处理器一致性。特别是，它驳斥了猜想声称，每个确定性对象的共识数$1$是计算等价于读写寄存器。
2017-09-27 cs.DC
Verifying Randomized Consensus Protocols with Common Coins
本文扩展概率阈值自动机（PTA）以验证带有公共硬币的随机化容错共识协议，通过引入公共硬币进程克服对称性破坏等技术挑战，并成功验证了8个协议的协议一致、有效性和几乎必然终止属性。
2024-09-26 cs.DC cs.FL
A Simple Object that Spans the Whole Consensus Hierarchy
本文提出了一个简单的推广的基本原子读/写寄存器对象，其泛型参数跨越整个整数集，是这样的，它的k-参数化的实例有正确的共识数k。这个对象的定义非常自然，它是一个大小为k的滑动窗口寄存器。它的兴趣在于它的简单性和通用性维度，它提供了一个捕获整个共识层次结构的全局视图。因此，这篇短文必须被看作是对Herlihy共识层次的一个简单的教学介绍。
2018-02-02 cs.DC
The Synchronization Power of Auditable Registers
本文研究可审计寄存器的同步能力，证明原子审计可解决共识，并给出不同读者/审计者数量下的实现，同时提出可用普通读写实现的常规审计定义。
2023-08-31 cs.DC
On the Optimal Space Complexity of Consensus for Anonymous Processes
共享内存中共识的最优空间复杂度是一个几十年前的开放问题。对于$n$过程的系统，没有已知的使用次线性数量的寄存器的算法。然而，由于Fich、Herlihy和Switt的最著名的下限需要$Ω(\sqrt{n})$寄存器。进程匿名（运行相同算法）的特殊对称情况也引起了人们的注意。即使在这种情况下，最佳的下限和上限仍然是$Ω(\sqrt{n})$和$O(n)$。此外，Fich，Herlihy，和Saught首先证明了他们的匿名过程的下界，然后将其推广到一般情况。因此，解决匿名案件可能是理解和解决一般问题的重要一步。在这项工作中，我们表明，在一个系统的匿名进程，任何共识算法满足非确定性独奏终止使用$Ω(n)$读写寄存器在某些执行。这意味着确定性无障碍和随机无等待共识的空间复杂度的$Ω(n)$下限，与上限匹配并关闭了开放问题的对称情况。
2015-08-17 cs.DC
A Simple and Efficient Asynchronous Randomized Binary Byzantine Consensus Algorithm
本文提出了一种简单有效的异步二进制拜占庭容错共识算法。在该算法中，非故障节点执行初始广播，然后执行一系列轮，每个轮由单个消息广播加上使用阈值签名的全局随机硬币的计算组成。每个消息都附有其有效性的加密证明。多达三分之一的节点可能是错误的，并且预期在恒定数量的轮中终止。描述了一种优化，其允许将轮消息加上硬币消息组合，从而将轮减少到单个消息延迟。在十个数据中心区域的重复数据上运行地理分布实验，显示平均延迟低至400毫秒。
2020-02-09 cs.DC
Randomized Optimal Consensus of Multi-agent Systems
在本文中，我们制定和解决多智能体系统的随机最优一致性问题的随机时变互连拓扑结构。所考虑的多智能体系统采用简单的随机化迭代规则，在求解目标函数$f_i$的最优解集只能由智能体$i$自身观测的优化问题$\min_{z\in \mathds{R}^d}\ \sum_{i=1}^n f_i(z),$的同时，达到了几乎必然的一致性.在每个时间步，简单地由伯努利试验确定，每个代理独立地和随机地选择在其邻居集合中取平均值，或者投影到其自己的优化组件的最优解集合上。研究了有向通信图和双向通信图。在适当的凸性和相交假设下，给出了保证最优一致性的连通性条件。利用凸分析进行了收敛性分析。通过一个数值例子比较了随机算法和确定性算法。结果表明，一组自主智能体可以达到一个最佳的意见，每个节点简单地使一个随机的权衡之间遵循其邻居或坚持自己的意见，在每个时间步。
2012-03-18 cs.CG cs.DC cs.MA
Variance Analysis of Randomized Consensus in Switching Directed Networks
本文研究了切换有向随机网络上分布式共识算法的渐近性质。更具体地说，我们专注于共识算法在独立和同分布，有向Erdos-Renyi随机图，每个代理可以与任何其他代理与一些外部指定的概率$p$。虽然它是众所周知的，共识算法在Erdos-Renyi随机网络的结果在网络上的渐近协议，渐近共识值的分布的分析表征仍然是一个悬而未决的问题。在本文中，我们提供的渐近随机共识值的均值和方差的封闭形式的表达式，在网络的大小和通信的概率$p$。我们还提供了数值模拟来说明我们的结果。
