Betting on Blockchain Consensus with Fantomette
基于区块链的共识协议提供了开发新协议的机会，因为它们对参与者的开放参与和明确激励提出了新的要求。为了解决第一个要求，有必要考虑共识协议中固有的领导者选举，这可能难以扩展到大量不受信任的参与者。为了解决第二个问题，重要的是要考虑如何提供激励，而不依赖于比特币中使用的资源密集型工作量证明。在本文中，我们提出了一个安全的领导者选举协议Caucus;接下来，我们将该协议融入到一个更广泛的基于区块链的共识协议Fantomette中，该协议除了传统的区块链安全属性外，还提供了博弈论保证。Fantomette是第一个在非理性参与者存在的情况下给出正式博弈论安全性证明的权益证明协议。
2018-08-08 cs.CR
RDV: An Alternative To Proof-of-Work And A Real Decentralized Consensus For Blockchain
区块链是一个分散的分类账，所有交易都被记录下来。为了拥有可靠的区块链和防止双重支出，我们需要在区块链上达成分散的共识和协议。比特币使用工作量证明（PoW）。这是一个密码学难题，很难解决，但很容易验证。然而，由于用于交易确认的工作量证明的显著延迟，这种共识机制容易受到双重支出的影响。另一方面，PoW消耗了大量的能量，通过增长网络，它成为这种共识机制的主要问题。在本文中，我们介绍了PoW的替代方案，因为它的所有主要问题和安全问题都可能导致区块链的去中心化崩溃，而完全去中心化的系统是使用区块链技术的主要目的。我们介绍的方法是基于分布式投票过程，称为“RDV：注册，存款，投票”。由于RDV算法没有挖掘过程，因此适用于低能耗设备和物联网（IoT）。
2019-05-03 cs.CR
Accountability and Forensics in Blockchains: XDC Consensus Engine DPoS 2.0
本文档介绍了XinFin DPoS 2.0，这是XinFin XDC网络的下一代去中心化共识引擎。基于最先进的BFT共识协议，此次升级将使XDC网络具有军用级的安全性和性能，同时消耗极低的资源，并将在API方面完全向后兼容。它还将为XDC网络的未来发展铺平道路。核心发明是区块链中问责制和取证的整体集成：能够直接从区块链记录中识别具有加密完整性的恶意行为者，将最新的同行评审学术研究与最先进的工程设计和实施计划相结合。
2021-08-05 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
Estimation of Miner Hash Rates and Consensus on Blockchains (draft)
我们做出了几项贡献，量化了实时哈希率，从而量化了区块链的共识。我们证明，通过只使用区块的哈希值，我们可以估计和测量所有矿工或单个矿工的哈希率，具有定量的准确性。我们将我们的技术应用于以太坊和比特币区块链;我们的解决方案适用于任何基于工作量证明的区块链，这些区块链依赖于数字目标来验证区块。我们还表明，如果矿工定期广播其部分工作量证明的状态报告，则哈希率估计值会以略高的带宽为代价显着更准确。无论是只使用区块链，还是使用状态报告中的附加信息，商家都可以使用我们的技术来实时量化双重支付攻击的威胁。
2017-07-01 cs.CR
Managed Blockchain Based Cryptocurrencies with Consensus Enforced Rules and Transparency
基于区块链的加密货币通常是不受管理的、分布式的、基于共识的系统，其中没有单一实体拥有控制权。托管加密货币可以使用私有区块链实现，但本质上不同，因为所有者可以完全控制在不透明的情况下进行任意活动（因为他们控制采矿）。在这项工作中，我们探索了一种混合方法，其中通过基于分布式共识的方法来维护托管加密货币。货币管理员可以执行持续的管理功能，而共识方法执行加密货币的规则，并为所有管理行为提供透明度。这使得能够引入法定货币中常见的资金管理功能，但管理实体不能执行任意操作，并且透明度得到加强。因此，我们消除了用户信任货币管理员的需要，同时也使管理员能够管理加密货币。我们展示了如何通过对隐式比特币规范的适度修改来实现我们的方法，然而，我们的方法可以应用于大多数使用各种共识方法的基于区块链的加密货币。
2019-06-26 cs.CR
PoVF: Empowering Decentralized Blockchain Systems with Verifiable Function Consensus
本文提出基于可验证函数的公平共识机制 PoVF 及延迟缓冲结构，在保证去中心化和安全性的同时实现高交易吞吐量，实验显示其基尼系数低至 0.39，每秒可处理 4000 笔交易。
2025-01-02 cs.CR
A Novel Endorsement Protocol to Secure BFT-Based Consensus in Permissionless Blockchain
针对无许可区块链中基于 BFT 共识易受 Sybil 攻击的问题，提出一种结合签名算法的新型背书引导协议，实现可扩展身份验证，并通过安全分析与仿真验证其防护效果。
2024-05-04 cs.CR
Consensus in the Age of Blockchains
