Modeling Coordinated vs. P2P Mining: An Analysis of Inefficiency and Inequality in Proof-of-Work Blockchains
我们研究了具有非零延迟的工作量证明区块链的效率，特别关注单个矿工的效率（不平等）。之前的工作将矿工效率的差异主要归因于攻击，但我们追求一个不同的问题：即使所有矿工都是诚实的，矿工效率的不平等是否可以用延迟来解释？传统上，这种与效率相关的问题只在整个系统的层面上解决，并且在矿工直接相互连接的点对点（P2P）环境中解决。尽管今天矿工通常将计算能力集中在由集中式协调器管理的矿池中，但这种协调设置的效率几乎没有被研究过。在本文中，我们提出了一个简单的工作量证明区块链模型，该模型同时适用于P2P和协调设置。我们推导出一个封闭形式的表达的效率在协调设置与任意数量的矿工和任意的lavelet，无论是对整个系统和每个单独的矿工。我们利用这一结果表明，不平等是由延迟的变化引起的，但是如果所有矿工与协调员的距离相等，那么无论他们的计算能力如何，他们都具有相同的效率。然后，我们证明，在自然的一致性条件下，在P2P设置的整体系统效率高于在协调设置。最后，我们进行了一个基于模拟的研究，以证明即使在P2P环境中，矿工之间的延迟也会引入不平等，并且延迟和计算能力之间存在更复杂的相互作用。
2021-06-05 cs.CR
Game-theoric approach to decision-making problem for blockchain mining
对于区块链网络中的矿工来说，这是一个重要的决策问题，如果他/她参与挖矿，那么他/她就可以通过比其他矿工更早地创建新区块来获得奖励。我们制定这个决策问题作为一个非合作的游戏，因为创建一个块的概率不仅取决于自己的可用计算资源，但也有其他矿工。通过理论和数值分析，我们发现了纳什均衡依赖于报酬的滞后现象和矿工决策随报酬的微小变化而发生的跳跃现象。我们还表明，矿工决定不参与挖矿的奖励随着矿工数量的增加而变小。
2020-12-12 cs.CR cs.GT
Blockchain Mining Games with Pay Forward
我们研究了为参与比特币协议的矿工增加一个额外选项所产生的战略影响。我们建议，在添加区块时，矿工也有能力向前支付第一个成功扩展分支的矿工所收取的金额，使他们有能力影响采矿的激励措施。我们制定了一个随机游戏的研究，这种激励措施，并表明，有了这个额外的选项，较小的矿工可以保证，即使是更强大的矿工的最佳反应是遵循预期的行为预期的协议设计者。
2019-05-17 cs.CR cs.GT
Decentralized Cross-Blockchain Asset Transfers
今天，存在几种跨区块链资产转移的解决方案。然而，这些解决方案要么是针对特定资产量身定制的，要么忽视了防止资产在运输过程中丢失的最终性保证。在本文中，我们提出了一个跨区块链的资产转移协议，该协议支持任意资产，并符合最终性要求。在区块链之间自由转移资产的能力可以增加交易吞吐量，并通过允许开发人员设计利用多个区块链的容量和功能的数字资产，为开发人员提供更大的灵活性。
2021-10-10 cs.CR cs.DC
Towards Secure Blockchain-enabled Internet of Vehicles: Optimizing Consensus Management Using Reputation and Contract Theory
在车联网（IoV）中，车辆之间的数据共享对于提高驾驶安全性和增强车辆服务至关重要。为了保证数据共享的安全性和可追溯性，采用高效的委托权益证明共识方案作为硬安全解决方案，建立基于区块链的物联网（BIoV）。然而，由于矿工是通过基于投票的投票从矿工候选人中选出的，因此很难防范候选人和受损的高风险车辆之间的投票勾结，这给BIoV带来了严重的安全挑战。为了应对这些挑战，我们提出了一个软安全增强解决方案，包括两个阶段：（i）矿工选择和（ii）块验证。在第一阶段，提出了一种基于信誉的区块链投票方案，以确保安全的矿工选择。该方案通过使用历史交互和其他车辆的推荐意见来评估候选人的声誉。具有高声誉的候选人被选为活跃矿工和备用矿工。在第二阶段，为了防止活跃矿工之间的内部勾结，新生成的区块由备用矿工进一步验证和审计。为了激励备用矿工参与区块验证，我们利用合约理论建立了活跃矿工和备用矿工之间的交互关系，并考虑了区块验证的安全性和延迟。基于真实数据集的数值结果表明，该方案对于BIoV中的数据共享是安全有效的.