2009-10-20 cs.DC cs.MA cs.NI
Efficient and Modular Consensus-Free Reconfiguration for Fault-Tolerant Storage
仲裁系统是在出现故障时实现一致和可用存储的有用工具。这些系统通常包括一组静态服务器，其提供由一组客户端访问的容错读/写寄存器。我们考虑这些系统的动态变体，并提出FreeStore，一组容错协议，模拟在动态异步系统中的进程能够加入/离开服务器设置在执行过程中的寄存器。这些协议使用了一个新的抽象称为视图生成器，捕获协议的要求，重新配置，并可以在不同的系统模型实现不同的属性。特别有趣的是，我们提出了一个重新配置协议，是模块化的，高效的，无共识和松散耦合的读/写协议，提高整体系统的性能。
2016-07-18 cs.DC
RACS-SADL: Robust and Understandable Randomized Consensus in the Cloud
本文提出RACS随机共识协议，在对抗性云网络下比Raft吞吐量高九倍，同步下性能持平，优化版SADL-RACS吞吐量达500k命令/秒。
2025-05-27 cs.DC
Deterministic and Fast Randomized Test-and-Set in Optimal Space
test-and-set对象是共享内存系统的基本同步原语。一个test-and-set对象存储一个位，初始化为0，并支持一个操作test&set（），该操作将位的值设置为1并返回其先前的值。本文研究了在具有n个进程的标准异步共享内存模型中，实现测试和设置对象所需的原子寄存器数量。对于无障碍（Giakkoupis和Woelfel，2012）和无死锁（Styer和Peterson，1989）实现，最佳下限是log（n）-1。最近提出了一种使用O（sqrt（n））寄存器的确定性无障碍实现（Giakkoupis，Helmi，Higham和Woelfel，2013）。本文关闭了这些已知的上限和下限之间的差距，提出了一个确定性的无障碍实现的测试和设置对象从Theta（log n）寄存器的大小Theta（log n）位。我们还提供了一种技术来转换任何确定性的无障碍算法，其中，从任何配置，任何过程都可以完成，如果它运行了b个步骤没有干扰，到一个随机的无等待算法的不经意的对手，其中预期的步骤复杂度是多项式在n和b。这种转换允许我们将我们的无障碍算法与Giakkoupis和Woelfel（2012）的随机测试和设置算法相结合，以从Theta（log n）寄存器获得随机无等待的测试和设置算法，具有针对遗忘对手的预期步骤复杂度Theta（log* n）。
2016-08-22 cs.DC
Two More Algorithms for Randomized Signature-Free Asynchronous Binary Byzantine Consensus with $t < n/3$ and $O(n^2)$ Messages and $O(1)$ Round Expected Termination
这项工作描述了两个随机的，异步的，基于轮的，二进制拜占庭容错共识算法的基础上[25]和[26]的算法。像[25]和[26]的算法一样，它们不使用签名，每轮使用$O(n^2)$消息（其中每个消息由轮数和恒定数量的比特组成），容忍高达三分之一的失败，并且在恒定数量的轮中具有预期的终止。第一种，像[26]一样，使用弱共同硬币（即可以在不同过程中以恒定概率返回不同值的硬币）来确保终止。该算法由每轮的$5$到$7$消息广播组成。描述了一种优化，其针对第一轮之后的轮将其减少到每轮的$4$到$5$广播。相比之下，[26]由每轮的$8$到$12$消息广播组成。第二个算法，如[25]，使用一个完美的共同硬币（即在所有非故障进程中返回相同值的硬币）用于终止和正确性。与[25]不同，它不需要公平的调度器来确保终止。此外，该算法由第一轮的$2$到$3$消息广播和随后各轮的$1$到$2$广播组成，而[29]由每轮的$2$到$3$广播组成。
2020-02-20 cs.DC
Fast Deterministic Consensus in a Noisy Environment
