Permissioned Blockchain Through the Looking Glass: Architectural and Implementation Lessons Learned
自比特币诞生以来，分布式系统社区就对设计高效的区块链系统表现出了兴趣。然而，最初的区块链应用程序（如比特币）的吞吐量非常低，这促进了许可区块链系统的设计。这些许可的区块链系统采用经典的拜占庭容错（BFT）协议来达成共识。然而，现有的许可区块链系统仍然达到低吞吐量（大约10 K txns/s）。其结果是，现有的作品归咎于相关的BFT协议，并在开发优化的协议消耗资源的低吞吐量。我们认为，这种指责只是片面的。具体来说，我们提出了一个简单的问题：一个精心设计的系统，基于一个经典的BFT协议优于现代协议？我们表明，设计这样一个精心制作的系统是可能的，并说明，即使这样的系统采用三阶段协议，它可以优于另一个系统利用单阶段协议。这项工作要求我们剖析一个许可的区块链系统，并强调影响其性能的不同因素。基于我们的见解，我们提出了我们的企业级，高吞吐量的许可区块链系统ResilientDB的设计，该系统采用多线程深度管道，以平衡副本的任务，并为未来的设计提供指导。
2020-04-27 cs.DB cs.DC
Permissioned Blockchain Technologies for Academic Publishing
学术出版随着新技术的逐步采用而不断发展。区块链是一种新技术，有望改变个人和组织跨越各种边界的互动方式。区块链的采用开始改变各种行业，如金融，供应链，国际贸易以及能源和资源管理等。通过信任、数据不变性、数据的分散分布以及无需集中管理和权威的协作便利，区块链有可能改变学术出版领域，并解决当前的一些问题，如生产力和声誉管理、掠夺性出版、透明的同行评审流程等。在本文中，我们概述了许可区块链领域中可用的技术，重点是Hyperledger Fabric，并讨论了如何在学术出版领域中利用这些技术。
2018-09-23 cs.DC
An End-to-End Performance Comparison of Seven Permissioned Blockchain Systems
本文以可复现的端到端方法评估七种许可链系统在不同参数设置下的性能，揭示了各系统的特性与局限，为区块链性能优化研究奠定基础。
2023-11-26 cs.DC
Window Based BFT Blockchain Consensus
不仅在科学界，而且在商业界，对区块链技术的兴趣也在激增。工作量证明（PoW）和拜占庭容错（BFT）是区块链共识层中使用的两类主要共识协议。PoW具有高度可扩展性，但速度非常慢，约为7（事务/秒）。基于BFT的协议是高效的，但其可扩展性仅限于数十个节点。BFT限制的主要原因之一是用于需要$n \times n$广播的$n$节点的基于BFT的协议的二次$O(n^2)$通信复杂性。在本文中，我们提出了{ \em Musch}协议，这是BFT为基础，并提供了通信复杂性度$O(f n + n)$的$f$故障和$n$节点，其中$f < n/3$，而不损害延迟。因此，性能调整到$f$，使得对于恒定的$f$，通信复杂性是线性的。Musch通过引入指数增加节点窗口的概念来实现这一点，而不是向所有节点广播。据我们所知，这是第一个基于BFT的区块链协议，它有效地同时解决了故障情况下的通信复杂性和延迟问题。
2019-06-11 cs.DC
Evaluating Permissioned Blockchain Using Stochastic Modeling and Chaos Engineering
区块链和分布式账本技术依赖于分布式共识算法。近年来，人们提出了许多共识算法和协议，其中大多数是针对许可区块链网络的。然而，这些算法的性能并没有得到很好的理解。本文介绍了一种在存在拜占庭和其他网络故障的敌对网络环境中评估共识算法和区块链平台的方法。该方法首先使用随机建模来模拟共识算法在不同的典型和错误的操作场景下的行为。接下来，我们使用不同的共识协议实现了一个区块链应用程序，并使用混沌工程技术测试了它们的性能。为了展示我们的通用评估方法，我们分析了四个许可的区块链平台及其共识协议的性能。我们的研究结果表明，随机建模是一种廉价和有效的技术分析共识协议。但它们并不代表共识协议在生产环境中的实际性能。此外，混沌工程的实验表明，如果两个不同的区块链平台使用相同的区块链算法或协议，我们不应该假设它们将具有相似的性能。因此，考虑平台架构的作用以及如何在给定平台中设计协议也是至关重要的。
2023-01-14 cs.DC
Consentio: Managing Consent to Data Access using Permissioned Blockchains
越来越多的个人数据在隐私、安全和数据所有权方面引发了严重的问题。其数据被收集的实体可以受益于管理可以访问其数据的各方和审计谁访问了其数据的机制。同意管理系统解决了这些问题。我们介绍了Consentio，一个基于Hyperledger Fabric许可区块链的可扩展同意管理系统。我们解决的数据管理挑战是确保认可数据访问请求以及授予或撤销同意的高吞吐量和低延迟。实验结果表明，我们的系统每秒可以处理多达6,000个访问请求，使其能够扩展到非常大的部署。
2020-03-09 cs.DC
BMS: Secure Decentralized Reconfiguration for Blockchain and BFT Systems