2018-09-22 cs.CR cs.GT
Manifoldchain: Maximizing Blockchain Throughput via Bandwidth-Clustered Sharding
针对工作量证明区块链带宽瓶颈问题，提出带宽聚类分片协议Manifoldchain，通过将相似带宽矿工分组并引入共享挖矿与异步原子提交机制，在保障安全性的同时实现吞吐量186%的提升。
2024-07-23 cs.CR
Towards Blockchain-enabled Open Architectures for Scalable Digital Asset Platforms
如今，人们对部署区块链和分散式账本技术非常感兴趣，以此作为解决当前金融和数字资产基础设施缺陷的一种手段。许多数字资产和加密货币项目的关注点都集中在区块链系统和智能合约上。许多项目都试图将区块链作为新的去中心化金融世界的核心。然而，这种以区块链为中心的主流观点目前面临着一些障碍和挑战。在本文中，我们认为去中心化经济的正确观点应该是以资产为中心，目标应该是在现实世界中对资产进行一致的生命周期管理，并在区块链上进行数字表示。我们引入了数字孪生的概念，以捕捉现实世界的资产及其链上表示之间的关系。利用数字孪生容器来允许链下状态持久性和链上状态可追溯性，其中容器可以部署在区块链上以及传统的应用服务器上。数字孪生容器成为传统基础设施和新兴区块链基础设施之间的桥梁，允许传统系统与区块链系统一致地互操作。我们相信这种以资产为中心的观点是区块链和分散式分类账技术新兴领域的正确发展方向。
2021-10-24 cs.CR
Measuring Miner Decentralization in Proof-of-Work Blockchains
工作量证明加密货币始于一个更加平等的未来，一个没有强大实体负责的去中心化货币体系。虽然这一愿景远未实现，但这些加密货币仍被吹捧为比传统的中心化系统更加分散。虽然人们很清楚加密货币是中心化的，但仍不清楚其根本原因是什么。这项工作旨在解决这一差距，并研究采矿集中化背后的一些力量。加密货币挖矿的内部结构非常不透明，很难研究，因为传统上需要与矿工建立关系，而矿工通常不愿意分享有关其竞争优势的内部信息。这项工作采取了不同的方法，将大规模统计技术与公开可用的区块链数据相结合，以回答以前难以解决的问题。我们的分析技术的关键是基于一个简单的观察，即一些矿工可以更有效地利用他们的哈希能力，因为他们在网络中的位置。通过梳理这种效应，我们消除了挖掘功率分布的偏差，以获得更准确的估计。使用这种去偏的挖掘功率分布，我们可以回答有关每个加密货币网络中矿工的网络位置的问题。最后，在这项研究的过程中，我们观察到一些不寻常的采矿行为，我们强调。
2022-03-30 cs.CR
Bribes to Miners: Evidence from Ethereum
在区块链中，贿赂是一个不可避免的问题，因为具有各种目标的用户可以通过转移加密资产来贿赂矿工。为了减轻这种勾结的负面影响，以太坊区块链在伦敦分叉中实施了新的交易费用机制，该机制于2021年8月5日部署。在本文中，我们首先通过扫描以太坊交易来过滤潜在的贿赂，潜在的贿赂者和贿赂者集中在一个小团体中。然后，我们构建了贿赂代理来衡量贿赂的活跃程度，并考察了贿赂的效果。因此，贿赂可以影响以太坊和其他主流区块链，包括底层加密货币、交易统计和网络采用。此外，伦敦分叉对贿赂与区块链因素之间的关系表现出复杂的影响。此外，以太坊的贿赂与股票市场有关，例如，标准普尔500指数和纳斯达克指数，这意味着区块链和传统金融之间的内在联系。
2022-06-06 cs.CR q-fin.CP
Using Economic Risk to Model Miner Hash Rate Allocation in Cryptocurrencies
应用于工作量证明（PoW）区块链的矿工哈希率的突然变化可能会对用户体验和安全性产生不利影响。由于不同的PoW区块链通常共享哈希算法，因此矿工在决定如何在链之间分配其哈希能力时面临着复杂的选择。我们提出了一个经济模型，利用现代投资组合理论预测矿工的分配随着时间的推移，使用价格数据和推断的风险承受能力。该模型匹配了比特币（BTC）和比特币现金（BCH）区块链上活跃的前五名矿工中的四名的实际分配，平均绝对误差在20%以内。这四家矿商的总体分配模型显示，其规模与实际总量非常吻合，相关系数为0.649。总分配模型的准确性也足以解释BCH块间时间（IBT）的重大历史变化。由于矿工风险的估计不依赖于时间，而我们的模型是价格驱动的，因此我们能够使用它来预测主要价格冲击对BCH区块链中哈希分配和IBT的影响。使用蒙特卡罗模拟，我们表明，尽管缓解了新的难度调整算法，价格下降50%可以增加IBT的50%，至少一天，峰值延迟100%。
2018-06-19 cs.CR
Better Incentives for Proof-of-Work
这项工作提出了一种新的工作量证明区块链激励方案，这样，除了外部动机，遵循协议保证是矿工的最佳策略。我们的区块链采用有向无环图的形式，从而提高了吞吐量和速度。更重要的是，为了让我们的区块链发挥作用，我们不希望矿工为了系统的可操作性而遵守某种预设的协议。相反，如果矿工自私地行事，试图获得最大可能的回报，而不考虑区块链的整体健康状况，我们的系统就可以工作。
2022-06-21 cs.CR
Quantum Blockchain Miners Provide Massive Energy Savings
本文研究将加密货币挖矿从ASIC矿工转向量子及NISQ矿工的能源收益，保守估计可节约约126.7太瓦时，相当于瑞典2020年总能耗。
2023-06-06 cs.CR cs.CY cs.NI
Attract More Miners to Join in Blochchain Construction for Internet of Things