众所周知，共识问题不能在异步环境中确定性地解决，但随机解决方案是可能的。我们提出了一个新的模型，称为嘈杂的调度，其中的对抗性的时间表随机扰动，并表明，在这个模型中，在环境中的随机性可以取代随机性的算法。特别是，我们表明，一个简化的，确定性版本的钱德拉的无等待共享内存共识算法（PODC，1996年，第103页）。166-175）在时间上最多以活跃进程的数量的对数来解决共识。终止的证据是基于显示，独立延迟更新过程之间的竞争产生一个赢家很快。此外，我们表明，该协议在恒定的时间内完成使用量子和基于优先级的调度单处理器，这表明它是强大的对模型的选择在很大范围内。
2002-07-17 cs.DC cs.DS
The LevelArray: A Fast, Practical Long-Lived Renaming Algorithm
长期存在的重命名问题出现在共享内存系统中，其中一组线程需要频繁地从计算中注册和注销，而并发操作扫描当前注册的线程集。这个问题的解决在事务内存、平面组合、线程屏障和无锁数据结构的内存回收方案的并发实现中出现。在本文中，我们分析了一个长寿命的重命名的随机解决方案。我们考虑的算法技术称为LevelArray，以前曾用于散列和一次性（一次性）重命名。我们的主要贡献是证明，在长寿命的执行，其中进程可以注册和注销多项式多次，该技术保证常数步骤平均和O（log log n）步骤的高概率注册，注销的单位成本，和O（n）步骤收集查询，其中n是一个上限的进程数，可能是活跃的在任何时间点。我们还表明，该算法具有令人惊讶的属性，它是自我修复：在合理的假设下的时间表，操作运行，而数据结构是在一个降级的状态隐含地帮助数据结构重新平衡本身。这种微妙的机制避免了昂贵的周期性重建过程的需要。我们的基准测试验证了这种方法，表明对于典型的使用参数，进程注册所需的平均步骤数小于2，最坏情况下的步骤数为6，即使在执行数十亿次操作时也是如此。我们将其与其他随机实现进行对比，我们证明其最坏情况下的行为是不可靠的，并且与确定性实现进行对比，其成本在n中是线性的。
2014-05-21 cs.DC cs.DS
The Power of Abstract MAC Layer: A Fault-tolerance Perspective
本文研究单跳异步网络中抽象MAC层模型的容错能力，提出无等待原子寄存器实现并证明k-集合共识不可能，同时设计四种常数存储复杂度的匿名共识算法，其中一种以O(n log n)期望广播终止。
2024-08-20 cs.DC
Blunting an Adversary Against Randomized Concurrent Programs with Linearizable Implementations
原子共享对象是设计复杂并发程序的一个强大的抽象，它的操作是即时发生的。由于它们并不总是可用的，它们通常被软件实现所取代。将这些实现与它们的原子规范联系起来的一个突出条件是可线性化性，它保留了使用它们的程序的安全属性。然而，线性化并不保留超属性，其中包括随机化程序的概率保证：对手可以大大放大坏结果的概率。这种不受欢迎的行为会妨碍模块化推理，而模块化推理正是使用可线性化对象实现所带来的主要好处。一个更严格的性质，强线性化，确实保持了超性质，但在许多情况下不可能实现。本文提出了一种新的方法来钝化对手的额外的权力，即使在强线性化是无法实现的情况下。我们表明，广泛的一类线性化的实现，包括众所周知的寄存器和快照，可以修改，以近似的概率保证随机程序时，使用原子对象。技术方法是通过重复仔细选择的方法的前缀若干次并且然后随机选择随后使用哪个重复来变换现有可线性化实现的每个方法的算法。我们证明了一个坏的结果的概率随着重复次数的减少，接近使用原子对象时达到的概率。我们的转换应用的实现类包括使用消息传递的共享寄存器的ABD实现和Afek等人使用单写入寄存器的原子快照实现。
2022-03-01 cs.DC
Paving the Way for Consensus: Convergence of Block Gossip Algorithms
Gossip协议是分布式计算中解决平均一致性问题的常用方法。我们证明了新的收敛保证各种这样的协议，包括路径，集团，和同步成对的八卦。这些都是通过利用这些协议和块随机Kaczmarz方法解决线性系之间的连接。此外，我们扩展现有的块随机Kaczmarz的收敛结果，允许更一般的选择块，秩亏系统，并提供更严格的收敛速度保证。我们进一步将这种分析应用于不一致的共识模型，并获得类似的保证。这些方法提供了一个广泛的实证分析各种合成网络。
2021-10-27 cs.DC cs.MA cs.SY
Fault-Tolerant Consensus with an Abstract MAC Layer
