Verilay: A Verifiable Proof of Stake Chain Relay
区块链中继方案可以在不需要可信中介的情况下实现跨链状态证明。这是通过在目标区块链上应用源区块链的共识验证协议来实现的。现有的链式继电器允许验证使用工作量证明（PoW）协议创建的块。由于PoW需要高能耗，有限的吞吐量，并且没有保证的最终性，因此权益证明（PoS）区块链协议越来越受欢迎，以解决这些缺点。我们提出了Verilay，这是第一个链中继方案，可以验证产生最终块的PoS协议，例如以太坊2.0，Cosmos和Polkadot。该概念不需要更改源区块链协议或验证器操作。区块提议者的签名由目标区块链上的专用中继智能合约验证。与基本的PoW链中继相比，Verilay只需要提交一个区块头的子集，以保持完全的可验证性。这产生了增强的可扩展性。我们提供了一个原型实现，便于在以太坊虚拟机（EVM）内验证以太坊2.0信标链报头。我们的评估证明了以太坊1.0主网的适用性，并证实与PoW链中继更新相比，只需要一小部分交易成本。
2022-01-21 cs.CR
FedChain: Secure Proof-of-Stake-based Framework for Federated-blockchain Systems
在本文中，我们提出了FedChain，这是一种用于联邦区块链系统的新框架，可以在不同的区块链网络之间有效地传输令牌。特别是，我们首先介绍了一个联合区块链系统以及一个跨链传输协议，以促进链之间令牌的安全和分散传输。然后，我们为FedChain开发了一种新的基于PoS的共识机制，该机制可以满足严格的安全要求，防止各种区块链特定的攻击，并实现比其他现有共识机制更理想的性能。此外，Stackelberg博弈模型被开发来研究和解决FedChain系统中的中心化问题。此外，该博弈模型可以提高FedChain的安全性和性能。通过分析利益相关者和连锁经营者之间的相互作用，我们可以证明Stackelberg均衡的唯一性，并找到该均衡的精确公式。这些结果对于利益相关者确定其最佳投资策略以及链运营商设计最佳策略以最大化其利益和FedChain的安全保护尤为重要。仿真结果清楚地表明，FedChain框架可以帮助利益相关者最大化他们的利润和链运营商设计适当的参数，以提高FedChain的安全性和性能。
2021-01-29 cs.CR cs.GT
e-PoS: Making Proof-of-Stake Decentralized and Fair
依赖于工作量证明（PoW）的区块链应用程序越来越变得能源效率低下，碳足迹惊人。相比之下，节能的替代共识协议，如权益证明（PoS），可能会导致区块链系统中的中心化和不公平。为了应对这些挑战，我们提出了一个基于PoS的区块链系统的模块化版本，称为epos，通过将挖掘机会扩展到更广泛的利益相关者来抵制网络资源的集中化。此外，epos利用内置的系统操作，通过惩罚恶意实体来促进公平的采矿实践。我们通过理论分析和仿真验证epos的可实现目标。我们的研究结果表明，epos确保了公平性和去中心化，并且可以应用于现有的区块链应用程序。
2021-01-01 cs.CR cs.DC
Network Participation and Accessibility of Proof-of-Stake (PoS) Blockchains: A Cross-platform Comparative Analysis
本研究基于五项指标比较分析了11个PoS区块链的开放性，发现Solana和Avalanche开放性较高，BNB Chain等较低，Ethereum在参与成本上占优但资本集中度高，并指出许可链转型需重视开放性。
2023-05-22 cs.CR cs.CY cs.DC
Linear Consistency for Proof-of-Stake Blockchains
通过最长链规则（由比特币推广）维护的区块链数据结构是共识算法的强大算法工具。这样的算法实现了链中块的一致性，作为它们从链末端开始的深度的函数。虽然对比特币的分析保证了深度为$O(k)$的区块与错误$2^{-k}$的一致性，但最先进的权益证明（PoS）区块链对$k$具有二次依赖性：这些协议，例如Ouroboros（Crypto 2017），Ouroboros Praos（Eurocrypt 2018）和Sleepy Consensus（Asiacrypt 2017），只能确定深度$Θ(k^2)$是足够的。这种二次缺口是否是PoS的内在限制--由于诸如无风险问题之类的问题--一直是一个紧迫的开放问题，因为部署的PoS区块链进一步依赖于协议正确性的一致性。我们给出了一个区块链动态的公理化理论，该理论允许对最长链规则进行严格的推理，并在广泛的一般性上实现$Θ(k)$对深度的依赖，以实现一致性错误$2^{-k}$。特别是，我们第一次证明了PoS协议可以匹配工作量证明协议的线性一致性。我们分析了相关的随机过程，给出了这个过程的临界泛函的递归关系，并推导出在两个独立同分布的尾界。和鞅设置通过相关的生成函数。