长寿命区块链和拜占庭容错（BFT）系统的重新配置带来了根本的安全挑战。在最先进的权益证明（PoS）区块链的情况下，权益重新配置允许所谓的远程攻击，这可能导致分叉。类似地，通常基于BFT的许可区块链系统在内部重新配置，这使得它们容易受到类似的“我仍然在这里工作”攻击。在这项工作中，我们提出了BMS（区块链/BFT会员服务），为BFT和区块链系统提供安全和动态的重新配置服务，防止远程和类似的攻击。特别是：（1）我们为许可区块链提出了一个根BMS，作为以太坊智能合约实现，并评估了它对最近提出的Mir-BFT协议的重新配置，（2）我们讨论了我们的BMS如何扩展到PoS区块链，以及它如何将PoS股权解除绑定时间从几周/几个月减少到几分钟，（3）我们讨论了BMS对分层部署以及多个根BMS的可能扩展。
2021-09-08 cs.CR cs.DC
On the Byzantine-Fault-Tolerant Consensus for Blockchain among Connected Vehicles
在共识过程中能否保证拜占庭容错（Byzantine fault tolerance，BFT）是区块链系统的关键问题。当车辆保持移动时，互联车辆（CV）能否实现BFT共识？本文试图回答这一基本问题。它侧重于描述流动性对简历中BFT共识性能的影响。
2021-12-25 cs.DC
HotStuff: BFT Consensus in the Lens of Blockchain
我们提出了HotStuff，一个领导者为基础的拜占庭容错复制协议的部分同步模型。一旦网络通信变得同步，HotStuff就能让正确的领导者以实际（与最大）网络延迟的速度（一种称为响应性的属性）和副本数量线性的通信复杂性来推动协议达成共识。据我们所知，HotStuff是第一个部分同步的BFT复制协议表现出这些组合属性。HotStuff是围绕一个新颖的框架构建的，该框架在经典的BFT基础和区块链之间形成了一座桥梁。它允许在一个公共框架中表达其他已知协议（DLS，PBFT，Tendermint，Casper）和我们的协议。我们在具有100多个副本的网络上部署HotStuff，实现了与BFT-SMaRt相当的吞吐量和延迟，同时在领导者故障转移期间享受线性通信足迹（而BFT-SMaRt是二次的）。
2019-07-23 cs.DC
ParBlockchain: Leveraging Transaction Parallelism in Permissioned Blockchain Systems
许多现有的区块链不能充分解决分布式系统应用程序的所有特征，并且受到严重的架构限制，导致性能和机密性问题。虽然最近的许可区块链系统试图克服这些限制，但它们的重点主要是无争用的工作负载，即，没有冲突的交易。在本文中，我们介绍了OXII，这是一种新的许可区块链范式，用于支持并发执行的分布式应用程序。OXII专为具有（不同程度）争用的工作负载而设计。然后，我们介绍了ParBlockchain，一个专门在OXII范式中设计的许可区块链。使用一系列基准测试对ParBlockchain进行的评估表明，它在任何竞争程度的工作负载中的性能都优于最先进的许可区块链系统。
2019-02-04 cs.DB cs.DC
Transactional Dynamics in Hyperledger Fabric: A Stochastic Modeling and Performance Evaluation of Permissioned Blockchains
针对区块链许可网络的效率问题，本文采用随机Petri网模型分析超级账本Fabric的事务流，实现响应时间95%置信区间评估，通过敏感性分析和案例研究发现块大小可使吞吐量和响应时间变化达200%，为性能优化提供依据。
2025-02-13 cs.DC
OrderlessChain: Do Permissioned Blockchains Need Total Global Order of Transactions?
针对许可链中基于协调的全局排序导致高延迟和低吞吐量的问题，提出无协调的OrderlessChain，实现拜占庭环境下I-confluent应用的安全执行且性能更优。
2023-10-24 cs.DC
The Hermes BFT for Blockchains
部分同步的基于BFT的共识协议的性能高度依赖于主节点。网络中的所有参与节点都会被阻塞，直到它们收到来自主节点的建议才能开始共识过程。因此，诚实但松弛的节点（带宽有限）在被选为主节点时会对性能产生不利影响。Hermes降低了协议对主节点的依赖性，在保持较低消息复杂度和延迟的同时，最大限度地减少了由松弛主节点引起的传输延迟。Hermes通过仅对特定类型的拜占庭故障（也称为模棱两可的故障）放松强BFT协议（安全性）保证来实现这些性能改进。有趣的是，我们表明，在赫尔墨斯模棱两可的拜占庭小学是不可能的，昂贵的和无效的。因此，Hermes的安全性与一般BFT共识相当。我们在190个Amazon EC2实例上部署并测试了Hermes。在这些测试中，Hermes的性能与最先进的区块链BFT协议（当网络规模很大时）在没有松弛节点的情况下相当。然而，在存在松弛节点的情况下，Hermes在吞吐量方面比最先进的BFT协议高出4倍以上，在延迟方面高出15倍。
2020-07-01 cs.DC
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
YAC: BFT Consensus Algorithm for Blockchain