本文研究了无线系统中的容错分布式共识。更详细地说，我们产生了两个新的随机算法，解决了这个问题的抽象MAC层模型，它捕获了大多数无线MAC层提供的基本接口和通信保证。我们的算法适用于任何数量的故障，不需要预先了解网络参与者或网络大小，并保证在网络大小为多项式的广播数量后以高概率终止。我们的第一个算法满足标准协议属性，而我们的第二个交易更快的终止保证，以换取更宽松的协议属性，其中大多数节点同意相同的值。这些是第一个已知的容错共识算法，这个模型。除了我们的主要上限的结果，我们探索抽象的MAC层和标准的异步消息传递模型之间的差距，证明容错共识是不可能的，在后者的情况下，关于网络参与者的信息，即使我们假设没有故障，允许随机的解决方案，并提供算法的网络大小的常数因子近似。
2018-10-05 cs.DC
Time Complexity of Broadcast and Consensus for Randomized Oblivious Message Adversaries
本文提出随机化无感知消息敌手模型，研究随机动态网络下的广播与共识问题，证明二者可在O(k+log n)轮内高概率完成，突破了确定性模型的线性时间下界。
2024-08-20 cs.DC cs.NI cs.SI
The Space Complexity of Consensus from Swap
针对基于无历史对象的共识问题，本文首次给出了 $Ω(n)$ 的空间复杂度下界，证明了基于 swap 对象和可读 swap 对象的无障碍共识及 $k$-set agreement 算法所需的最小对象数，并提供了匹配的算法上界。
2023-08-02 cs.DC
Randomized Constraints Consensus for Distributed Robust Mixed-Integer Programming
在本文中，我们考虑一个网络的处理器，旨在合作解决混合整数凸规划的不确定性。每个节点只知道一个共同的费用函数和它的局部不确定约束集。我们提出了一个随机的，分布式算法工作在异步，不可靠和定向通信。该算法是基于本地计算和通信范式。在每个通信回合，节点执行两个更新：（i）验证，其中它们以随机方式检查候选最佳点的鲁棒可行性，以及（ii）优化步骤，其中它们与邻居交换其候选基础（定义解的最小约束集）并本地解决最优化问题。作为主要的结果，我们表明，处理器可以停止算法后，有限数量的通信轮（无论是因为验证已成功的足够数量的轮或因为一个给定的阈值已达到），使候选人最优解是一致的。共同的解决方案被证明是-具有高置信度-可行的，因此，除了具有任意小的概率测度的子集的不确定性的整个集合的最佳。我们使用两个例子：一个随机的，不确定的混合整数线性规划和无线传感器网络中的分布式定位所提出的分布式算法的有效性。分布式算法在多核平台上实现，其中节点异步通信。
2019-07-09 cs.DC cs.SY eess.SY
Strongly Linearizable Implementations of Snapshots and Other Types
线性化是共享内存算法正确性条件的黄金标准，历史上被认为是原子性的实际等价物。然而，[1]已经表明，用可线性化的实现替换原子对象会影响随机算法中执行结果的概率分布。因此，可线性化对象并不总是原子对象的合适替代品。一个更严格的正确性条件，称为强线性化已经被开发出来，并证明是适当的随机算法在一个强自适应对手模型[1]。我们从原子寄存器设计了几个新的无锁强线性化实现。特别是，我们给出了第一个强线性化的无锁快照实现，使用有界空间。这改进了Denysyuk和Woelfel [2]的无界空间解。作为一个构建块，我们的算法使用一个无锁的强线性化的ABA检测寄存器。我们通过修改Aghazadeh和Woelfel [3]的无等待可线性化的ABA检测寄存器来实现这个目标，正如我们所示，它不是强线性化的。Aspnes和Herlihy [4]确定了一个广泛的类类型，这些类型具有来自原子寄存器的无等待线性化实现。这些类型要求任何一对操作要么可交换，要么一个覆盖另一个。Aspnes和Herlihy给出了此类类型的一般无等待线性化实现，采用了无等待线性化快照对象。用我们的无锁强线性化对象替换快照对象，我们证明了这个类中的所有类型都有一个来自原子寄存器的无锁强线性化实现。
2019-08-28 cs.DC
Efficient Randomized LL/SC that Preserves History Independence
University of Calgary（卡尔加里大学）
本研究提出一种保留历史独立性的高效随机化LL/SC实现，空间复杂度优于同类确定性算法，可支持STOC 2025提出的QHI动态哈希算法在硬件上的高效实现。
2026-09-17 cs.DC cs.DS