2019-11-22 cs.CR cs.DM
BlockRoam: Blockchain-based Roaming Management System for Future Mobile Networks
移动服务提供商（MSP）特别容易受到漫游欺诈的影响，特别是那些利用当代漫游管理系统数据交换过程中的长时间延迟的欺诈，每年造成数十亿美元的损失。在本文中，我们介绍了BlockRoam，这是一种新型的基于区块链的漫游管理系统，它在MSP和移动用户之间提供了一个高效的数据交换平台。利用权益证明（PoS）共识机制和智能合约，BlockRoam可以显著缩短信息交换延迟，从而解决漫游欺诈问题。通过深入的分析，我们表明，这种基于PoS的区块链网络的安全性和性能可以通过激励更多的用户（例如，用户）参与网络。此外，这种网络中的用户经常加入权益池（例如，以增加他们的利润。因此，我们开发了一个基于Stackelberg博弈的经济模型，以共同最大化网络用户和股权池的利润，从而鼓励用户参与。我们还提出了一个有效的方法来保证这个游戏的均衡的唯一性。性能评估表明，提出的经济模型有助于MSP赚取额外的利润，吸引更多的投资到区块链网络，并提高网络的安全性和性能。
2020-05-10 cs.CR
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
Fuzzychain: An Equitable Consensus Mechanism for Blockchain Networks
针对PoS共识机制可能导致权力集中的问题，提出Fuzzychain机制，利用模糊集定义权益语义并基于隶属度选择验证者，实现了更公平的权益分配和更具包容性的网络。
2024-05-31 cs.CR cs.ET cs.LO
Weighted Voting on the Blockchain: Improving Consensus in Proof of Stake Protocols
权益证明（PoS）协议依赖于投票机制来就当前状态达成共识。如果增强的大多数staking节点（也称为验证器）同意提议的区块，则该区块将被附加到区块链。然而，这些协议仍然容易受到由偶然或恶意弃权的验证者引起的错误的影响。为了在保留PoS选择和奖励分配方案的同时防止此类故障，我们研究了验证委员会中的加权投票。我们将区块创建过程形式化，并引入验证者的投票配置文件，我们通过与验证者投票行为相关的乘法权重算法更新这些投票配置文件，并聚合区块链奖励。使用这个框架，我们利用加权多数投票规则，优化集体决策，无论是数字和分析，共识机制是更强大的，如果验证者的投票适当缩放。我们提出了潜在的问题和限制加权投票在不信任，分散的网络，并将我们的研究结果与当前的PoS协议的设计。
2021-07-18 cs.CR cs.GT
Aegis: Tethering a Blockchain with Primary-Chain Stake
Aegis是一种被锚定区块链协议，通过主链权益抵押和同步/部分同步假设，利用区块引用、检查点和委员会重置，在保证安全性的同时实现快速进展。
2025-04-24 cs.CR cs.DC
Securing Proof of Stake Blockchains: Leveraging Multi-Agent Reinforcement Learning for Detecting and Mitigating Malicious Nodes
本文提出MRL-PoS+共识算法，利用多智能体强化学习检测并消除PoS区块链中的恶意节点，通过惩罚-奖励机制有效抵御六种主要攻击，且不增加计算开销。
2024-12-08 cs.CR cs.DC
MRL-PoS: A Multi-agent Reinforcement Learning based Proof of Stake Consensus Algorithm for Blockchain
针对区块链中现有共识算法难以识别所有恶意节点的问题，提出基于多智能体强化学习的MRL-PoS权益证明共识算法，通过奖惩机制和持续训练提升网络安全性与可靠性。
2023-12-14 cs.CR cs.DC
More (or Less) Economic Limits of the Blockchain
本文扩展了Budish（2018）的区块链可持续性框架，以考虑权益证明（除了工作量证明）共识机制和许可（节点数量固定）网络。它表明，一个经济上可持续的网络将涉及相同的成本，无论是工作证明或权益证明，虽然在后者的成本将采取非流动性的财政资源的形式。此外，它表明，调节节点的数量（如在许可网络中）不会导致额外的成本节省，否则无法通过在无许可（即，免费进入）网络。这表明许可网络将无法节省相对于非许可网络的成本。