改变世界的区块链技术提供了一种新的方法来建立一个安全，可信和分散的系统，以解决工业物联网（IIoT）应用中的安全和个人隐私问题。区块链中的挖矿过程需要矿工解决工作量证明难题，这需要很高的计算能力。然而，由于功率和计算资源的限制，轻量级IIoT设备无法直接参与挖掘过程。边缘计算服务使IIoT应用程序可以构建区块链网络，其中IIoT设备从边缘服务器购买计算资源，从而可以卸载其计算任务。IIoT设备购买的计算资源量取决于它们在挖矿过程中能获得多少利润，并将直接影响区块链网络的安全性。在本文中，我们研究了区块链平台的激励机制，以吸引IIoT设备从边缘服务器购买更多的计算能力来参与挖掘过程，从而构建更安全的区块链网络。我们将区块链平台与IIoT设备之间的交互建模为两阶段Stackelberg游戏，其中区块链平台充当领导者，IIoT设备充当追随者。我们分析了Stackelberg平衡点的存在性和唯一性，并提出了一个有效的算法来计算Stackelberg平衡点。此外，我们通过大量的模拟评估我们的算法的性能，并分析在不同情况下的区块链平台和IIoT设备的策略。
2020-04-02 cs.CR
SklCoin: Toward a Scalable Proof-of-Stake and Collective Signature Based Consensus Protocol for Strong Consistency in Blockchain
工作量证明共识协议有两个主要的局限性：浪费能量和只提供关于区块链状态的概率保证。介绍了一种新的拜占庭共识协议SklCoin及其软件架构。该协议利用了两个想法：1）权益证明概念，以动态形成代表块矿工（利益相关者）的权益比例共识组，以及2）可扩展的集体签名，以有效地不可逆地提交交易。SklCoin具有即时终结的特性，所有矿工立即同意区块的有效性。此外，SklCoin由于其快速的矿工选举机制，支持高交易率
2020-08-15 cs.CR
A Difficulty in Controlling Blockchain Mining Costs via Cryptopuzzle Difficulty
区块链系统通常使用工作量证明共识协议来验证并将交易添加到哈希链中。这些协议刺激矿工之间在解决加密货币问题（例如比特币中的SHA-256哈希计算）方面的竞争，以换取金钱奖励。在这里，我们将挖掘建模为全付费拍卖，其中矿工的计算工作被解释为出价，分配函数是在单次尝试中以单位（归一化）计算能力解决密码谜题的概率。这样的分配函数捕捉了区块链系统如何控制加密游戏的难度，作为矿工计算能力（出价）的函数。在试图降低采矿成本，我们研究设计一个采矿拍卖机制，诱导矿工之间的logit均衡与选择分布，是单方面降低成本，在每个矿工。我们表明，这是不可能设计一个宽松的分配功能，这样做。具体来说，我们表明，不存在分配功能，不鼓励矿工出价更高的成本在logit均衡，如果相对于每个矿工的成本的难度变化率是有界的所有矿工的成本之和的倒数。
2020-05-12 cs.CR cs.GT cs.MA
Blockchain Mining Games
我们研究了参与比特币协议的矿工的战略考虑。我们制定和研究的随机博弈，这些战略考虑的基础。矿工们共同构建一棵区块树，当他们创建一个节点（开采一个区块）时，他们会得到报酬，这个节点将最终出现在所有人都采用的树的路径上。由于矿工可以隐藏新开采的节点，他们玩的是一个信息不完整的游戏。在这里，我们考虑这个博弈的两种简化形式，其中矿工拥有完整的信息。在最简单的游戏中，矿工会立即释放每一个被开采的区块，但对开采哪些区块是有策略的。在第二个更复杂的游戏中，当一个区块被开采出来时，它会立即被宣布，但它可能不会被释放，这样其他矿工就不能继续开采它。矿工不仅决定开采哪些区块，而且还决定何时向其他矿工释放区块。在这两个游戏中，我们都表明，当每个矿工的计算能力相对较小时，他们的最佳反应与比特币设计者的预期行为相匹配。然而，当矿工的计算能力很大时，他会偏离预期的行为，并出现其他纳什均衡。
2016-07-08 cs.CR cs.GT
Selfish & Opaque Transaction Ordering in the Bitcoin Blockchain: The Case for Chain Neutrality
大多数公共区块链协议，包括流行的比特币和以太坊区块链，都没有正式规定矿工从待处理（或未提交）交易池中选择交易的顺序。然而，多年来，通过矿工使用共享软件，出现了交易排序的非正式约定或“规范”，例如，Bitcoin Core中的GetBlockTemplate（GBT）挖矿协议。今天，一个广泛持有的观点是，比特币矿工根据他们提供的“每字节交易费”来优先处理交易。“因此，鼓励比特币用户增加费用，以加速他们的交易承诺，特别是在拥堵期间。在本文中，我们对比特币区块链进行了审计，并提出了统计学上显著的证据，证明矿池偏离了规范，以加速交易的承诺，这些交易具有（i）自私或既得利益，或（ii）通过不透明（非公开）的侧渠道收到暗费支付。随着区块链越来越多地被用作各种去中心化（金融技术）系统的记录保存基底，我们的研究结果呼吁立即讨论如何定义矿工在链中订购交易时必须遵守的中立性规范。最后，我们公开我们的数据集和脚本。
2021-10-22 cs.CR
SuSy: a blockchain-agnostic cross-chain asset transfer gateway protocol based on Gravity
本文档是对Gravity上第二层协议的潜在实现之一的专门技术描述，Gravity是一种区块链/令牌不可知的去中心化Oracle协议。SuSy协议规定了在支持智能合约的区块链网络中实现数字资产（代币）的跨链转移，主要关注具有不同架构，共识和密码学的流行区块链。SuSy完全围绕转移的技术实现，没有为跨链转移提供商带来任何激励模型。此外，我们描述了最流行的链间通信解决方案，如Polkadot，Cosmos Hub，Rainbow和RenVM，作为本文提出的新解决方案的背景。
2020-09-01 cs.CR
Cloud/fog computing resource management and pricing for blockchain networks