区块链最初在2008年作为比特币的基础技术获得了牵引力，但现在已被用于各种应用，并在2017年创造了价值超过1500亿美元的全球市场。区块链与传统分布式数据库的区别在于，它能够在分散的环境中运行，而不依赖于可信的第三方。因此，它们的核心技术组成部分是共识：如何在一组节点之间达成协议。这已经在分布式系统社区的封闭系统中得到了广泛的研究，但它在开放区块链中的应用重振了该领域，并带来了大量的新设计。共识协议固有的复杂性及其快速和戏剧性的演变使得很难将设计环境置于上下文中。我们通过对区块链共识协议进行系统和全面的研究来应对这一挑战。在首先讨论了经典共识协议中的关键主题之后，我们描述了：第一种基于工作量证明（PoW）的协议，第二种用更节能的替代方案取代PoW的X证明（PoX）协议，以及第三种混合协议，它们是经典共识协议的组成或变体。我们开发了一个框架来评估其性能，安全性和设计属性，并使用它来系统化上述协议类别中的关键主题。这项评估使我们能够确定研究差距和挑战，供社区在未来的研究工作中考虑。
2017-11-14 cs.CR
SightSteeple: Agreeing to Disagree with Functional Blockchain Consensus
经典和当代的分布式共识协议，可能是二进制协议、状态机复制或区块链共识，要求对等系统中的所有协议参与者就作为共识有效载荷的一部分的完全相同的信息达成一致。虽然这种共识模型被广泛研究，并且对于大多数基于共识的去中心化应用程序都很有用，但它没有定义正确的分布式系统，这些系统通过共识协议本身来授权基于参与者凭证的特权可见性。我们引入了一种新的分布式共识范式，称为功能性区块链共识。功能性区块链共识允许每个区块链协议参与者根据区块链系统中参与者的凭证就交易列表的一些不同子信息达成一致，而不是就整个交易列表达成一致。我们激励两个对手模型，一个是标准的崩溃故障对手，另一个是新的合理故障对手，以损害功能性区块链共识。然后，我们提出了两个版本的区块链协议SightSteeple，该协议在所述故障模型中实现了功能性区块链共识。SightSteeple依赖于标准区块链共识和功能加密的新颖组合，以及其他原语，以实现其正确性目标。最后，我们讨论了基于功能性区块链共识的非对称分布式账本的实际用途，并激励了这种新共识范式可能产生的分支结构。
2022-05-02 cs.CR cs.DC
Modeling the Impact of Network Connectivity on Consensus Security of Proof-of-Work Blockchain
区块链是流行的比特币背后的技术，被认为是一种“设计安全”系统，因为它旨在在一群不信任的各方之间创造安全，但没有一个中央可信的权威。区块链的安全性依赖于诚实多数的前提，即只要大多数共识投票权是诚实的，区块链系统就被认为是安全的。在工作量证明（PoW）区块链的情况下，对手无法控制超过50%的网络总计算能力。然而，这个50%的阈值仅基于对计算能力的分析，对网络和节点行为进行了隐含和理想化的假设。最近的研究表明，网络连接、区块链分叉的存在和挖掘策略等因素可能会破坏诚实多数所保证的共识安全性，但既没有提供具体的分析，也没有提供定量的评估。在本文中，我们通过提出一个分析模型来评估网络连接对不同对手模型下PoW区块链共识安全性的影响，从而填补了这一空白。我们将我们的分析模型应用于两种对抗场景：1）诚实但潜在的勾结，2）自私的挖掘。对于每一种情况下，我们量化的分叉比赛中所涉及的节点的通信能力，估计对手的挖掘收入和它的安全属性的共识协议的影响。仿真结果验证了我们的分析。我们的建模和分析提供了一个范例，用于评估各种因素在分布式共识系统的安全影响。
2020-08-31 cs.CR
A Double-Linked Blockchain Approach Based on Proof-of-Refundable-Tax Consensus Algorithm
本文提出双链区块链结构与可退税证明（PoRT）共识算法，通过可验证随机函数按可退税额选择维护者，以提升性能、防止Sybil攻击并维持财富分配稳定。
2024-09-03 cs.CR
PoDT: A Secure Multi-chains Consensus Scheme Against Diverse Miners Behaviors Attacks in Blockchain Networks
随着跨链技术使不同区块链（以下简称“链”）之间的交互成为可能，多链共识在区块链网络中变得越来越重要。然而，更多的注意力集中在单链共识方案。没有考虑可信矿工参与的多链共识，从而为恶意用户提供了在不同链上发起多样化矿工行为（DMB）攻击的机会。DMB攻击者可以在一些称为掩码链的共识过程中表现出友好性，以提高信任值，而在另一些称为掩码链的链上，他们从事破坏网络的行为。在本文中，我们提出了一个多链共识方案命名为证明的DiscTrust（PoDT），以抵御DMB攻击。引入区分信任的思想（DiscTrust）来评估每个用户对不同链的信任值。设计了一种动态行为预测机制来增强DiscTrust，以防止密集的DMB攻击者通过在加密链上交替创建真块或假块来保持高信任。在此基础上，实现了一轮区块创建时多链可信矿工选择算法。实验结果表明，PoDT方案在多链环境下具有较好的抗DMB攻击能力，且比传统的一致性方案更有效.