Revisiting Randomized Gossip Algorithms: General Framework, Convergence Rates and Novel Block and Accelerated Protocols
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；KAUST（卡塔尔科技大学）；MIPT（莫斯科国立信息安全研究学院）
本文提出了一种新的随机广播算法分析和设计框架，用于解决平均共识问题。通过将经典随机迭代方法应用于特殊系统来解释网络结构，展示了其去中心化特性。该框架恢复了多种已知的广播算法作为特殊情况，并允许开发具有证明更快变体的方法。我们还提出了新的块和第一个可证明加速的随机广播协议，以及双随机广播算法。
2019-06-03 cs.DC cs.LG cs.MA
A New Perspective on Randomized Gossip Algorithms
在这篇短文中，我们提出了一种新的方法来设计和分析随机八卦算法，可用于解决平均共识问题。我们展示了如何随机块Kaczmarz（RBK）方法-一种解决线性系统的方法-作为八卦算法时，应用到一个特殊的系统编码的底层网络。著名的成对流言算法是一个特例。随后，我们揭示了一个隐藏的对偶随机八卦算法，与对偶迭代过程保持一组数字连接到边缘，而不是网络的节点。我们证明了RBK在块的大小上获得了超线性的加速比，并通过实验证明了这种效果。
2016-10-15 cs.DC cs.IT math.IT
Anonymous Obstruction-free $(n,k)$-Set Agreement with $n-k+1$ Atomic Read/Write Registers
$k$ -集合一致性问题是一致性问题的推广。即，假设每个过程提出一个值，每个非故障过程必须决定一个值，使得每个决定的值被提出，并且不超过$k$不同的值被决定。这是一个难题，因为在异步系统中，一旦$k$或多个进程崩溃，就无法解决这个问题。规避这种不可能性的一种方法是削弱其终止属性，要求进程只有在足够长的时间内单独执行时才终止（决定）。这就是著名的无障碍进展条件。考虑一个由$n$ { \it anonymous asynchronous}进程组成的系统，其中进程之间通过原子寄存器进行通信，并且其中任意数目的进程都可能崩溃，本文提出并解决了一个具有挑战性的公开问题：设计一个仅使用$(n-k+1)$原子寄存器的无障碍$k$ -集合协商算法.从共享内存成本的角度来看，该算法是迄今为止已知的最佳算法，从而建立了解决问题所需的寄存器数量的新上限（相对于先前的上限，其增益为$(n-k)$）。该算法，然后扩展到解决重复版本的$(n,k)$ -集协议。由于它是最佳的原子读/写寄存器的数量，该算法关闭了以前建立的下/上界的差距为匿名和非匿名版本的重复$(n,k)$ -集协议问题。最后，对于$1 \leq x\leq k \textless{} n$，还描述了适合于$x$的推广--无障碍，其仅需要$(n-k+x)$原子寄存器。
2015-07-02 cs.DC
Provably Accelerated Randomized Gossip Algorithms
The University of Edinburgh, UK（爱丁堡大学）；Facebook AI Research, Montreal（脸书人工智能研究）；KAUST, KSA（王国立科技大学）
本文提出了一种可证明加速的随机传话算法，用于解决平均一致性问题。该算法受到最近开发的加速随机Kaczmarz方法的启发，该方法是解决线性系统问题的流行方法。在每次传话迭代中，网络中的所有节点都会更新它们的值，但只有成对的节点交换私有信息。还展示了在流行无线传感器网络上的数值实验，展示了我们协议的优势。
2018-10-31 cs.DC cs.LG cs.MA
Average-Consensus Algorithms in a Deterministic Framework
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
针对有限规模多节点网络中的平均一致性问题，提出四种分布式算法，给出实现平均一致性的充要通信条件，并分析资源成本。
2011-06-15 cs.DC cs.SY eess.SY
An Analysis of Avalanche Consensus
本文分析了支撑Avalanche区块链的Snow共识协议的延迟与安全性，揭示了原有协议中两者权衡不利的设计问题，并提出了一种使权衡更有利的改进方案。
2024-01-05 cs.DC