区块链中的挖掘过程需要解决工作量证明难题，由于需要高计算能力和能源，在移动设备中实现这一难题需要耗费大量资源。在本文中，我们首次将边缘计算视为移动区块链的推动者。特别是，我们研究了边缘计算资源管理和定价，以支持移动区块链应用程序，其中矿工的挖掘过程可以卸载到边缘计算服务提供商。我们制定了一个两阶段的Stackelberg游戏，以共同最大化边缘计算服务提供商的利润和矿工的个人效用。在第一阶段，服务提供商设定边缘计算节点的价格。在第二阶段，矿工根据观察到的价格决定购买的服务需求。我们应用逆向归纳法分析了统一定价方案和歧视性定价方案在每个阶段的子博弈完美均衡。在统一定价的情况下，通过确定矿工的最佳反应策略，证明了Stackelberg均衡的存在性和唯一性.对于不同矿商采用不同价格的歧视性定价，利用变分不等式理论证明了Stackelberg均衡的存在性和唯一性。此外，真实的实验结果被用来证明我们提出的模型。
2018-11-19 cs.CR cs.GT
MAD-DAG: Protecting Blockchain Consensus from MEV
MAD-DAG通过新颖的账本功能和可处理的模型，有效对抗自私挖矿，其安全阈值在不利条件下优于现有方案。
2025-11-26 cs.CR cs.DC
BDoS: Blockchain Denial of Service
像比特币这样的工作量证明（PoW）加密货币区块链可以保护大量资金。他们的运营商，称为矿工，花费资源来生成区块，并为他们的努力获得金钱奖励。原则上，区块链是拒绝服务（DoS）攻击的有吸引力的目标：硬币之间存在激烈的竞争，以及卖空的潜在收益。然而，传统的DoS攻击通常针对几个服务器，并且不能扩展到具有许多节点的系统。迄今为止，还没有针对主要加密货币的成功DoS攻击。我们提出了区块链DoS（BDoS），这是第一个针对PoW加密货币的基于激励的DoS攻击。与经典的拒绝服务不同，BDoS针对的是系统的机制设计：它利用奖励机制来阻止矿工参与。以前针对PoW区块链的DoS攻击需要对手的挖矿能力与所有其他矿工的挖矿能力相匹配。相比之下，BDoS可能会导致区块链以更少的资源陷入停顿，例如，根据我们的实证研究，截至2020年3月，比特币的比例为21%。我们发现，随着采矿业的成熟和盈利能力的下降，比特币对BDoS的脆弱性迅速增加。BDoS与自私挖矿等已知攻击的不同之处在于，它的目的不是增加对手的收入，而是破坏系统。虽然它与这些攻击在算法上有一些相似之处，但它引入了一种新的对抗模型、目标、算法和博弈论分析。除了对运营区块链的直接影响外，BDoS还引入了一个新颖的想法，即对手可以通过证明区块的存在来操纵矿工的动机，而无需实际发布它们。
2020-11-04 cs.CR
Towards Global Asset Management in Blockchain Systems
无许可区块链（例如，比特币，以太坊等）在实施全球规模的点对点加密货币系统方面取得了广泛的成功。在这样的区块链中，新的货币单位是通过挖矿过程产生的，除了交易费之外，还用来激励矿工维护区块链。虽然很清楚货币单位是如何生成和交易的，但不清楚如何使用非许可区块链的基础设施来管理区块链货币单位以外的其他资产（例如，汽车、房屋等）。在本文中，我们通过统一许可和非许可区块链提出了一个全球资产管理系统。政府许可的区块链通过在无许可区块链上部署智能合约来验证最终用户资产的注册。之后，最终用户可以通过智能合约函数调用（例如，出售汽车、在房子里租一个房间等）。作为回报，最终用户通过原子跨链交易以相同区块链或其他区块链的货币单位获得报酬，政府机构则以加密货币单位对这些交易征税。
2019-05-22 cs.CR cs.DB cs.DC
A technique to avoid Blockchain Denial of Service (BDoS) and Selfish Mining Attack
本文针对区块链面临的两大关键攻击——BDoS 与自私挖矿，提出一种无需大幅改动现有基础设施即可有效防御这两种攻击的技术方案。
2023-04-29 cs.CR
Deep-Dive Analysis of Selfish and Stubborn Mining in Bitcoin and Ethereum
比特币和以太坊是两大基于区块链的加密货币，无论是从加密货币市值还是受欢迎程度来看。然而，由于它们都采用了工作量证明的共识机制，容易受到自私挖掘和顽固挖掘的影响。在本文中，我们开发了一个新的马尔可夫模型，可以研究比特币和以太坊中的自私挖掘和七种顽固挖掘。这些公式被用来计算几个关键指标，包括矿工的相对收入，区块链在陈旧区块比率和每秒交易方面的性能，以及区块链在抵抗双重支出攻击方面的安全性。通过数值分析研究了恶意矿工的相对收益最优挖掘策略与比特币和以太坊两种矿工特征之间的定量关系。定量分析结果可以帮助诚实矿工检测系统中是否存在恶意矿工，并设置挖掘节点的哈希能力阈值，以防止恶意矿工通过自私和顽固的挖掘获利。
2021-12-05 cs.CR
Dissecting Bitcoin and Ethereum Transactions: On the Lack of Transaction Contention and Prioritization Transparency in Blockchains
本文剖析了比特币和以太坊中交易竞争与优先级透明度的缺失，揭示了私有中继网络等私下交易方式的普遍性及其对矿工串谋和超额收费的助长作用，强调了该问题对交易发起者和区块链稳定性的重大影响。
2023-05-24 cs.CR
Efficient MDP Analysis for Selfish-Mining in Blockchains
工作量证明（PoW）区块链协议根据其参与者（称为矿工）在总计算能力中的份额向其分配奖励。足够大的矿工可以执行自私的挖掘-偏离协议以获得超过其公平份额的收益。因此，如果所有矿工都小于阈值大小，那么这样的系统是安全的，因此他们的最佳响应是遵循协议。为了找到阈值，必须确定不同规模的矿工的最佳策略，即，马尔可夫决策过程（MDP）然而，由于PoW难度调整机制，矿工的效用是一个非线性比率函数。因此，我们称之为平均回报率（ARR）MDP。Sapirshtein等人是第一个通过求解一系列收敛到ARR MDP解的标准MDP来求解ARR MDP的人。在这项工作中，我们提出了一种新的技术，通过解决一个标准的MDP解决ARR MDP。我们的方法的关键是增加MDP，使其在预期的轮数内随机终止。我们称之为概率终止优化（PTO），该技术适用于任何效用为比率函数的MDP。我们限制了PTO的近似误差-它与终止前的预期轮数成反比，这是我们控制的参数。从经验上看，PTO的复杂度比现有技术低一个数量级，PTO可以很容易地应用于不同的区块链。我们用它来收紧以太坊中自私挖矿的门槛。