2021-11-02 cs.CR
Impact of consensus on appendable-block blockchain for IoT
物联网（IoT）正在以前所未有的规模将我们的物理世界转变为一个复杂而动态的连接设备系统。连接日常物理对象正在创建新的业务模式，改进流程并降低成本和风险。最近，区块链技术作为克服物联网安全问题的可能解决方案受到了社区的广泛关注。然而，传统的区块链（例如比特币和以太坊中使用的区块链）并不适合物联网设备的资源受限性质，也不适合典型物联网部署中预计会生成的大量信息。为了克服这些问题，一些研究人员提出了为物联网量身定制的轻量级区块链实例。例如，提出基于具有解耦和可追加数据的块的新颖数据结构。然而，这些研究人员没有讨论共识算法将如何影响他们的解决方案，即，关于哪种共识算法更适合的决定仍是一个悬而未决的问题。本文通过模块化设计，改进了一个可添加区块的区块链框架，使其能够支持不同的共识算法。我们在不同的模拟场景中评估了此改进版本的性能，并研究了不同设备和事务数量以及采用不同共识算法的影响。即使采用不同的共识算法，结果表明添加新区块的延迟小于161 ms（在更苛刻的场景中），处理新交易的延迟小于7 ms，这表明我们改进版本的可添加区块区块链是高效和可扩展的，因此非常适合物联网场景。
2019-12-23 cs.CR
SNARKChain: Proof-of-Useful-Work Blockchain Consensus with General-Purpose SNARK Marketplace
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）
研究针对工作量证明能耗大问题，提出有用工作量证明共识协议，计算客户端外包的SNARK证明保障协议安全，还设计去中心化市场外包SNARK证明生成，成为首个满足工作量证明必要属性且在共识层运行的此类市场。
2026-07-14 cs.CR
SG-PBFT: a Secure and Highly Efficient Blockchain PBFT Consensus Algorithm for Internet of Vehicles
车联网（IoV）是物联网（IoT）的一种应用。它面临两个主要的安全问题：（1）车联网的中央服务器可能不够强大，无法支持快速增长的联网车辆的集中式身份验证，（2）车联网本身可能不足以抵御单节点攻击。针对这些问题，提出了一种安全高效的车联网PBFT共识算法SG-PBFT。分布式结构可以减轻中心服务器的压力，降低单节点攻击的风险。SG-PBFT共识算法对传统的PBFT共识算法进行改进，采用分数分组机制，达到更高的共识效率。实验结果表明，该方法可以大大提高共识效率，防止单节点攻击。具体地说，当共识节点的数量达到1000，我们的算法的共识时间只有约27%的国家的最先进的共识算法（PBFT）所需的。我们提出的SG-PBFT是通用的，可以用于其他需要高共识效率的应用场景。
2021-01-05 cs.CR
The Forking Way: When TEEs Meet Consensus
本文系统化分析29个基于TEE的区块链方案，识别出四种TEE与共识的互连方式并分析其局限性，揭示针对Ten、Phala和Secret Network的未记录分叉攻击，提出有效对策并负责任披露给开发者。
2024-12-01 cs.CR
A Blockchain Consensus Protocol Based on Dedicated Time-Memory-Data Trade-Off
解决了在公共区块链系统中开发共识协议的问题，该系统花费了能源和空间资源的组合。提出了一种技术，提供了一个灵活的选择的能源和空间资源，这应该是由一个参与者在共识过程中花费。该技术起源于密码分析的时间-存储器-数据权衡方法。所提出的技术避免了工作量证明（PoW）和空间证明（PoS）的限制，它们分别只需要消耗能量和空间。此外，它还提供了根据系统预算调整资源支出的灵活性。所提出的共识技术是基于一个难题，其中的问题，逆单向函数是解决采用专用的时间记忆数据权衡（TMD-TO）范式。一致性协议的算法，提出了采用某些无约束和约束TMD-TO为基础的反演。所提出的技术的安全性被认为是基于诚实的节点池在其更新之前生成区块链的更长扩展的概率，并且已经导出了为了实现期望的安全性而使用的参数的条件。所提出的共识协议的实现复杂性进行了讨论，并与复杂性时，采用PoW和PoS。
2019-11-18 cs.CR
Cuttlefish: Expressive Fast Path Blockchains with FastUnlock
Cuttlefish提出基于争用而非多所有者的共识必要性新见解，通过集体对象、多所有者交易和Unlock协议，为资产交换和多重签名等更广泛交易实现无共识快速路径。
2023-09-22 cs.CR
A Reputation-based Approach using Consortium Blockchain for Cyber Threat Intelligence Sharing