在异步接收事件并受到拜占庭故障影响的去中心化系统中，共识是许多现实应用程序的常见问题。去中心化系统的进步，如分布式账本（即，区块链）技术，只会增加在去中心化系统中找到状态机复制共识的性能和安全解决方案的重要性。YAC是一种实用的分散式共识算法，它解决了经典拜占庭容错共识算法中存在的消息传递效率低和强领导者等问题。该算法是开源的，目前用于为Hyperledger Iroha区块链项目提供拜占庭容错共识。我们提供了安全性和活性的证明，以及实证结果表明，我们的算法可以扩展到几十个验证同行。
2018-09-03 cs.DC
Distributed Application Provisioning over Ethereum based private and permissioned Blockchain: Availability modeling, capacity, and costs planning
本文针对基于以太坊的私有和许可区块链上的分布式应用部署问题，提出并评估可用性及面向容量的可用性模型，分析服务交付成本，所得结果也适用于其他区块链平台。
2025-02-14 cs.DC
A lightweight BFT consensus protocol for blockchains
我们提出了一个通用的共识框架，可以轻松地将可定制的拜占庭容错共识算法引入现有的（委托）权益证明区块链。我们证明了协议的安全性的假设下，少于1/3的验证者是拜占庭。该框架还允许共识参与者选择主观决策阈值，以便即使在拜占庭验证器的比例较大的情况下也能获得安全性。此外，如果少于1/3的验证器崩溃，则显示协议的活性。在此基础上，我们提出了一种基于Lisk生态系统的拜占庭容错共识算法Lisk-BFT。Lisk-BFT集成了现有的区块提议机制，只需要在区块中添加两个整数，并且不需要额外的消息。该协议很简单，如果少于1/3的验证器是拜占庭的，则在静态验证器的情况下提供安全性。对于动态变化的验证者的情况下，我们证明了协议的安全性，假设拜占庭验证者的数量和诚实的验证者的数量，可以改变一次的界限。我们进一步证明了Lisk-BFT协议的活性小于1/3的崩溃验证器。
2021-05-04 cs.DC
Proteus: A Scalable BFT Consesus Protocol for Blockchains
与区块链中的工作量证明（PoW）相比，拜占庭容错（BFT）共识具有更高的吞吐量。但是基于BFT的协议在网络中的副本数量方面存在可扩展性问题。这种限制的主要原因是BFT协议的二次消息复杂度。以前，所提出的解决方案提高了正常操作的BFT性能，但一旦协议观察到一定数量的故障，则会回落到二次消息复杂度。这使得协议性能不可预测，因为它不能保证网络将面临一定数量的故障。结果，这样的协议仅在条件有利时是可扩展的（即，故障的数量小于给定阈值）。为了解决这个问题，我们提出Proteus，一个新的基于BFT的共识协议，它选择一个子集的节点$c$作为根委员会。Proteus保证了稳定的性能，而不管网络中的故障数量如何，并且它将典型的基于BFT的协议的二次消息复杂度改进为$O(cn)$，其中$c<<n$用于大的$n$。因此，当$c$渐近地小于$n$时，消息复杂度保持较小并且小于二次方，并且这有助于协议即使在视图改变过程（根委员会的改变）期间也提供稳定的性能。我们的视图更改过程与典型的BFT协议不同，因为它取代了整个根委员会，而不是取代其他协议中的单个主委员会。我们在$200$ Amazon $EC2$实例上部署并测试了我们的协议，并使用两种不同的基线BFT协议（PBFT和Bchain）进行比较。在这些测试中，我们的协议在吞吐量和延迟方面超过基线$2\times$。
2019-04-26 cs.DC
FairLedger: A Fair Blockchain Protocol for Financial Institutions
金融机构目前正在研究许可区块链的技术。这方面的一个主要努力是Hyperledger，这是一个由Linux基金会主办的开源项目，得到了100多家公司的支持。许可区块链协议中的一个关键组件是一个拜占庭容错（BFT）共识引擎，它对交易进行排序。然而，目前可用的BFT解决方案在超级账本（以及在文献中）是不够的金融环境;他们不是为了确保公平或容忍自私的行为时，金融机构努力最大化自己的利润。我们提出了FairLedger，一个许可的区块链BFT协议，它是公平的，旨在处理理性行为，同样重要的是，易于理解和实现。我们协议的秘密武器是一种新的通信抽象，称为可检测的所有对所有（DA 2A），它允许我们检测偏离协议的参与者（拜占庭或理性），并惩罚他们。我们在Hyperledger开源项目中使用Iroha框架实现了FairLedger，这是其中最大的项目之一。为了评估FairLegder的性能，我们还实现了PBFT框架，并比较了两个协议。我们的研究结果表明，在无故障的情况下，FairLedger实现更好的吞吐量比Iroha的实现和PBFT在广域设置。
2019-06-10 cs.DC
LinSBFT: Linear-Communication One-Step BFT Protocol for Public Blockchains
本文介绍了LinSBFT，这是一种拜占庭容错（BFT）协议，在生产中每秒处理超过2000个智能合约交易。LinSBFT适用于一个无需许可的公共区块链系统，其中没有公钥基础设施，基于经典的PBFT，有4个改进：（\romannumeral 1）LinSBFT实现了$O(n)$最坏情况下的通信量，与PBFT的$O(n^4)$相比;（\romannumeral 2）LinSBFT对协议的领导者进行随机轮换，以降低领导者遭受拒绝服务攻击的风险;以及（\romannumeral 3）LinSBFT的每次运行最终确定一个块，其对于在协议的一次运行中诚实而在另一次运行中不诚实的参与者是鲁棒的，并且参与者的集合是动态的，其被周期性地更新。（\romannumeral 4）LinSBFT通过同步机制帮助延迟节点赶上，保证节点的活性。此外，在普通情况下，LinSBFT只涉及单轮投票，而不是PBFT中的两轮投票，这减少了通信开销和确认时间，并采用\emph{proof-of-stake}方案来奖励所有参与者。使用从以太坊获得的数据进行的大量实验表明，LinSBFT始终显著优于现有的区块链生产BFT协议。