2020-09-15 cs.CR
PROACT: Parallel Multi-Miner Proof of Accumulated Trust Protocol for Internet of Drones
包括无人驾驶飞行器（UAV或无人机）的几种类型的网络正在重要应用中使用，例如应急响应、环境和基础设施监测、国防和安全以及商业。在这样的网络中，成群的UAV合作执行一个或多个任务以实现应用的目标。无人机通过连接到固定或移动地面控制站（GCS）来与地面网络进行通信。无人机连接到在线应用程序并为互联网用户提供服务的能力导致了无人机互联网（IoD）的激增。然而，IoD应用程序非常容易受到许多类型的网络攻击。因此，必须部署机制来保护IoD操作和数据。最近，区块链被提出作为检测和防止对无人机网络（UAVN）的恶意攻击的解决方案。由于无人机的资源有限，将区块链集成到IoD中成为一个挑战。在本文中，我们提出了一个模型，使无人机能够在轻量级区块链系统中存储飞行期间所需的重要数据。此外，我们提出了一种新的区块链共识机制，其中多个矿工并行生成他们的区块，这减少了将交易安全地添加到区块链所需的时间，并满足延迟敏感型应用程序的要求。我们的模拟证明了所提出的模型与其他IoD区块链系统相比在减少交易到区块链延迟，平均无人机能耗和区块链块大小方面的优势。
2022-06-14 cs.CR cs.NI
Blockchain-Powered Asset Tokenization Platform
本文提出一个区块链驱动的资产通证化平台，通过安全、用户友好的方式管理、创建和部署资产通证，以应对恶意攻击并保障现实世界资产所有权的安全与流动性。
2025-02-10 cs.CR
A Jumping Mining Attack and Solution
挖矿是区块链的重要组成部分，使用工作量证明（PoW）对其进行共识，通过测试多个哈希计算来寻找匹配的区块。为了吸引更多的哈希计算能力，找到合适区块的矿工可以获得一些奖励。实际上，这些哈希计算确保了区块链的数据不容易被篡改。因此，挖矿的激励机制直接影响到区块链的安全性。本文提出了一种针对区块链挖矿中使用的难度调整算法（DAA）的攻击方法，该算法直接影响矿工的收益。在这种方法中，攻击矿工在不同的区块链之间跳跃，以获得比只在一个区块链上挖矿的诚实矿工更多的利益。我们建立了一个概率模型来模拟在不同的哈希计算能力（称为哈希率）下获得下一个块的时间。基于这个模型，我们分析了主要加密货币的DAA，包括比特币，比特币现金，Zcash和比特币黄金。通过仿真实验进一步验证了跳矿攻击的有效性，并在Bitcoin Gold的公开区块数据中得到了跳矿攻击的特征。最后，我们给出了一个改进的DAA方案。大量的实验提供了支持我们所设计的方案的效率。
2020-08-18 cs.CR
Share Withholding Attack in Blockchain Mining: Technical Report
加密货币使用工作量证明（PoW）实现分布式共识。区块链安全的先前研究确定了基于扣留区块的财务激励攻击，攻击者通过提交份额（赚取挖矿积分）但扣留区块（没有对池的实际贡献）来妥协受害者池并冒充PoW贡献者。我们提出了这样的威胁，以产生更大的回报优势的攻击者，同时破坏其他矿工，并介绍了份额扣留攻击（SWH）。SWH保留份额以增加攻击者在池中的奖励支出，与之前的威胁保留区块相反，而是建立在区块保留威胁的基础上，以利用即将到来的区块提交时间的信息，挑战普遍建立的假设，即区块提交时间是完全随机的，矿工未知。我们分析了SWH的激励兼容性和脆弱性的范围，确定的关键系统和环境参数，决定了攻击的影响。我们的研究结果表明，SWH与区块预扣相结合，以牺牲遵守协议的受害者矿工为代价，产生了不公平的奖励优势，理性的矿工会自私地启动SWH，以最大化其奖励利润。我们向区块链和加密货币研究通报了新的SWH威胁，并包括促进此类研究和开发的潜在对策方向。
2020-08-31 cs.CR
Predicting Digital Asset Prices using Natural Language Processing: a survey
区块链技术改变了人们对过去如何存储和交易资产的看法，因为它为我们介绍了一种全新的交易方式：使用数字货币。区块链技术的主要创新之一是去中心化，这意味着传统的金融中介机构，如资产支持证券发行人和银行，在这个过程中被淘汰。尽管区块链技术已被广泛应用于各行各业，但其最突出的应用仍然是加密货币，比特币是第一个被提出的。2021年巅峰时期，比特币市值一度超过1万亿美元。加密货币市场的开放性给潜在的散户投资者和机构投资者带来了各种挑战和担忧，因为投资价格波动性很大，其波动是不可预测的。特别是机器学习和自然语言处理的兴起，为监控和预测加密货币的价格行为提供了一些启示。本文旨在回顾和分析最近应用机器学习和自然语言处理方法来预测比特币和以太坊等数字资产的价格和分析其行为的努力。
2022-11-28 cs.CR cs.CY
A Delay-Tolerant Payment Scheme Based on the Ethereum Blockchain
在网络连接时断时续的偏远农村地区，银行业务作为一项基本服务可能难以获得。虽然在某些地方，通过SMS或USSD消息已经使微型银行成为可能，但它们的安全缺陷和基于会话的性质阻止了它们的广泛采用。全球级别的加密货币能够在分布式对等体之间实现低成本、安全和普遍的资金转移，但在覆盖偏远社区的更多人方面仍然受到限制。我们建议利用区块链的延迟容忍特性，为那些只能间歇性地连接到更广泛的互联网的远程社区提供银行服务。使用在本地区域内提供连接的基站，常规的事务处理完全由区块链矿工处理。该银行仅在连接可用时加入以处理货币兑换请求，奖励矿工并跟踪用户余额。通过在对等体之间分配验证和存储任务，我们的系统设计在不牺牲可靠性和可信性的情况下节省了整体部署和运营成本。通过理论和实证分析，我们为系统设计提供了见解，测试了其对网络干扰的鲁棒性，并证明了在现成的计算机和移动设备上实现的可行性。