CTI（Cyber Threat Intelligence）共享与交换是提高防护方响应能力的有效方法。区块链技术使共享协作联盟能够在没有可信的中心化机构的情况下进行可信的CTI共享和交换。然而，之前提出的基于区块链的CTI共享模型的分布式连接将系统暴露在拜占庭攻击中，合作伙伴组织的受损成员将通过生成虚假报告进一步降低CTI的准确性和信任级别。为了解决CTI在速度、可扩展性和安全性方面的性能不平衡问题，提出了一种新的基于区块链的CTI模型，该模型将联盟区块链和分布式信誉管理系统相结合，实现了战术威胁情报的自动分析和响应。此外，本文还提出了一种适合CTI共享交换的联盟区块链共识算法。这种新的共识算法称为“信誉证明”（Proof-of Reputation，PoR）共识算法，通过构建信誉模型，满足交易率的要求，使共识在可信的网络环境中进行。最后通过实验验证了所提模型和共识算法的有效性和安全性能。
2021-07-13 cs.CR
Gravity: a blockchain-agnostic cross-chain communication and data oracles protocol
本文旨在提出一种与区块链无关的协议架构，该协议旨在实现区块链之间的通信（即跨链），以及区块链与外部世界的通信（即数据预言机）。区块链行业尖端技术的广泛增长概述了以技术和经济高效以及面向未来的方式解决Oracle共识的需求和机会。如果提出一个技术解决方案涉及增加一个架构层，那么区块链不可知论本身就有局限性。因此，Gravity协议被设计成一个真正的区块链不可知协议。通过直接整合确保平等，并利用各自互联生态系统的稳定性和安全性，Gravity避免了对专用公共区块链和本地令牌的需求。最终，Gravity协议旨在通过为创建网关、跨链应用程序和侧链提供坚实的基础设施来解决可扩展性挑战。本文介绍并定义了Oracle Consensus的概念及其在Gravity协议中的实现，即Pulse共识算法。建议的共识架构允许Gravity被认为是一个单一的去中心化区块链不可知的预言机。
2020-08-31 cs.CR
Minotaur: Multi-Resource Blockchain Consensus
基于资源的共识是无需许可的分布式账本系统的支柱。这种协议的安全性基本上依赖于系统中活跃的资源水平。各种不同的资源（以及相关的证明协议，有时在文献中被称为PoX）提出了一个基本问题，即是否可以串联使用其中的许多资源并构建多资源共识协议。整合不同资源的挑战在于实现它们之间的可替代性，也就是说，只要所有资源之间的累积对抗力量有限，安全就能保持。在这项工作中，我们提出了Minotaur，这是一种结合了工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）的多资源区块链共识协议，我们证明了它是最佳可替换的。在我们设计的核心，Minotaur在历元中运行，同时不断采样活动计算能力，以提供两种资源（工作和赌注）之间的公平交换。此外，我们证明了Minotaur与比特币区块链相比处理更高程度的工作波动的能力;我们还将Minotaur推广到任何数量的资源。我们通过在Rust（可用的开源）中实现全栈客户端来展示Minotaur的简单性。我们使用客户端来测试Minotaur对可变采矿能力和组合工作/股权攻击的鲁棒性，并展示了Minotaur作为现实世界区块链共识层的适用性的具体经验证据。
2022-09-07 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
BitAV: Fast Anti-Malware by Distributed Blockchain Consensus and Feedforward Scanning
我提出了一种新的反恶意软件环境BitAV的设计和实现。BitAV允许分散软件的更新和维护机制，传统上由中央主机执行，并使用交错扫描机制以提高性能。对等网络维护机制将平均更新传播速度降低了500%，并且更不易受到有针对性的拒绝服务攻击。前馈扫描机制通过将文件匹配过程分解为在可验证的恒定时间内操作的高效查询，显著提高了恶意软件匹配系统的端到端性能，平均提高了14倍。
2016-01-07 cs.CR
Permissionless Blockchains and Secure Logging
区块链技术使相互不信任的参与者能够在无需许可的情况下就分布式和分散式分类账（称为区块链）的状态达成共识。区块链的共识协议在全球网络上强加了一个统一的系统状态视图，一旦一个区块在区块链中稳定，其数据对所有用户都是可见的，并且不能被追溯修改或删除。由于这些特性，区块链技术被视为一种通用的共识基础设施，并在此基础上构建了各种系统。本文在安全日志的背景下对无权限区块链系统进行了研究和调查。我们假设了安全日志系统所需的最基本属性，并通过考虑广泛的应用，深入了解区块链技术如何满足这些要求。基于调查，我们激发了基于区块链的安全日志系统的相关研究前景和挑战，并强调了一些特定问题的潜在解决方案。
2019-03-10 cs.CR
Capivara: A decentralized package version control using Blockchain
分布式共识和区块链在加密货币中很受欢迎，除了硬币用户之外，没有人拥有数据和交易。与开源存储库没有什么不同，其中数据属于用户。在这项工作中，它提出了一种在具有分布式共识的区块链中拥有软件包存储库的方式，并得到了也演示的下载证明的想法的支持。
2019-07-30 cs.CR
On the Security of Permissioned Blockchain Solutions for IoT Applications