2020-12-22 cs.CR
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
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
Fair Proof-of-Stake using VDF+VRF Consensus
提出了一种新的权益证明协议，该协议由可验证随机函数（VRF）和可验证延迟函数（VDF）构成，具有以下性质：a）所有具有正权益的地址都可以参与; b）公平，因为硬币权益与奖励的分配成正比; c）抵抗几种经典的区块链攻击，如Sybil攻击，“Nothing-at-stake”攻击和“Winner-takes-all”攻击。我们称之为Vixify共识。
2020-10-09 cs.CR
Flashback: Enhancing Proposer-Builder Design with Future-Block Auctions in Proof-of-Stake Ethereum
针对以太坊MEV威胁共识安全的问题，该研究将未来区块提议者纳入PBS博弈模型，提出更优的拍卖机制，经合成与真实数据验证可实现更高利润均衡，为PoS以太坊拍卖机制优化提供依据。
2024-05-15 cs.CR
Robust Blockchained Federated Learning with Model Validation and Proof-of-Stake Inspired Consensus
University of Delaware（特拉华大学）；Deakin University（迪肯大学）；University of Oulu（奥卢大学）
联邦学习（FL）是一种很有前途的分布式学习解决方案，它只交换模型参数而不泄露原始数据。然而，FL的集中式架构容易受到单点故障的影响。此外，FL不会检查本地模型的合法性，因此即使是一小部分恶意设备也会破坏全局训练。为了解决FL的这些鲁棒性问题，在本文中，我们提出了一个基于区块链的分散FL框架，称为VBFL，通过在区块链架构中利用两种机制。首先，我们引入了一种新的去中心化验证机制，使得本地模型更新的合法性由单个验证器检查。其次，我们设计了一个专用的权益证明共识机制，其中权益更频繁地奖励给诚实的设备，这通过增加它们指定附加到区块链的块的机会来保护合法的本地模型更新。我们对MNIST分类的仿真结果证实，在15%的恶意设备中，VBFL实现了87%的准确性，比Vanilla FL高7.4倍。
2021-01-09 cs.AI cs.CR cs.DC
STAKESURE: Proof of Stake Mechanisms with Strong Cryptoeconomic Safety
本文提出STAKESURE保险机制，通过形式化分析PoS区块链的腐败成本与收益、推导更紧上界并设计新确认规则，实现强加密经济安全性，确保诚实交易者不损失资金且受害方得到充分补偿。
2024-01-11 cs.CR cs.NI
Babylon: Reusing Bitcoin Mining to Enhance Proof-of-Stake Security
比特币是世界上最安全的区块链，由其工作量证明矿工的巨大哈希能力支持，但消耗大量能源。权益证明链是节能的，具有快速的终结性和问责制，但面临着几个基本的安全问题：易受不可削减的远程安全攻击，不可削减的交易审查和拖延攻击，以及难以从低代币估值引导新的PoS链。我们提出了巴比伦，一个区块链平台，它通过重用巨大的比特币哈希能力来提高PoS链的安全性，从而结合了两个世界的优点。Babylon提供数据可用的时间戳服务，通过允许他们在Babylon上为数据可用的块检查点、欺诈证据和审查交易打上时间戳来保护PoS链。Babylon矿工将矿机与比特币合并，因此该平台的额外能源成本为零。通过一个密码经济学安全性定理形式化了一个巴比伦增强的PoS协议的安全性，该安全性定理给出了可削减的安全性和活性保证。
2022-01-20 cs.CR
Obelia: Scaling DAG-Based Blockchains to Hundreds of Validators
Obelia通过两级验证者系统改进DAG共识协议，支持数百验证者，无显著开销，并激励辅助验证者协助恢复核心验证者。
2024-11-05 cs.CR cs.DC
Proof of Mining in Blockchain Systems
我们提出了一个采矿系统的证明。粗略地说，在该系统中，具有账户$A$的判别指数$a\in[0,1]$的采矿权${\rm mstak}(A)$由以下公式定义：$${\rm mstak}(A)=(1-a)\cdot\frac{1}{\rm NOM}+a\cdot\frac{{\rm NOBM}(A)}{L},$$其中$L$是区块链的长度，${\rm NOM}$是区块链中的矿工数量，并且${\rm NOBM}(A)$是由$A$开采的区块数量。