2018-01-31 cs.CR cs.CY
A Deep Dive into Blockchain Selfish Mining
本文研究了区块链安全性的一个基本问题，即多个行为不端的池的存在如何影响自私挖掘的盈利能力。每个自私的矿工维护一个私有链，并将其公开，以获得与他的哈希率不相称的更多奖励。我们建立了一个新的马尔可夫链模型来描述所有的状态转移的公共和私有链。哈希率的最小要求以及盈利的最小延迟以封闭形式导出。前者在对称自私矿工的情况下降低到21.48%，而他们与非对称哈希率的竞争对盈利阈值提出了更高的要求。随着自私矿工哈希率的降低，有利可图的延迟会增加，这使得矿池在执行自私采矿时更加谨慎。
2018-11-01 cs.CE cs.CR
Crossroads: A Smart Contract Layer for Chain-Abstracted Assets
Cornell Tech, IC3（康奈尔理工学院，IC3）
研究提出用于链抽象资产的智能合约层Crossroads，依赖密钥抵押实现资产跨链等功能，有高效资产转移、强最终性保证等优势，经概念验证证明其稳健性，可支持多种应用。
2026-07-08 cs.CR
Secure Regenerating Codes for Reducing Storage and Bootstrap Costs in Sharded Blockchains
区块链是一种应用广泛的分布式账本。由于区块链的存储需求不断增加，计算只能由少数矿工承担。已经提出了分片来扩展区块链，以便以安全保证为代价提高区块链的存储和交易效率。本文旨在考虑一种新的协议，安全修复区块链（SRB），旨在降低矿工的存储成本。此外，SRB还降低了自举成本，这使得新矿工可以轻松加入分片区块链。为了减少存储量，SRB采用了编码理论技术。为了减少传输到加入分片的新节点的数据量，使用了精确修复安全再生码的概念。所提出的区块链协议比不使用编码的协议实现了更低的存储，并且与不同的基线相比实现了更低的自举成本。
2020-11-11 cs.CR cs.DC cs.IT
Bitcoin Blockchain Dynamics: the Selfish-Mine Strategy in the Presence of Propagation Delay
在Eyal和Sirer提出的“自私挖矿”策略的背景下，我们研究了传播延迟对比特币区块链演化的影响。首先，我们使用一个简化的马尔可夫模型来跟踪一小部分矿工和“社区其他人”对区块链的不同信念状态，以确定使用区块隐藏策略（如自私矿）会导致孤儿区块的生产率增加。然后，我们使用一个空间泊松过程模型来研究Eyal和Sirer的参数$γ$的值，它表示的比例诚实的社区，采矿的一个以前的秘密块释放的池中的一个块的挖掘由诚实的社区。最后，我们使用离散事件模拟来研究比特币矿工网络的行为，其中一部分矿工在矿工之间的信息通信中存在传播延迟的假设下，合谋使用自私的挖矿策略。
2015-05-21 cs.CR
The Rich Get Richer in Bitcoin Mining Induced by Blockchain Forks
针对非故意区块链分叉，本文用经实证验证精度的方法理论证明固定传播延迟下比特币挖矿利润率随算力占比线性变化，即存在TRGR，并检验延迟非固定时结论的稳健性。
2025-06-16 cs.CR
A Platform-Free Proof of Federated Learning Consensus Mechanism for Sustainable Blockchains
工作量证明（PoW）作为区块链的代表性共识协议，消耗了大量的计算和能量来确定矿工之间的记账权，但没有达到任何实际目的。为了解决PoW的缺点，我们提出了一种新的能量回收共识机制，称为无平台的联邦学习证明（PF-PoFL），它利用原本浪费在解决困难但无意义的PoW难题的计算能力来进行实际的联邦学习（FL）任务。然而，由于不受信任的环境和矿工的自私特性，可能会出现潜在的安全威胁和效率问题。在本文中，通过设计一种新的区块结构、新的交易类型和基于信用的激励机制，PF-PoFL允许以完全分散的方式进行高效的人工智能（AI）任务外包、联合挖掘、模型评估和奖励分配，同时抵抗欺骗和Sybil攻击。此外，PF-PoFL为矿工提供了用户级的差分隐私机制，以防止在训练FL模型时的隐式隐私泄漏。此外，通过考虑动态矿工特性（例如，训练样本、非IID度和网络延迟），提出了一种基于联邦形成博弈的机制，分布式形成具有Nash稳定收敛的优化不相交矿工划分结构.大量的仿真验证了PF-PoFL的效率和有效性。
2022-10-29 cs.CR cs.GT
Incentive-based integration of useful work into blockchains
由于能够记录“数字真相”，区块链最近大受欢迎。它们旨在保持持久性，安全性，并避免攻击，这对许多应用程序都很有用。然而，它们在能源消耗、治理和可扩展性方面仍然存在问题。当前的解决方案要么需要通过工作量证明（PoW）获得巨大的计算能力，要么不能直接将计算能力作为虚拟采矿中的资源。在这里，我们提出了基于激励的协议，使用竞争将计算能力集成到区块链中。我们引入了累积工作量证明（PoAW）：矿工在客户提交的工作中竞争，每当他们成功时就积累记录的工作，并且随着时间的推移，获得报酬。潜在的竞争取代了PoW的标准哈希谜题竞争。比赛由投资矿工的动态创建的小型主节点网络（dTMN）管理。dTMN允许可扩展性，因为我们不需要整个网络来管理竞争。通过对激励机制的精心设计，我们的系统保持了安全性，避免了攻击，并为矿工提供了新市场。当没有客户时，系统收敛为标准协议。我们提出的解决方案改进了区块链基础设施的工作方式，并利用了其计算能力。我们还讨论了该协议如何用于需要解决困难的优化问题的领域，例如大数据中的人工智能和模式识别。
2019-01-10 cs.CR
Digital Passport and Visa Asset Management Using Private and Permissioned Blockchain