2020-07-15 cs.DC
AlphaBlock: An Evaluation Framework for Blockchain Consensus Protocols
共识协议在平衡区块链系统的安全性和效率方面发挥着关键作用。在本文中，我们提出了一个区块链共识协议的评估框架，称为AlphaBlock。在这个框架中，我们比较了拜占庭容错（BFT）共识和中本共识（NC）的整体性能。BFT共识是通过多轮来自绝对多数的法定人数投票达成的，而NC是通过附加块的隐式投票积累可信度来达成的。AlphaBlock结合了Hotstu BFT（HBFT）和权威证明（PoA）的关键概念，作为BFT和NC的案例研究。使用这个框架，我们将HBFT和PoA的吞吐量和延迟与实际网络和区块链配置进行了比较。我们的研究结果表明，在大多数情况下，由于HBFT中没有分叉，HBFT的性能优于PoA。此外，我们还发现了一组AlphaBlock的最优配置，为提高区块链共识算法的性能提供了参考。
2020-07-27 cs.DC
Scaling Blockchain Consensus via a Robust Shared Mempool
由于区块链，人们对拜占庭容错（BFT）系统的兴趣重新抬头。然而，许可区块链使用的基于领导者的BFT共识协议具有有限的可扩展性和鲁棒性。为了缓解BFT共识中的领导者瓶颈，我们引入了Stratus，一个强大的共享内存池协议，它将事务分发从共识中分离出来。我们的想法是让副本以分布式方式传播事务，并让领导者只提出事务ID。Stratus使用可证明可用广播（PAB）协议来确保引用事务的可用性。我们通过将其与最先进的基于BFT的区块链协议集成来实现和评估Stratus，并在LAN和WAN设置中评估这些协议。我们的研究结果表明，基于Stratus的协议实现高达$5\sim20\times$更多的吞吐量比他们的本地同行在一个网络中有数百个副本。此外，Stratus的性能在存在网络入侵、拜占庭攻击者和不平衡工作负载的情况下会优雅地下降。我们的设计提供了易于使用的API，以便其他遭受领导者瓶颈的BFT系统可以使用Stratus。
2022-09-25 cs.DC
SoK: Scalability Techniques for BFT Consensus
随着区块链系统的发展，最近的许多研究工作都提出了分布式账本技术（DLT），该技术采用拜占庭容错（BFT）共识协议来决定将哪个块添加到账本旁边。值得注意的是，BFT共识可以提供高性能，能源效率和可证明的正确性属性，因此它被认为是创建高弹性和高性能区块链基础设施的有前途的构建块。然而，一个主要的持续挑战是使BFT共识适用于大规模环境。最近的大量工作通过开发新的想法来解决这一挑战，以提高BFT共识的可扩展性，从而为适应区块链需求的新一代BFT协议开辟了道路。在这项调查中，我们创建了一个关于最先进的BFT共识协议使用的新型可扩展性增强技术的知识系统化。为了进行比较，我们仔细分析了这些协议所做的努力、假设和权衡。
2023-03-20 cs.DC
FabricCRDT: A Conflict-Free Replicated Datatypes Approach to Permissioned Blockchains
针对Hyperledger Fabric因EOV三阶段事务生命周期导致并发冲突与吞吐量下降的问题，提出FabricCRDT方法，通过集成无冲突复制数据类型（CRDTs）实现冲突事务的合并与解决，显著提升了事务吞吐量并消除了事务失败。
2023-10-24 cs.DC
Multi-Shard Private Transactions for Permissioned Blockchains
传统上，区块链系统涉及在所有区块链网络参与者之间共享交易信息。显然，这为企业界采用该技术带来了障碍，在企业界，保护业务数据的隐私是必要的。以前将隐私和区块链结合在一起的努力仍然会泄露部分信息，其功能受到限制，或者使用zk-SNARKs等昂贵的机制。在本文中，我们提出了多分片私有交易（MSPT）协议，这是一种用于许可区块链的新型隐私保护协议，它仅依赖于简单的加密原语和有针对性的信息传播来实现原子性和高性能。
2020-10-16 cs.CR cs.DC
MITOSIS: Practically Scaling Permissioned Blockchains
可扩展性仍然是采用许可区块链技术进行大规模部署的最大挑战之一。与非许可部署相比，许可区块链通常表现出较低的可扩展性-但代价是可扩展性差。提出了各种解决方案来捕获“两全其美”，同时针对低延迟和高可扩展性，最突出的技术是区块链分片。然而，大多数现有的分片方案都利用了无权限模型的特性，因此仅限于加密货币应用。我们提出了MITOSIS，这是一种实际上提高许可区块链可扩展性的新方法。我们的系统允许动态创建区块链，因为更多的参与者加入系统，以满足实际的可扩展性要求。至关重要的是，它能够将现有的区块链（及其参与者）分成两部分-让人想起有丝分裂，细胞分裂的生物过程。MITOSIS继承了许可区块链的低延迟，同时通过并行处理保持高吞吐量。我们系统中新创建的链是完全自主的，可以选择自己的共识协议，但它们可以相互交互以共享信息和资产-满足高水平的互操作性。我们分析了MITOSIS的安全性，并通过实验评估了我们的解决方案在Hyperledger Fabric上实例化时的性能。我们的研究结果表明，MITOSIS可以移植到现有的许可区块链（如Hyperledger Fabric）中，只需很少的修改和可管理的开销。