区块链已经在许多领域找到了许多应用，并有望显着提高其安全性。物联网（IoT）构成了区块链的一个重要应用领域，已经提出了许多架构，不仅用于提高安全性，还用于提高透明度和可扩展性等属性。然而，许多区块链解决方案都受到与所使用的共识协议相关的固有约束。这些限制主要由无许可设置继承，例如工作量证明中的计算能力，并成为资源受限的物联网环境中的严重障碍。此外，低吞吐量或高延迟的共识协议不适合生成大量数据的物联网网络。因此，在本文中，我们专注于许可的区块链平台，并研究所使用的共识协议，旨在评估其性能和容错作为（原则上高度不安全的）物联网生态系统的主要选择标准。论文的结果为各种共识协议的本质差异及其满足物联网需求的能力提供了新的见解。
2021-09-08 cs.CR
Intelligent Adaptive Federated Byzantine Agreement for Robust Blockchain Consensus
Doctoral Program of Information Systems, Diponegoro University（信息系统工程博士项目，迪波内戈罗大学）；Department of Computer Engineering, Faculty of Engineering, Diponegoro University（工程学院计算机工程系，迪波内戈罗大学）；Faculty of Information Technology, Universitas Budi Luhur（信息技术学院，布迪卢胡尔大学）
本文提出了一种基于验证者声誉的智能自适应联邦拜占庭协议，提升了区块链共识的鲁棒性和容错能力。
2025-12-14 cs.CR
QDBFT: A Dynamic Consensus Algorithm for Quantum-Secured Blockchain
Anhui CAS Quantum Network Co., Ltd.（安徽中科量子网络有限公司）；CAS Quantum Network Co., Ltd.（中科量子网络有限公司）
QDBFT是一种针对量子安全区块链设计的动态共识算法，通过主节点自动旋转机制和量子密钥分发网络，实现动态成员变化下的高效共识与信息论安全。
2026-02-12 cs.CR
A Survey of Distributed Consensus Protocols for Blockchain Networks
自比特币诞生以来，加密货币和底层区块链技术吸引了学术界和工业界越来越多的兴趣。在各种核心组件中，共识协议是区块链安全性和性能背后的定义技术。从Nakamoto共识协议的增量修改到创新的替代共识机制，已经提出了许多共识协议来提高区块链网络本身的性能或适应其他特定的应用需求。在这项调查中，我们对最先进的区块链共识协议进行了全面的审查和分析。为了便于讨论我们的分析，我们首先介绍了经典的容错理论中的关键定义和相关结果，这有助于为进一步的讨论奠定基础。我们确定了区块链共识协议的五个核心组成部分，即区块提议、区块验证、信息传播、区块终结和激励机制。然后仔细审查各种区块链共识协议，并进行算法抽象和漏洞分析。调查的共识协议进行了分析，使用五个组件的框架和比较不同的性能指标。这些分析和比较为我们提供了新的见解，在不同的建议，其适用的应用场景，关键假设，预期的容错，可扩展性，缺点和权衡方面的根本差异。我们相信这项调查将为区块链开发人员和研究人员提供关于最先进共识协议的全面视图，并促进设计未来协议的过程。
2020-01-29 cs.CR cs.DC
Proof of Trusted Execution: A Consensus Paradigm for Deterministic Blockchain Finality
University of Naples 'Parthenope'（那不勒斯帕尔特诺佩大学）
本文提出PoTE共识范式，通过可信执行实现确定性区块链最终性，解决传统PoW和PoS的效率与安全问题。
2025-12-10 cs.CR
Delegated Proof of Reputation: a novel Blockchain consensus
共识机制是任何区块链网络的核心。许多项目已经提出了替代协议，以改善自比特币以来起源的工作量证明的有限可扩展性。作为委托权益证明的一种改进，本文提出了一种新的共识，即委托信誉证明，它具有可扩展性、安全性和可接受的去中心化。我们的创新想法是用一个基本上基于排名理论（PageRank，NCDawareRank和HodgeRank）的声誉排名系统来取代纯粹的硬币。
2019-12-06 cs.CR cs.NI
Proof of Luck: an Efficient Blockchain Consensus Protocol
在本文中，我们提出了多个区块链共识原语和一个新的区块链系统的设计，所有这些都基于使用可信执行环境（TEE），例如支持Intel SGX的CPU。首先，我们展示了如何使用TEE为现有的工作量证明方案可以通过防止使用ASIC来公平地分配挖掘。接下来，我们使用时间证明和所有权证明共识原语扩展设计，以提高挖掘的能源和时间效率。进一步改进这些设计，我们提出了一个使用运气证明共识协议的区块链。我们的运气证明区块链使用TEE平台的随机数生成来选择共识领导者，它提供低延迟的交易验证，确定性的确认时间，可忽略的能耗和公平分布的挖掘。最后，我们讨论了一个潜在的保护高达一个恒定数量的妥协的TEE。
2017-03-16 cs.CR cs.DC
Q-PnV: A Quantum Consensus Mechanism for Security Consortium Blockchains