区块链是目前计算机科学领域发展最快的技术之一。它在加密货币等金融应用中得到了广泛的应用，例如比特币和以太坊。他们能够在金融领域带来意想不到的混乱。然而，像这样的无权限区块链也有一些缺点，即工作量证明算法的计算成本，块的最大允许大小，随着链中块数量的增加而降低的可理解性，作为矿工和验证者的具有更高计算能力的节点的统治。这些因素限制了在金融领域之外采用无需许可的区块链技术，例如在医疗或法律领域。本文提出了一种使用许可区块链解决这些问题的方法。它不需要计算上昂贵的共识机制，因为许可链要求参与组织之间的信任，这是通过排他性邀请实现的。我们利用第三方订购者来维护组织之间的信任。
2021-07-27 cs.CR
Fee-Redistribution Smart Contracts for Transaction-Fee-Based Regime of Blockchains with the Longest Chain Rule
在本文中，我们回顾了基于交易费用的工作量证明（PoW）区块链中最长链分叉选择规则的削弱攻击。接下来，我们关注采矿收入波动和采矿缺口的问题-即，这种情况下，交易费的直接奖励不足以支付矿工的支出。为了缓解这些问题，我们提出了一种解决方案，将开采区块的交易费用分为两部分-（1）对区块矿工的即时奖励和（2）发送到一个或多个费用再分配智能合约（$\mathcal{FRSC}$）的存款，这些智能合约是共识协议的一部分。与此同时，这些再分配智能合约在预定义的时间内向区块的矿工奖励一定比例的累积资金。这种设置使我们能够实现几个有趣的属性，有利于激励的稳定性和安全性的协议。通过我们的解决方案，严格不执行挖底攻击的默认矿工比例从最先进的66%降低到30%。
2023-02-09 cs.CR cs.DC
Blockchain Mining with Multiple Selfish Miners
本文研究多攻击者对自私挖矿盈利性的影响，通过马尔可夫链和POMDP模型分析盈利阈值，发现多攻击者显著降低阈值，并揭示自私挖矿初期不盈利的特性。
2023-04-01 cs.CR cs.GT
PUPoW: A framework for designing blockchains with practically-useful-proof-of-work & vanitycoin
比特币是第一种真正去中心化和匿名的加密货币。为了实现这一目标，它使用“工作量证明”（PoW）的概念开发了区块链技术。矿工是负责写入事务数据库的节点，他们解决了一个加密难题，声称有权写入数据库。虽然比特币和以太币等许多其他相关加密货币使用了革命性的想法，但主要的批评涉及计算资源和能源消耗，以解决其他方式没有用处的难题。有人试图使用PoW做一些有用的事情，通常称为工作量证明（PoUW）。在本文中，我们试图（i）使PoUW更有用-描述一个中心问题设置者如何将他们的工作作为PoUW众包，以及（ii）在区块链的真正精神中，分散问题设置者的角色，我们称之为难题。我们提出了一个正式的框架，即PUPoW。PUPoW有一个内置的条款，从解谜者支付给解决其谜题的矿工。此外，矿工可以选择不依赖于连续的谜题，而是使用原始的PoW谜题。我们还提出了一种使用PUPOW来解决TOR虚拟URL生成和比特币虚拟地址生成问题的方法。我们称这种PUPoW区块链解决了虚荣地址生成问题，称为VanityCoin。这两个问题都需要从私钥中生成公钥，以便对生成的地址感兴趣。这样的密钥对只能通过蛮力搜索找到。然而，存在隐私问题，即矿工会知道解谜者的私钥。我们通过拆分私钥来解决这个问题，矿工只知道其中的一部分。总之，我们提出了如何使PoW变得实际有用，我们相信这种方法是PoW区块链生存所必需的。
2022-10-13 cs.CR cs.DC
Arcula: A Secure Hierarchical Deterministic Wallet for Multi-asset Blockchains
这项工作提出了Arcula，一种分层确定性钱包的新设计，将基于身份的地址引入区块链。Arcula建立在可证明安全的加密原语之上。它从用户提供的种子中生成所有的加密秘密，并基于用户的身份导出新的公钥，而不需要任何秘密信息。与其他钱包不同，它实现了所有这些属性，同时可以防止特权升级。我们形式化的层次确定性钱包的安全模型，并证明攻击者妥协任意数量的用户在Arcula钱包不能提升他的特权和妥协的访问层次较高的用户。我们的设计可以与任何区块链一起使用，可以验证任意消息上的签名。我们评估了它在比特币现金网络上的真实场景中的使用。
2019-12-10 cs.CR
Hashpower allocation in Pay-per-Share blockchain mining pools
针对工作量证明区块链挖矿的收益波动风险，本文研究PPS矿池下的矿工算力分配问题，结合矿工财富模型分析风险转移与管理费的权衡，给出算力分配决策参考。
2025-11-15 cs.CR math.OC math.PR
SoK: Not Quite Water Under the Bridge: Review of Cross-Chain Bridge Hacks
区块链生态系统已经演变成一个多链世界，各种区块链竞相使用。虽然每个区块链可能都有自己的原生加密货币或数字资产，但也有在区块链之间转移这些资产的用例。将这些数字资产带到区块链上的系统被称为桥梁，并已成为生态系统的重要组成部分。桥梁的设计各不相同，从非常原始到极其复杂。然而，它们通常包括持有和释放数字资产的智能合约，以及帮助促进链之间用户交互的节点。在本文中，我们首先提供了一个高层次的细分组件在桥梁和不同的过程中，一些桥梁的设计。在此过程中，我们识别与桥梁组件相关的风险。然后，我们分析了区块链生态系统中过去专门针对桥梁的漏洞。
2022-10-28 cs.CR
Inheritance and Blockchain: Thoughts and Open Questions