2021-09-21 cs.CR cs.DC
V-Guard: An Efficient Permissioned Blockchain for Achieving Consensus under Dynamic Memberships in V2X
本文提出新型许可链V-Guard，通过将成员管理集成至共识过程并将交易排序与共识分离，解决了V2X网络中车辆间歇性连接下的动态成员共识问题，实现了高吞吐与低延迟。
2023-04-04 cs.DC
HiCoCS: High Concurrency Cross-Sharding on Permissioned Blockchains
HiCoCS通过复合键和虚拟子经纪人机制实现许可链上高并发跨分片交易的无冲突处理，并结合批处理、复合键复用与同态加密，将跨分片吞吐量提升3.5至20.2倍。
2025-04-08 cs.DC
Fast B4B: Fast BFT for Blockchains
低延迟是部分同步拜占庭共识协议的期望属性之一。以前的协议已经通过两个通信步骤实现了共识，或者通过减少协议可以容忍的故障数量的界限（$f \leq \frac{n-1}{5}$），或者使用可信执行环境（TEE）等可信硬件。在本文中，我们提出了一种称为快速B4B的协议，该协议在两个通信步骤中实现了共识。快速B4B可以容忍部分BFT共识可以容忍的最大数量的故障（$f \leq \frac{n-1}{3}$）。此外，Fast B4B不需要使用任何可信硬件。这一成就的折衷是，在最多$f$次，一些节点可以恢复它们的块。我们表明，这种块的逆转不会损害协议的安全性，但它可能会在视图更改过程中产生少量的额外延迟。
2021-10-11 cs.DC
Mir-BFT: High-Throughput Robust BFT for Decentralized Networks
本文介绍了Mir-BFT，这是一种强大的拜占庭容错（BFT）全序广播协议，旨在最大限度地提高广域网（WAN）的吞吐量，目标是分散网络中的部署，例如许可和权益证明许可的区块链系统。Mir-BFT是第一个允许多个领导者独立提出请求批次的BFT协议（即，并行领导者），以排除恶意（拜占庭）客户端的请求重复攻击的方式，通过将分区的请求散列空间的分配旋转到领导者。由于这种机制消除了单个领导者的带宽瓶颈，并暴露了即使在WAN上也与客户端身份验证相关的计算瓶颈，因此我们的协议使用客户端签名验证分片优化进一步提高了吞吐量。我们的评估表明，Mir-BFT优于最先进的技术，在广泛分布的100个节点上，每秒订购超过60000个签名比特币大小（500字节）的交易，1 Gbps WAN设置，典型的延迟时间为几秒钟。我们还评估了Mir-BFT在不同的崩溃和拜占庭故障，证明其性能的鲁棒性。Mir-BFT依赖于经典的BFT协议构造，这简化了对其正确性的推理。具体来说，Mir-BFT是著名的和仔细审查的PBFT协议的推广。简而言之，Mir-BFT遵循PBFT“安全性”，需要进行更改以适应限于PBFT活性的新功能。
2021-01-22 cs.DC
Transactional Properties of Permissioned Blockchains
传统的分布式事务处理（TP）系统（如复制数据库）由于所需的相互信任水平而难以广泛应用于企业集成场景。具有讽刺意味的是，公共区块链承诺解决协作过程中的相互信任问题，但却存在可扩展性、概率交易终结性和缺乏数据保密性等问题。为了解决这些问题，引入了许可区块链作为一种替代方法，结合了两个世界的优点并避免了它们的缺点。然而，没有足够的分析来强调他们在TP方面的实际能力。在本文中，我们确定了一组合适的TP标准来分析许可区块链，并将其应用于这些系统中的一组突出系统。最后，我们比较所得到的性质，并提供一般性的结论。
2019-08-28 cs.DB cs.DC
Talaria: A Framework for Simulation of Permissioned Blockchains for Logistics and Beyond
在本文中，我们介绍了Talaria，这是一种新型的许可区块链模拟器，支持多种协议和用例，尤其是在供应链管理方面。Talaria扩展了现有区块链模拟器BlockSim的功能，以包括许可的区块链，并作为进一步评估私有区块链的基础。Talaria设计有实用的拜占庭容错（pBFT）和简化版本的权威证明共识协议，但可以修改以在其模块化框架中包含其他许可协议。此外，Talaria能够模拟不同类型的恶意机构和每个节点上的可变日常事务负载。在使用Talaria时，商业从业者和政策规划者有机会衡量、评估和调整一系列用于商业运营的区块链解决方案。
2021-03-31 cs.CR cs.CY cs.DC
The Bedrock of Byzantine Fault Tolerance: A Unified Platform for BFT Protocol Design and Implementation