2019-03-03 cs.CR
Incentives Don't Solve Blockchain's Problems
区块链面临两个基本挑战。它必须激励用户维护系统，同时防止少数用户串通并获得不成比例的控制权。许多流行的公共区块链使用货币激励来鼓励用户采取适当的行为。但同样的激励计划产生的问题比解决的问题更多。挖矿奖励导致比特币等“工作量证明”链的集中化。验证者的奖励和惩罚会在“权益证明”链中引发攻击。本文讨论了为什么这些激励计划对区块链有害。它考虑了一系列其他系统-其中一些包含货币激励，其中一些没有-以确认货币激励对于良好的用户行为既不必要也不充分。
2019-05-12 cs.CR
Barracuda: The Power of $\ell$-polling in Proof-of-Stake Blockchains
区块链是由分布式节点组维护的顺序事件数据库。区块链中的一个关键共识问题是确定序列中的下一个块（数据元素）。许多区块链通过选择一个新节点来提出每个新区块来解决这个问题。新区块（通常）附加到提议者的本地区块链的顶端，随后广播到网络的其余部分。如果没有网络延迟（或对抗行为），这个过程将给出一个完美的链，因为每个提议者都对区块链有相同的看法。实践中的一个主要挑战是分叉。由于网络延迟，提议者可能还没有最新的区块，因此可能会创建一个从主链中间分支出来的侧链。分叉降低了吞吐量，因为只有一个主链可以生存，所有其他块都被丢弃。我们提出了一个新的P2P协议，称为梭子鱼，其中每个提议者，提出一个块之前，轮询$\ell$其他节点的本地块树信息。在随机网络模型下，我们证明了这种轻量级原语提高了吞吐量，就好像整个网络是一个因素的$\ell$更快。我们提供了如何在实践中实施梭子鱼的指导方针，保证了对几个现实因素的鲁棒性。
2019-09-18 cs.CR cs.DC cs.IT
Securing Majority-Attack In Blockchain Using Machine Learning And Algorithmic Game Theory: A Proof of Work
最近，我们可以看到几个机构联合起来创建基于联盟的区块链网络，如Hyperledger。虽然对于比特币，Litcoin等区块链应用程序来说，多数攻击可能不是一个很大的威胁，但对于基于联盟的区块链网络，我们可以看到公共，私人，政府等多个机构正在合作，如果这些机构之间发生勾结，多数攻击可能会被证明是一个普遍的威胁。本文提出了一种方法，在该方法中，我们可以使用智能软件代理来监控区块链网络中利益相关者的活动，以使用监督机器学习算法和算法博弈论来检测共谋等异常，并阻止多数攻击的发生。
2018-06-14 cs.CR
On-chain Validation of Tracking Data Messages (TDM) Using Distributed Deep Learning on a Proof of Stake (PoS) Blockchain
Space Protocol（空间协议）
本文提出一种基于PoS区块链和分布式Transformer深度学习模型的TDM去信任化验证机制，通过共识取代中心权威，实现对空间目标观测数据的交叉验证与激励惩罚。
2024-09-03 astro-ph.EP cs.CR cs.LG
Unsealing the secrets of blockchain consensus: A systematic comparison of the formal security of proof-of-work and proof-of-stake
针对PoW与PoS共识形式化安全属性缺乏系统梳理的问题，通过对26篇文献的综述发现最长链规则PoW安全保障最强，PoS经混合方案解决安全-活性权衡后可达类似水平。
2024-01-31 cs.CR cs.DC
Ethereum Proof-of-Stake under Scrutiny
本文审视以太坊合并后的权益证明共识协议，分类了危及活性的攻击并发现补丁协议的新攻击，通过提出新型形式化方法证明其具备安全性但仅有概率性活性。
2023-09-14 cs.CR cs.DC
ABC: Proof-of-Stake without Consensus
我们引入了一种新的无许可区块链架构，称为ABC。ABC是完全异步的，既不依赖于随机性，也不依赖于工作量证明。ABC可以并行化，事务在一次通信往返中具有终结性。然而，ABC通过引入较弱的终止性质仅满足了一种宽松形式的共识。如果没有完全的共识，ABC就无法支持某些应用程序，特别是ABC无法支持一般的智能合约。然而，许多重要的应用程序并不需要一般的智能合约，ABC是这些应用程序的更好解决方案。特别是，ABC可以实现像比特币这样的加密货币的功能，用权益证明验证取代比特币的耗能工作量证明。