针对经典区块链易受量子攻击、现有量子共识算法未适配联盟链的问题，提出融合量子投票等技术的Q-PnV量子共识机制，结合加权超图态量子区块链形成联盟链解决方案，可抗量子攻击，提升安全性与公平性。
2024-12-09 cs.CR quant-ph
A Survey on Consensus Protocols in Blockchain for IoT Networks
区块链作为加密货币基础技术的成功也为其在其他应用领域的使用开辟了可能性。区块链在其他领域的潜在应用的主要优势是其固有的安全机制和对不同攻击的免疫力。区块链依赖于共识方法来同意任何新数据。目前用于不同加密货币区块链的大多数共识方法都需要很高的计算能力，因此不适合资源受限的系统。在本文中，我们讨论并调查了适用于资源受限的物联网设备和网络的各种基于区块链的共识方法。典型的物联网网络由几个计算和通信能力有限的设备组成。大多数情况下，这些设备无法执行密集型计算，并且急需带宽。因此，我们讨论了可以采取的措施，以减少底层共识方法的计算能力和收敛时间。我们还讨论了公共区块链的一些替代方案，如私有区块链和tangle，以及它们在物联网网络中的潜在应用。此外，我们回顾了现有的共识方法，并探讨了利用它们来实现基于区块链的物联网网络的可能性。一些开放的研究挑战也提出了。
2019-06-19 cs.CR cs.NI
Front-running Attack in Sharded Blockchains and Fair Cross-shard Consensus
针对分片区块链中跨分片共识的交易排序操纵和抢跑攻击问题，提出新型跨分片协议 Haechi，通过引入排序阶段和最终化公平性算法实现全局公平顺序与强一致性，在几乎无性能损失下保障交易安全。
2023-09-09 cs.CR
A Location-based and Hierarchical Framework for Fast Consensus in Blockchain Networks
本文提出一种面向物联网区块链的基于位置的分层共识协议，利用节点声誉与距离信息选举子层领导者，并结合门限签名实现全局共识，相比 Raft 在通信成本、网络延迟和一致时间上均降低超过 50%。
2023-05-26 cs.CR cs.DC
Sidechains: Decoupled Consensus Between Chains
我们提出了一种新的侧链结构，它与Horizen区块链兼容，旨在进行安全和分散的跨链传输，而不需要主链节点跟踪侧链来验证它们。该方案也可用于其他类似的区块链系统。我们证明了我们的跨分类账转移机制在某些合理的假设下是安全的。
2018-10-17 cs.CR
Chaos Engineering For Understanding Consensus Algorithms Performance in Permissioned Blockchains
任何区块链或分布式账本技术（DLT）平台的关键组件都是共识算法。区块链共识算法是区块链网络中节点达成协议的主要工具。近年来，许多区块链共识算法主要针对私有和许可的区块链网络提出。然而，这些算法的性能和它们在恶劣的环境中的可靠性或拜占庭和其他网络故障的存在还没有得到很好的理解。此外，区块链应用程序的测试和验证也面临许多技术挑战。在本文中，我们应用混沌工程和测试，以了解性能的共识算法在存在不同的负载，拜占庭故障和其他通信故障的情况下。我们应用混沌工程来评估三种不同的共识算法（PBFT，Clique，Raft）及其各自的区块链平台的性能。我们测量区块链网络的吞吐量，延迟和成功率，同时执行混乱和负载测试。我们开发轻量级区块链应用程序，以便在半生产环境中执行我们的测试。我们的研究结果表明，使用混沌工程有助于了解不同的共识算法在敌对或不可靠的环境中的表现以及区块链平台的局限性。我们的工作证明了在测试复杂的分布式系统（如区块链网络）时使用混沌工程的好处。
2021-08-19 cs.CR cs.DC cs.SE
Evolutionary Game for Consensus Provision in Permissionless Blockchain Networks with Shard
随着去中心化共识协议的发展，无需许可的区块链被认为是通用交易驱动的自治系统的一个有前途的推动者。然而，大多数流行的区块链网络都是建立在被称为工作量证明的密码谜题框架下的共识协议上的。这样的协议面临着交易处理瓶颈的固有问题，因为网络以非常高的延迟为代价实现了交易确认的分散共识。在本文中，我们研究了在具有分片共识的多个吞吐量可扩展区块链系统中的共识形成问题。具体而言，分片共识的协议设计不仅能够并行化处理器子组的事务验证过程，而且还引入了用于加速共识过程的拜占庭共识协议。通过允许不同的区块链征收不同水平的处理费用并具有不同的交易生成率，我们的目标是模拟现实世界中基于区块链的多服务提供生态系统。我们专注于在大量共识处理器的条件下区块链选择的动力学。因此，我们将各个处理器对区块链选择的演变建模为进化博弈。理论和数值分析提供有关的进化平衡和稳定性的处理器的策略在一般情况下。
2018-11-16 cs.CR cs.DC cs.GT
Proof-of-Useful-Work as Dual-Purpose Mechanism for Blockchain and AI: Blockchain Consensus that Enables Privacy Preserving Data Mining