拜占庭容错（Byzantine Fault-Tolerant，BFT）协议最近被具有不可信基础设施的分散式数据管理系统广泛使用，许可的区块链。BFT协议涵盖了广泛的设计维度，从基础设施设置（如通信拓扑）到更多的技术特征（如承诺策略），甚至是基本的社会选择属性（如订单公平性）。不同BFT协议的激增使得难以浏览BFT景观，更不用说确定最能满足应用需求的协议了。本文介绍了一个用于BFT协议设计、分析、实现和实验的统一平台Bedrock。Bedrock提出了一个设计空间，由一组设计选择组成，这些设计选择捕获了不同设计空间维度之间的权衡，并为BFT协议的优势和劣势提供了全新的见解。Bedrock使用户能够在合理选择的空间内分析和实验BFT协议，改进当前协议以设计新协议，甚至发现以前未知的协议。我们的实验结果表明，基岩统一评估BFT协议的能力，在新的方式是不可能的，因为这些协议所作的各种假设。结果验证了基岩的能力，分析和推导BFT协议。
2022-08-03 cs.DC
Permissioned Blockchain Revisited: A Byzantine Game-Theoretical Perspective
尽管区块链的流行和实际适用性，但在区块链的理论基础上的工作非常有限：区块链幕后缺乏严格的理论和分析，严重阻碍了其更广泛的应用。本文试图为一种特定类型的区块链奠定理论基础--要求参与者基本真实性的区块链，也称为\textit{permissioned blockchain}。我们通过将来自分布式计算和拜占庭系统的智慧所隐含的约束纳入到博弈论问题中，将许可的区块链系统和操作公式化。我们证明了在一个非合作的区块链游戏（NBG）中，即使游戏涉及两个以上的参与者，也可以在封闭形式中有效地找到一个纳什均衡。令人惊讶的是，纳什均衡的模拟结果表明，无论拜占庭节点和可信玩家的数量如何，游戏都可以达到稳定状态。然后，我们研究了一个更难的问题，允许玩家形成联盟：联盟区块链游戏（CBG）。我们表明，虽然CBG的Shapley值可以用更简洁的形式表示，但其核心是空的。
2020-01-12 cs.CR cs.DC cs.GT
SharPer: Sharding Permissioned Blockchains Over Network Clusters
可扩展性是企业采用区块链系统的主要障碍之一。尽管最近对使用分片技术来增强区块链系统的可扩展性进行了深入的研究，但现有的解决方案并不能有效地解决跨分片交易。在本文中，我们介绍了SharPer，这是一个许可的区块链系统，它通过对节点进行聚类（分区）并将不同的数据分片分配给不同的集群来提高可扩展性，其中每个数据分片都在集群的节点上复制。SharPer支持分片内和跨分片事务，同时处理不同集群的分片内事务和不重叠集群的跨分片事务。在SharPer中，区块链分类账形成为有向非循环图，其中每个集群仅维护分类账的视图。SharPer还集成了一个扁平化协议，以在跨分片事务的顺序上建立集群之间的共识。实验结果显示SharPer在性能和可扩展性方面的效率，特别是在跨分片事务比例较低的工作负载中。
2020-02-16 cs.DB 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
StreamChain: Rethinking Blockchain for Datacenters
许可区块链承诺在企业对企业用例中实现安全的分散式数据管理。与比特币和类似的公共区块链依赖于工作量证明达成共识并部署在数千个地理分布的节点上相比，企业对企业的用例（如供应链管理和银行业务）需要的节点要少得多，共识成本更低，并且通常部署在具有快速网络的类似区块链的环境中。然而，许可的区块链通常遵循其面向WAN的公共亲戚背后的架构思想，这导致端到端的延迟比必要的高出几个数量级。在这项工作中，我们提出了StreamChain，这是一种允许的区块链设计，它消除了区块，有利于以流式方式处理交易。这将大大降低延迟，而不会降低吞吐量或丧失可靠性和安全性保证。为了证明我们设计的广泛适用性，我们基于Hyperledger Fabric对StreamChain进行了原型设计，并证明它的延迟比Fabric低两个数量级，同时保持类似的吞吐量。这种性能使StreamChain成为传统数据库的潜在替代品，并且由于其流模式，可以通过依赖数据中心的现代硬件来进一步研究如何减少延迟。
2020-02-10 cs.DC
Blockchain BFT Protocol for Complete Asynchronous Networks
以太坊研究团队为以太坊2.0提出了一系列Casper区块链共识协议。在文献中已经表明，用于以太坊2.0的信标网络的Casper Friendly Finality Gadget（Casper FFG）无法在部分同步网络（如互联网环境）中实现活性属性。Casper区块链共识协议（CBC Casper）的“构造正确”系列已被提议作为以太坊2.0区块链未来版本的最终小工具。遗憾的是，CBC Casper既没有构造性的终结性规则，也没有令人满意的活性性质，并且通常认为CBC Casper不能在异步网络中实现活性性质。本文提出了第一个概率CBC Casper协议，该协议在完全异步网络中实现了对（n-1）/3拜占庭参与者的活性性质。
2020-12-09 cs.CR cs.DC
Improving Energy Efficiency of Permissioned Blockchains Using FPGAs
像Hyperledger Fabric这样的许可区块链在企业应用程序的实现中已经变得非常流行。最近的研究主要集中在提高许可区块链的性能，而没有考虑其功耗/能耗。在本文中，我们进行了全面的实证研究，以了解Hyperledger Fabric（主要瓶颈节点）中验证器对等体的能效（吞吐量/能量）。我们从文献中挑选了一些验证器对等体的优化（分配CPU，软件块缓存和基于FPGA的加速器）。首先，我们提出了一种方法来测量两个计算平台（仅CPU和CPU+FPGA）的功耗/能耗。然后，我们使用我们的方法来评估一组不同的验证器对等配置的能源效率，并提出了许多有用的见解。通过仔细选择软件优化和FPGA加速器配置，与普通验证器对等体相比，我们将验证器对等体的能效提高了10 $\times$（即，确认器对等体的能量感知供应可以在消耗相同量的能量的同时多递送10 $\times$的吞吐量）。从绝对值来看，这意味着验证器对等体使用在配备AMD/Xilinx Alveo U250 FPGA卡的4核服务器上运行的软件块高速缓存，可以实现23，000 tx/s，功耗为118 W。