Experimental Evaluation of Asynchronous Binary Byzantine Consensus Algorithms with $t < n/3$ and $O(n^2)$ Messages and $O(1)$ Round Expected Termination
这项工作在各种配置中对四个异步二进制拜占庭共识算法[11，16，18]进行了实验评估。除了是异步的，这些算法在轮中运行，容忍多达三分之一的故障节点，使用$O(n^2)$消息，并使用随机化的共同硬币在预期的恒定轮数中终止。四种算法中的每一种都对随机硬币有不同的要求，每轮所需的消息数量，是否需要加密签名，以及其他细节。测试了两种不同的非交互式阈值共同硬币实现，一种使用阈值签名，另一种基于使用有效性证明的E-H问题[11]。实验运行在单个数据中心和地理分布的配置与$4$和$48$节点之间。测试各种简单的错误行为。由于没有算法在所有实验条件下都表现最好，因此引入了两种新算法，它们简单地将现有算法的属性与在大多数实验设置中具有良好性能的目标相结合。
2020-04-23 cs.DC
A Privacy Preserving Randomized Gossip Algorithm via Controlled Noise Insertion
King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；Google（谷歌公司）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
本文提出一种通过受控噪声插入的随机Gossip算法，在解决平均一致性问题的同时保护节点初始私有值，并给出了迭代复杂度界限及广泛的数值实验验证。
2019-01-27 cs.DC cs.LG cs.MA
DBFT: Efficient Byzantine Consensus with a Weak Coordinator and its Application to Consortium Blockchains
本文介绍了一种确定性的拜占庭共识算法，依赖于一个新的弱协调。相对于以前的算法，不能终止在一个有故障或缓慢的协调人的存在，我们的算法可以终止，即使它的协调人是错误的，因此名称弱协调人。其关键思想是允许进程在收到阈值消息后立即完成异步轮，而不必等待来自协调器的消息，因为这可能会很慢。由此产生的算法假设部分同步，是弹性最优，时间最优，不需要签名。我们的演讲是说教式的：本文首先提出了一个简单的安全的二进制拜占庭共识算法，并对其进行了修改以确保终止，最后提出了一个从多值共识到二进制共识的优化约简，该约简可以在4个消息延迟内终止。为了评估我们的算法，我们将其部署在分布在不同大陆的5个中心的100台机器上，并将其性能与来自Mostefaoui，Moulets和Raynal [PODC14]的随机解决方案进行了比较，该解决方案在O（1）回合中终止。我们的算法总是优于后者，即使在拜占庭行为的存在。我们的算法在大多数地理分布的实验中具有亚秒级的平均延迟，即使受到精心设计的拜占庭进程联盟的攻击也是如此。
2018-07-25 cs.CR cs.DC
Byzantine Consensus in Abstract MAC Layer
本文首次在抽象MAC层异步单跳网络模型中研究拜占庭故障共识，提出仅需知晓故障数上界$f$、无需节点总数$n$的近似与随机二元共识算法，通过隐式法定人数集解决技术挑战，证明$f$为必要知识，算法所需信息最少。
2023-11-06 cs.DC
Breaking the $\tildeΩ(\sqrt{n})$ Barrier: Fast Consensus under a Late Adversary
我们研究的共识问题，在一个同步的分布式系统的$n$节点下的自适应对手，有一个稍微过时的系统的看法，可以阻止所有传入和传出的通信的一个恒定的分数的节点在每一轮。Ben-Or和Bar-Joseph（1998）的结果表明，任何对线性数量的崩溃故障具有弹性的共识算法都需要在$n$节点网络中对自适应对手进行$\tilde Ω(\sqrt{n})$轮次，受此启发，我们考虑一个后期自适应对手，他在前一轮开始时完全了解网络状态，并且具有无限的计算能力，但是不注意节点的当前状态。我们的主要贡献是随机分布式算法，实现几乎无处不在的共识w. h. p.对后期的自适应对手谁可以阻止$εn$节点在每一轮，一个小常数$ε>0$。我们的第一个协议实现了二元和多元共识，第二个协议实现了多值共识。我们的两个算法都成功地在$O(\log n)$轮具有很高的概率，从而显示出指数差距，上述下界强自适应崩溃失败的对手，这可以加强$Ω(n)$时，允许对手阻止节点，而不是永久崩溃。在我们的算法中，每个节点在每个通信回合中只接触（摊销）恒定数量的对等体。我们表明，我们的算法是最佳的常数（分别。次对数）因子，通过证明每个几乎处处一致性协议在最坏情况下进行$Ω(\log_d n)$轮，其中$d$是每轮中每个节点发起的通信请求数量的上限。我们补充我们的理论结果与实验评估的第一个协议，揭示了短的收敛时间。