区块链依赖于参与者之间的共识来实现去中心化和安全性。然而，在一个身份与物理用户无关的在线数字世界中达成共识是一个具有挑战性的问题。工作量证明通过将表示与有价值的物理资源联系起来提供了一种解决方案。虽然这很好，但它使用了大量的专用硬件和能源，除了区块链安全性之外没有任何用处。在这里，我们提出了一个替代的共识计划，指导计算资源的优化机器学习（ML）模型，一个任务具有更普遍的效用。这是通过一个混合共识方案来实现的，该方案依赖于三方：数据提供者、矿工和委员会。数据提供商提供数据并提供付款以换取最佳模型，矿工通过生产ML优化模型来竞争付款和进入委员会，委员会控制ML竞争。
2020-11-12 cs.CR cs.LG
A Blockchain Consensus Mechanism for Distributed Electricity Trading
Data 61 CSIRO（CSIRO数据六部）；School of Energy and Materials, Shihezi University（石河子大学能源与材料学院）
针对分布式电力系统去中心化协调、公平结算、可信运行和系统优化四大挑战，提出基于能量贡献证明（PoE）的区块链共识机制，通过密码学安全、贡献比例节点选择实现去中心化共识。
2026-06-23 cs.CR
VeriSign: A Secure Contract Consensus Platform on the Blockchain with Amendment Functionality
虽然电子签名很普遍，但目前还没有可行的签名解决方案可以跟踪修改情况。我们提出了VeriSign，这是一个安全的合同共识平台，可以在去中心化的媒介中跟踪合同的修改。我们展示了一个面向用户的应用程序，签名者可以对原始合同和修订进行投票，并将区块链存储在原始合同和修订的交易历史中。该平台可用于跟踪立法历史和立法修正案。
2019-01-16 cs.CR cs.DC
Proof-of-randomness protocol for blockchain consensus: a case of Macau algorithms
针对区块链共识的公平性与能耗问题，提出基于TRNG和哈希的PoR协议，将其归为Macau类随机算法，并探讨QRNG硬件钱包集成及与QKD协作。
2025-02-15 cs.CR cs.GT
An Analysis of Attacks on Blockchain Consensus
我们提出并验证了区块链挖掘过程的一个新的数学模型，并使用它来对双重花费攻击进行经济评估，这是所有区块链系统的基础。我们的分析重点是在传统的双重花费攻击下可以保护的交易的价值，无论有没有并发的Eclipse攻击。我们的模型量化了决定攻击成功的几个因素的重要性，包括确认深度，攻击者挖掘能力以及商家设定的任何确认期限。一般来说，交易对双重花费攻击的安全性随着区块深度的增加而增加，随着区块中（个人之间）交易的硬币数量的增加而变得更容易，但随着所需工作量证明的增加而变得更加困难。在最近的区块链数据中，我们观察到的区块交易额中值为6 BTC。基于此值，需要单次确认的商家仅能抵御能将当前挖矿能力提高1%或更少的攻击者。然而，类似的分析显示，需要更长的72次确认（约12小时）的商家将消除任何双重花费攻击者的所有潜在利润，增加的挖矿能力低于当前挖矿能力的40%。
2016-11-20 cs.CR
Survey of Crosschain Communications Protocols
Crosschain通信允许在区块链之间传递信息。跨链通信中的共识涉及一个区块链上的参与者如何确信远程区块链的状态。它描述了与源区块链相关联的各方如何达成协议并与目的地区块链进行通信，以便可以信任来自源区块链的信息。本文调查了跨链通信协议，根据它们试图满足的顶级使用场景来展示它们：价值交换，跨链消息传递和区块链钉扎。它分析了每个协议如何实现跨链共识，做出了哪些信任假设，它们在无许可和许可区块链环境中成功运行的能力，以及协议是否在区块链上提供原子更新。
2021-09-13 cs.CR
Blockguard: Adaptive Blockchain Security
我们考虑根据其重要性改变区块链交易的安全性的问题。这种自适应安全性是通过使用可变大小的共识委员会来实现的。为了提高业绩，这些委员会同时运作。我们提出了两个算法，允许自适应安全性，形成并发的可变大小的共识委员会的需求。一种是基于单个联合区块链，另一种是基于单独的分片区块链。对于委员会内的共识，我们的算法可以使用各种可用的拜占庭鲁棒容错算法（BFT）。我们实现同步BFT、异步BFT和工作量证明共识。我们彻底评估我们的自适应安全算法的性能。
2019-07-30 cs.CR cs.DC
Assessing Security and Performances of Consensus algorithms for Permissioned Blockchains
区块链是一种新技术，由于其分散性，不变性和数据完整性的特性，在工业和研究部门引起了很大的兴趣。最初，底层共识机制是通过工作量证明（即需要高计算能力的数学挑战）为无信任网络模型上的无许可区块链设计的。这种解决方案的性能较差，因此替代共识算法的权益证明已经提出。相反，对于参与者是已知和认证的许可区块链，已经采用了分布式共识算法的变体。然而，由于缺乏一个既定的知识，大多数的安全分析和信任假设没有正式的表达出来。因此，对这些算法缺乏足够的分析，阻碍了对它们在现实世界中的有效性进行任何谨慎的评估，在现实世界中，系统部署在不可信的网络上，即Internet ...