遗产是文明的基本组成部分。这是财富、知识和财产随着时间的推移而增加，从而产生了我们所生活的社会。每一代人不必从零开始，可以利用前几代人的努力。基于区块链的资产在生命实体之间非常有效和安全地转移。然而，让继承人继承加密资产的实际方式却很少被讨论。与加密资产继承相关的问题似乎引发了许多技术、社会和法律问题。其中部分问题必须在区块链基础设施本身的层面上解决。本文的目的是打开一个研究领域，并讨论一些想法，关于这个被忽视的问题。继承既不是一个外围问题，也不是一个可以回避的问题。如果要认真对待基于区块链的金融和资产管理，它就必须应对自己的一系列挑战。
2022-11-28 cs.CR
Improve Blockchain Performance using Graph Data Structure and Parallel Mining
区块链技术迎来又一个爆发年，区块链的挑战仍待解决分析了基于区块链的Bitcoin和Bitcoin-NG系统的特点，提出了一种改进的实现区块链系统的方法，用图数据结构代替原有的链结构。它被命名为GraphChain。每个区块代表一笔交易，并包含交易者的余额状态。此外，众所周知，比特币系统中的所有交易都将由一个矿工打包，这将导致大量的工作浪费，因此另一种提高资源利用率的方法是将原来的竞争矿工的方式改为选举和并行挖掘。研究人员通过python模拟了具有图结构和并行挖掘的区块链，并提出了概念性的新图模型，可以提高容量和性能。
2018-10-31 cs.CR cs.DC
Exploration on Real World Assets and Tokenization
本文探索现实世界资产在区块链上的代币化，通过分析技术流程与现有案例，评估其在提升流动性和改进资产管理方面的优势、挑战及发展前景。
2025-05-05 cs.CR
Greedy but Cautious: Conditions for Miner Convergence to Resource Allocation Equilibrium
所有的公共区块链都是由区块生产者之间的机会成本证明来保证的。例如，像比特币这样的工作量证明（PoW）系统提供的安全性是由于计算消耗;它是工作，因为它不能免费执行。一般来说，在生产区块时可证明丢失的资源越多，区块链的安全性就越高。当两个区块链共享相同的机会成本机制时，就像它们共享相同的PoW算法时，这两个链会从区块生产者那里竞争资源。事实上，如果资源类型之间存在流动性市场，那么理论上所有区块链都会争夺资源。在本文中，我们证明了任何两个区块链之间都存在资源分配均衡，这基本上是由每个链提供的奖励的法定价值驱动的，以换取提供安全。我们继续证明这个均衡是奇异的，并且总是能够实现，前提是区块生产者以贪婪但谨慎的方式行事。当他们过度贪婪时，情况正好相反：资源分配在两个链条之间的极端中振荡。我们表明，这些结果在实践中，并在块生成模拟。最后，我们展示了这个理论的几个应用，包括一个不可信的价格比预言机，提高了区块链的安全性，其硬币具有较低的法定价值，以及量化的成本分配资源远离均衡。
2019-08-26 cs.CR cs.GT
Bonded Mining: Difficulty Adjustment by Miner Commitment
工作量证明区块链必须实现难度调整算法（DAA），以保持块之间一致的到达间隔时间。传统的DAA本质上是反馈控制器，因此，它们本质上是反应性的。这种方法使他们容易受到操纵，往往导致他们要么不足或过度纠正。我们提出了Bonded Mining，这是一种主动式DAA，通过收集矿工债券担保的哈希率承诺来工作。困难直接来自承诺，保证金用于惩罚违背承诺的矿工。我们设计了一种统计测试，能够通过仅利用区块链上的数据来检测哈希率偏差。该测试足够敏感，可以检测出各种偏离承诺的情况，同时几乎不会对诚实的矿工进行错误分类。我们在模拟中证明，在合理的假设下，Bonded Mining在维持目标区块时间方面比Bitcoin Cash DAA更有效，DAA是目前部署的最新和最动态的DAA之一。在这个初步工作中，我们的方法支持的最低哈希率矿工是总数的1%，我们只直接考虑两种类型的基本攻击。今后的工作将解决这些限制。
2019-08-05 cs.CR
The Application of Blockchain-Based Crypto Assets for Integrating the Physical and Financial Supply Chains in the Construction & Engineering Industry
STANFORD UNIVERSITY（斯坦福大学）
供应链整合仍然是建筑和工程行业难以实现的目标。高度分散和对第三方金融机构的依赖使实体供应链和金融供应链分开。本文展示了基于区块链的加密资产（加密货币和加密代币）在用于根据产品流调节资金流时如何解决这一限制。本文对比了依赖法定货币和加密资产进行支付结算的供应链中现金和产品流之间的整合。进一步介绍了支持加密资产的集成的两个方面，原子性和粒度。论文在工程进度款支付的背景下进行了验证。由无人机和地面车辆捕获的建成数据被传递到一个基于自主智能合约的方法，该方法利用加密货币和加密令牌进行支付结算;由此产生的支付数据集被写入以太坊区块链，并根据其产品和现金流的整合进行分析。这项工作的结论是讨论的结果及其对行业的影响。
2020-12-03 cs.AI cs.CR
DAG-Sword: A Simulator of Large-Scale Network Topologies for DAG-Oriented Proof-of-Work Blockchains
本文提出离散事件模拟器 DAG-Sword，用于模拟基于 DAG 的 PoW 区块链大规模网络，揭示恶意重复交易策略对 PHANTOM 和 GHOSTDAG 吞吐量的影响，并给出节省内存的复合 mempool 结构。
2023-11-08 cs.CR
Medical Data Asset Management and an Approach for Disease Prediction using Blockchain and Machine Learning
本文提出一种基于 Blockchain 和 off-chain 架构的安全医疗数据资产管理框架，结合 AI 技术提取关键信息，以解决 EHR/EMR 系统的数据获取、安全共享和访问控制问题，并应用于疾病预测。
2023-04-27 cs.CR cs.CY