2018-05-02 cs.DC
Tight Analysis for the 3-Majority Consensus Dynamics
我们对稳定共识的充分研究的随机3多数动态进行了严格分析，从而回答了Becchetti等人的主要开放问题。[SODA'16]。考虑n个节点的分布式系统，每个节点最初持有{1，2，.，k}。系统应该收敛到所有（未损坏的）节点都持有相同意见的设置。这个一致意见应该是\emph{valid}，这意味着它应该在最初支持的意见中，并且即使在存在恶意对手的情况下也应该发生（快速）收敛，恶意对手可以在每轮中破坏有限数量的节点，特别是修改它们的意见。针对这个问题的一个研究得很好的分布式算法是3-majority dynamics，它的工作原理如下：每一轮，每个节点收集三个意见-比如说通过随机抽取自己的和其他两个节点-然后它将自己的意见设置为等于这个集合的大多数;关系被任意打破，例如，节点自己的观点。Becchetti等人[SODA'16]表明，即使在有限对手存在的情况下，3-多数动态在O（（k^2 \sqrt{\log n} + k \log n）（k+ \log n））轮中收敛到共识。我们证明，即使有一个更强的对手，收敛发生在O（k \log n）轮。这个界限是最优的。
2017-05-16 cs.DC cs.DM
Privacy-preserving Incremental ADMM for Decentralized Consensus Optimization
乘法器的交替方向法（ADMM）最近被认为是大规模机器学习模型的有前途的优化器。然而，有很少的结果研究ADMM从通信成本方面，特别是结合隐私保护，这是分布式学习的关键。通过求解分散网络上的一致性最优化问题，研究了ADMM的通信效率和隐私保护。由于步行算法可以减少通信负载，我们首先提出了增量ADMM（I-ADMM）的基础上的步行算法，其更新顺序遵循一个哈密顿圈。然而，I-ADMM不能保证隐私的代理对外部窃听者，即使随机初始化应用。为了保护代理的隐私，我们提出了两个隐私保护的增量ADMM算法，即，PI-ADMM 1和PI-ADMM 2，其中分别采用对步长和原始变量的扰动。通过理论分析，证明了PI-ADMM 1算法的收敛性和隐私保护性，并通过数值实验进一步验证了算法的有效性。此外，仿真结果表明，提出的PI-ADMM 1和PI-ADMM 2算法是通信效率与国家的最先进的方法相比。
2020-03-24 cs.DC math.OC
Efficient Randomized Test-And-Set Implementations
我们研究随机测试和设置（TAS）的实现从寄存器中的异步共享内存模型与n个进程。我们介绍了组选举的问题，领导选举的自然变种，并提出了一个框架，从组选举对象的TAS对象的实现。然后，我们提出了两个组选举算法，每个产生一个有效的TAS实现。第一种实现在位置不经意攻击者模型中具有预期的最大步长复杂度$O(\log^\ast k)$，第二种实现具有针对任何读/写不经意攻击者的预期的最大步长复杂度$O(\log\log k)$，其中$k\leq n$是竞争。这些算法改进了Alistarh和Aspnes [2]提出的$O(\log\log n)$期望最大步复杂度的上界。我们还针对强自适应对手提出了对Alistarh，Attiya，Gilbert，Giurgiu和Guerraoui [5]的TAS算法的修改，将其空间复杂度从超线性提高到线性，同时保持其$O(\log n)$预期的最大步长复杂度。然后，我们描述了如何将该算法与任何随机TAS算法相结合，预期最大步的复杂性$T(n)$在一个较弱的对手模型，使所得到的算法有$O(\log n)$预期最大步的复杂性对任何强的自适应对手和$O(T(n))$在较弱的对手模型。最后，证明了对于任意随机2进程TAS算法，存在一个由不经意对手确定的调度，使得至少有$(1/4)^t$一个进程至少需要t步才能完成其TAS操作.这补充了Attiya和Censor-Hill…
2019-02-11 cs.DC
Fault-Tolerant Computing with Unreliable Channels (Extended Version)
研究在进程崩溃和信道故障的消息传递系统中实现容错原语的条件，提出一种对连接性要求最优且适应不稳定信道消息丢失的部分同步共识算法。
2023-11-28 cs.DC