2018-05-09 cs.CR cs.DC
Resilience of IOTA Consensus
区块链是一种有吸引力的技术，其应用范围从银行到网络。IOTA区块链是专为物联网环境设计的最突出的区块链之一。在本文中，我们研究了IOTA共识算法的收敛性：快速概率共识和蜂窝共识，当运行在各种拓扑结构上。此外，我们调查他们的弹性，以各种类型的对手。我们广泛的模拟结果表明，蜂窝共识和快速概率共识，即使在低功耗的对手有差的收敛速度，并有差的缩放性能，除了瓦特Strogatz拓扑的情况下。我们的研究指出，物联网专用区块链的设计仍然是一个开放的研究问题，并给出了设计提示。
2022-04-29 cs.CR cs.DC
Holistic Verification of Blockchain Consensus
区块链最近引起了业界的关注，部分原因是其自动化资产转移的能力。它要求分布式参与者在一个区块上达成共识，尽管存在恶意（也就是说，拜占庭）的参与者。恶意参与者经常利用这些区块链共识算法的弱点，有时会造成毁灭性的后果。事实上，这些弱点是相当普遍的，现有区块链共识协议的手写证明中的缺陷很好地说明了这一点[63]。讽刺的是，到目前为止，还没有区块链共识使用模型检验进行全面验证。在本文中，我们通过模型检验首次对工业中使用的区块链共识进行了纠正。我们提出了一种整体方法来验证红腹区块链[20]的共识算法，适用于任何数量的$n$进程和任何数量的$f<n/3$拜占庭进程。我们直接将算法伪代码分解为两个部分-内部广播算法和外部决策算法-每个部分都建模为阈值自动机[36]，并且我们在线性时间时序逻辑中形式化它们的预期属性。然后，我们自动检查内部广播算法，仔细确定公平的假设。对于外部算法的验证，我们根据内部算法的检查性质简化了内部算法的模型。这样，我们不仅正式验证了红腹区块链共识的安全性，而且还在大约70秒内验证了它的活跃性。
2022-06-09 cs.CR cs.DC cs.FL
A Blockchain based Federated Learning for Message Dissemination in Vehicular Networks
车辆之间的信息交换在确保道路安全方面起着重要作用。紧急信息发布通常通过广播进行。然而，高车辆密度和移动性通常会导致消息分发的挑战，如广播风暴和低概率的数据包接收。本文提出了一种基于联邦学习的区块链辅助消息分发解决方案。与区块链中基于激励的工作量证明共识类似，车辆通过处理嵌入区块链智能合约中的联合学习证明（PoFL）共识来竞争成为中继节点（矿工）。提出的解决方案的理论和实践分析。具体来说，提出的基于区块链的联邦学习导致更多车辆在给定时间内上传其模型，与不使用区块链的相同解决方案相比，这可能会在更短的时间内产生更准确的模型。它还通过减少65.2%的共识时间延迟，提高至少8.2%的消息传递率，并更有效地保护邻居车辆的隐私，从而优于其他区块链方法。利用Stackelberg博弈模型进一步分析了激励车辆参与联邦学习和信息传播的经济模型。
2021-09-11 cs.CR
Bottlenecks in Blockchain Consensus Protocols
大多数区块链许可系统采用拜占庭容错（BFT）共识协议，以确保诚实的验证者同意将条目添加到其分类账的顺序。在本文中，我们研究的性能和可扩展性突出的共识协议，即PBFT，Tendermint，HotStuff和Streamlet，无论是通过负载公式分析和实际上通过实施和评估。在相同的条件下，我们确定了这些共识协议的瓶颈，并表明这些协议不扩展以及验证器的数量增加。我们的调查指出通信复杂性是罪魁祸首。即使有足够的网络带宽，消息的串行化和非串行化的CPU成本也会限制吞吐量并增加协议的延迟。为了缓解瓶颈，最有用的技术包括降低通信复杂性，轮换通信热点，以及跨共识实例的流水线。
2021-10-12 cs.CR cs.DC
Feasibility of Proof of Authority as a Consensus Protocol Model
区块链是一种去中心化的分布式网络，充当不可变的数字分类账。尽管没有任何中央管理机构来验证分类账中的区块，但由于网络各个节点之间的共识协议，它被认为是安全和不可变的。共识算法是一种机制，它保证区块链的可靠性，并帮助所有连接的节点或对等点就区块链网络的当前状态达成共识，因此理想的共识算法必须安全，可靠和快速。有几种不同的算法可以在节点之间达成共识，因此本文试图测试权威证明在区块链网络中作为共识算法的实用性，并将其与当前主流的共识算法进行比较。
2021-08-30 cs.CR cs.DC
TrustBoost: Boosting Trust among Interoperable Blockchains
TrustBoost通过多区块链交互构建组合账本，在不改变底层共识协议的前提下以智能合约实现“共识之上的共识”，并形式化证明其容忍不安全区块链的最优阈值，实验显示其成本与高安全性链相当。
2023-09-21 cs.CR