2022-10-21 cs.DC cs.PF
Privacy-Preserving and Incentive-Driven Relay-Based Framework for Cross-Domain Blockchain Interoperability
提出一个区块链无关的隐私保护与激励驱动中继框架，利用密码技术和Clover、Dandelion++协议实现许可链与无许可链的安全高效互操作，并通过性能评估验证其有效性。
2025-10-15 cs.DC
Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for Permissioned Blockchains
Fabric是一个模块化和可扩展的开源系统，用于部署和操作许可区块链，也是Linux基金会（www.hyperledger.org）托管的Hyperledger项目之一。Fabric是第一个真正可扩展的区块链系统，用于运行分布式应用程序。它支持模块化共识协议，允许系统针对特定用例和信任模型进行定制。Fabric也是第一个运行以标准通用程序设计语言编写的分布式应用程序的区块链系统，而不依赖于原生加密货币。这与现有的区块链平台形成了鲜明的对比，这些平台需要用特定领域的语言编写“智能合约”或依赖于加密货币。Fabric使用可移植的成员资格概念实现了许可模型，该成员资格可以与行业标准身份管理集成。为了支持这种灵活性，Fabric引入了一种全新的区块链设计，并改进了区块链应对非确定性、资源耗尽和性能攻击的方式。本文描述了Fabric，它的体系结构，各种设计决策背后的基本原理，它最突出的实现方面，以及它的分布式应用程序编程模型。我们通过实施和基准测试比特币启发的数字货币来进一步评估Fabric。我们表明，在某些流行的部署配置中，Fabric实现了每秒超过3500个事务的端到端吞吐量，具有亚秒级的延迟，可扩展到100多个对等点。
2018-04-17 cs.CR cs.DC
Performance Analysis of the Libra Blockchain: An Experimental Study
自2008年比特币首次推出以来，基于区块链提出了许多类型的加密货币。然而，非许可区块链的性能限制了加密货币的广泛应用。最近，Facebook提出了基于许可区块链的Libra，即Libra区块链。Libra的愿景是成为支持金融应用的全球货币，但人们怀疑Libra区块链的性能是否能够支持频繁的小额支付场景。在本文中，我们提出了一种评估区块链平台性能的方法，并对Libra区块链进行了实验研究。结果显示，Libra区块链每秒最多只能处理约一千笔交易，并且随着验证器数量的增加，性能显著下降。尽管Libra的性能优于无许可区块链平台，但与Hyperledger Fabric等其他许可区块链相比，Libra区块链的性能仍然不令人满意，需要进行有效的改进，以便在未来支持全球小额支付。
2019-12-11 cs.DC
From Byzantine Replication to Blockchain: Consensus is only the Beginning
区块链的普及导致人们对拜占庭容错（BFT）状态机复制协议的兴趣重新抬头。然而，关于这个主题的大部分工作都集中在底层共识协议上，强调它们缺乏可扩展性，而其他微妙的限制则没有得到解决。这些限制与维护持久区块链而不是预写日志的影响以及以分散方式重新配置副本集的要求有关。我们使用数字硬币区块链应用程序和BFT-SMaRt（一种流行的BFT复制库）来证明这些限制。我们展示了如何在概念层面上以协议不可知的方式解决这些问题，以及如何通过实现基于BFT-SMaRt的区块链平台SMaRtChain来解决这些问题。与BFT-SMaRt之上的简单实现相比，SMaRtChain将我们的数字硬币应用程序的性能提高了8倍。此外，SMaRtChain在确保其区块链的强大耐用性时，分别实现了比Tendermint和Hyperledger Fabric更好的吞吐量$8\times$和$33\times$。
2020-04-30 cs.CR cs.DC
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
XLPN: Efficient and Scalable Cross-Ledger Protocols for the Topological Consortium of Permissioned Blockchains
虽然越来越多的特定于应用程序的区块链或分类账正在实施和部署，但这些分类账之间的信息交换仍然是一个悬而未决的问题。现有的交叉账本协议（XLPs）表现出各种限制，例如可扩展性、活跃性、效率等。本文提出了一种新的XLP，即XLPN-22，它为账本联盟引入了一个全局拓扑，以实现更高的跨账本数据交换效率和可扩展性。在这项工作中，我们证明了XLPN-22的安全性和活性，并分析了它的理论复杂性。我们还在SciChain账本上实施了XLPN-22，并在多达128个节点，8个账本和16，000个交易上进行了评估。实验结果表明，XLPN-22的性能分别比VLDB-20和PODC-18提高了18- 50%和64- 84%.