Loosely-self-stabilizing Byzantine-tolerant Binary Consensus for Signature-free Message-passing Systems
在PODC 2014上，A. Mostéfaoui，H. Moumen和M. Raynal提出了一种新的、简单的随机无签名的二进制共识算法（这里记为MMR），该算法可以处理复杂的拜占庭行为的净效应。假设消息调度是公平的并且与随机数无关，MMR在以下几个方面是最优的：它处理多达t个拜占庭进程，其中t < n/3，n是进程数，O（n\^2）消息和O（1）期望时间。本文提出了一个非平凡的MMR扩展到一个更容易出现故障的情况下，即，除了拜占庭进程，它还认为系统可以经历短暂的故障。为此，它认为自稳定技术，以应付通信故障和任意瞬态故障（这种故障表示任何违反的假设，根据该系统的设计操作）。该算法是第一个松散的自稳定拜占庭容错二进制共识算法适用于异步消息传递系统。这是通过将MMR转换为自稳定解决方案来实现的，该解决方案可以以概率Pr= O（1/（2 M））违反安全要求，其中M是预定义的常数，可以以3 M n + log M位的本地存储器为代价将其设置为任何正整数。除了使MMR对瞬时故障具有弹性之外，所获得的自稳定算法还保持了其最佳弹性和终止的特性（即，时间复杂度为O（1）。此外，它只需要有限的内存。
2023-01-21 cs.DC
Gossip Algorithms for Convex Consensus Optimization over Networks
University of Oklahoma（奥克拉荷马大学）；Stanford University（斯坦福大学）
针对网络上无约束可分离凸共识优化问题，提出两种非梯度八卦算法（PE和PB），具有易于实现、避免次梯度算法局限、存在公共Lyapunov函数且渐近收敛等优点。
2011-02-10 cs.DC cs.SY eess.SY
Why Canonical Rounds Fail for Optimal Byzantine Resilience
Technion（以色列理工学院）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
本文指出标准异步轮次抽象与拜占庭环境下的最优容错相冲突，证明在3f < n ≤ 5f时，随机化标准轮次算法无法实现有限期望轮次的共识，且通信封闭变体无法解决共识问题。
2026-05-09 cs.DC
Nearly-Optimal Consensus Tolerating Adaptive Omissions: Why is a Lot of Randomness Needed?
针对同步分布式系统中的自适应遗漏故障，我们提出了一个在轮数和通信量上近乎最优的随机共识算法，并证明了减少轮数所需随机性的下界，严格区分了计算能力受限与无限对手的界限。
2024-05-24 cs.CR cs.DC cs.DS
Deterministic and Randomized Diffusion based Iterative Generalized Hard Thresholding (DiFIGHT) for Distributed Sparse Signal Recovery
Indian Institute of Technology, Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）
本文提出了一种基于扩散机制的分布式迭代硬阈值算法DiFIGHT，并提出了一种复杂度较低的修改算法MoDiFIGHT。通过四种不同的策略随机选择节点以减少通信次数，同时提供了理论估计和算法分析，证明了其在稀疏信号恢复中的优越性能。
2020-08-14 cs.DC cs.IT cs.NA
Randomization and quantization for average consensus
École polytechnique（巴黎综合理工学院）
本文提出一种随机算法用于计算具有有向时变通信拓扑的网络中的平均值，通过利用指数随机变量的性质，实现线性时间收敛，并通过量化规则和终止测试提升效率。
2018-04-29 cs.DC cs.SY eess.SY
A Coordinate Descent Primal-Dual Algorithm and Application to Distributed Asynchronous Optimization
本文提出一种基于随机坐标下降的对偶优化算法，用于解决分布式异步优化问题，通过随机更新坐标实现共识。
2015-09-30 cs.DC cs.NA cs.SY