2021-12-30 cs.DB cs.DC
P-CFT: A Privacy-preserving and Crash Fault Tolerant Consensus Algorithm for Permissioned Blockchains
本文提出P-CFT共识算法，通过零知识证明在许可区块链共识层直接实现数据隐私保护，同时保持崩溃容错能力，实验验证了其集成可行性。
2023-05-26 cs.CR cs.DC cs.NI
Secure and Privacy-Preserving Stored Surveillance Video Sharing atop Permissioned Blockchain
目前，有超过10亿台闭路电视摄像机在监视着世界。这些摄像头收集了大量的视觉信息，这些信息通常被处理并存储在远程和集中的云服务器中。许多情况表明，这种传统方法受到安全和隐私漏洞的困扰。这些漏洞可能是在传输到远程监控分析中心（SAC）时拦截原始视频，渗透到摄像头和网络视频记录（NVR），或者滥用摄像头和存储的视频。因此，传统的视频监控系统（VSS）无法保证保护CCTV摄像机拍摄的个人隐私。因此，本文提出了一种基于智能合约，区块链（BC）和使用DAB加密视频帧的授权用户/节点的安全和隐私保护存储监控视频共享（SePriS）机制，该机制是基于离散余弦变换（DCT），高级加密标准（AES）和块重排（BS）算法开发的。基于BC的解决方案为创建分散、可靠的SAC和存储站点创造了有利的环境，可以在SAC节点之间以及由安全连接到SAC节点的执法人员、警察部门和法院安全地共享存储的监控视频。实验和分析验证了所提出的基于BC的SePriS解决方案达到了设计目的。
2021-04-12 cs.DC
CollaChain: A BFT Collaborative Middleware for Decentralized Applications
共享经济正在集中服务，导致互联网的滥用。我们可以列出数据黑客，全球中断甚至使用数据来操纵其所有者所造成的日益严重的损害。不幸的是，没有分散的网络，用户可以以安全的方式进行点对点交互。区块链激励参与者单独验证每一笔交易，并将他们的区块强加给网络。因此，智能合约请求的验证是计算密集型的，而关于唯一状态的协议并没有充分利用网络。在本文中，我们提出了Collachain，这是一种新的拜占庭容错区块链，与利用协作的最大DApps生态系统兼容。首先，执行智能合约的参与者合作验证交易，从而将现代区块链所需的验证数量减半（例如，Ethereum、Libra）。第二，共识的参与者合作将他们的区块提案组合成一个超级区块，从而随着系统增长到数百个节点而提高吞吐量。此外，Collachain为用户提供了在不下载区块链的情况下安全交互的可能性，因此允许通过移动设备进行交互。Collachain在性能上优于Concord和Quorum区块链，在Twitter DApp（去中心化应用程序）工作负载下，其吞吐量峰值为4500 TPS。最后，我们展示了Collachain的可扩展性部署在200个节点位于5大洲的10个国家。
2022-03-23 cs.DC
SURFACE: A Practical Blockchain Consensus Algorithm for Real-World Networks
SURFACE代表安全、自适应和相对无分叉的链扩展方法，是一种共识算法，专为现实世界的网络设计，并享有Nakamoto共识和拜占庭容错（BFT）共识的好处。在SURFACE中，每一轮都会随机选出一个委员会来验证和支持提议的新区块。委员会的规模可以根据底层网络进行调整，以使区块链在通信中具有合理的开销。因此，区块链通常可以实现高吞吐量和低延迟的快速概率确认。SURFACE还提供BFT机制，以在极端网络情况下（如大网络分区或受到大规模DDoS攻击）确保账本一致性。
2020-08-14 cs.DC
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
RecAGT: Shard Testable Codes with Adaptive Group Testing for Malicious Nodes Identification in Sharding Permissioned Blockchain
针对分片许可链的节点脆弱性问题，提出融合分片可测码、身份证明协议与自适应群测试的RecAGT方案，可低开销高效识别恶意节点且适配各类分片许可链。
2023-12-12 cs.CR cs.DC
The latest gossip on BFT consensus
本文介绍了Tendermint，一个新的协议，用于在分布式网络中的对抗条件下排序事件。这个问题通常被称为拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerant，BFT）共识或原子广播，近年来由于基于区块链的数字货币（如比特币和以太坊）的广泛成功而引起了人们的极大关注，这些数字货币在没有中央权威的公共环境中成功地解决了这个问题。Tendermint对该主题的经典学术工作进行了现代化，并通过依赖节点之间的对等八卦协议简化了BFT算法的设计。
2019-11-22 cs.DC
A Performance Analysis of BFT Consensus for Blockchains
本文提出分析模型，针对崩溃故障研究 Istanbul BFT 和 HotStuff 共识协议在不同网络拓扑下的性能，推导定时器值与参与者等因素对共识时间的影响，并通过仿真验证，为协议建模提供指导。
2024-11-12 cs.DC cs.PF
Supermassive Blockchain
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文提出一种解耦状态执行的架构，设计出一种新型存储可扩展的BFT协议，实现传统BFT协议的确定性安全属性，通过擦除编码确保状态可用性，降低网络开销。
2026-03-25 cs.DC