2020-07-20 cs.CR
Proof of Useful Intelligence (PoUI): Blockchain Consensus Beyond Energy Waste
School of Science and Technology（科学与技术学院）；Kwansei Gakuin University（片山大学）；School of Engineering & Computer Science（工程与计算机科学学院）；Victoria University of Wellington（威灵顿维多利亚大学）
针对区块链共识能耗高或易中心化的问题，提出PoUI混合共识机制，让工作者执行AI任务赚取代币并质押保障网络安全，兼顾安全与实用。
2025-04-24 cs.AI cs.CR
Post-Quantum VRF and its Applications in Future-Proof Blockchain System
可验证随机函数（Verifiable Random Function，简称VRF）是一种功能强大的伪随机函数，可以提供非交互式的公共可验证证明，以证明其输出的正确性。最近，VRF在区块链设计中找到了重要的应用，例如随机信标和权益证明共识协议。据我们所知，第一代区块链系统使用了固有的低效工作量证明共识，研究界试图通过提出权益证明方案来实现相同的属性，其中资源密集型工作量证明由加密构造来模拟。不幸的是，那些讨论最多的权益证明共识（例如，Algorand和Ouroborous家族）并不是面向未来的，因为构建模块只有在经典的硬假设下才是安全的;特别是，他们的设计忽略了量子计算的出现及其影响。在本文中，我们提出了一个通用的编译器，以获得后量子VRF从简单的VRF解决方案，使用密钥原语（例如，非交互式零知识系统）具有量子安全的内在属性。我们的新的解决方案是通过两个有效的零知识系统ZKBoo和ZKB++，分别实现，以验证编译器的正确性。我们的概念验证实施表明，即使在今天，我们的解决方案引入的开销在实际部署中也是可以接受的。我们还展示了量子安全VRF的潜在应用，例如量子安全分散随机信标和基于彩票的利益证明共识区块链协议。
2021-09-05 cs.CR cs.CY cs.DC
LaKSA: A Probabilistic Proof-of-Stake Protocol
我们提出了大规模已知委员会基于利益的协议（LaKSA），这是一种基于链的权益证明协议，专用于但不限于加密货币。LaKSA通过轻量级委员会投票最大限度地减少了节点之间的交互，从而产生了比竞争系统更简单，更强大，更可扩展的提案。它还减轻了以前系统的其他缺点，例如高奖励方差和长确认时间。LaKSA可以通过设计支持大量节点，并提供概率安全保证，其中客户端通过基于其区块链视图计算事务被恢复的概率来做出提交决策。我们提出了一个彻底的分析LaKSA和报告其实施和评估。此外，我们证明安全性的新技术可以更广泛地应用于其他权益证明协议。
2021-01-02 cs.CR
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
Unconditionally Safe Light Client
本文针对PoS区块链轻客户端提出形式化加密经济安全与受保安全机制，通过权益罚没实现无条件保护，并实现可编程安全定制，在低成本实现下支持客户端按需选择延迟与保险成本的最优权衡。
2024-05-02 cs.CR
PREStO: A Systematic Framework for Blockchain Consensus Protocols
区块链技术的快速发展将来自根本不同背景的利益相关者聚集在一起。其结果是一个多样化的生态系统，正如各种不同区块链协议的发展所证明的那样。这给决策者和政策制定者提出了问题：不同的协议如何比较？他们的取舍是什么？现有的调查该领域的努力揭示了一个支离破碎的术语，并且缺乏一个统一的框架来推理区块链协议的属性。在本文中，我们努力弥合这一差距。我们提出了一个五维的设计空间与模块化的结构，协议可以进行比较和理解。基于这五个轴-最优性，稳定性，效率，鲁棒性和持久性-我们组织现有协议的属性在增加粒度的子类别。其结果是一个动态的方案-称为PREStO框架-它有助于不同背景的利益相关者之间的互动，包括管理人员和投资者，并实现对区块链协议的系统推理。我们通过比较现有协议和确定研究挑战来说明其价值，从而通过更全面的视角了解区块链生态系统迈出了第一步。
2021-07-18 cs.CR cs.GT
Pulsar Consensus
本文介绍了Pulsar权益证明共识协议，旨在为PoW区块链创建PoS侧链，提出了一种新型可组合的基于密度的链选择规则，并在Mintlayer的Bitcoin侧链中实现。
2025-07-17 cs.CR
A Unifying Hybrid Consensus Protocol
我们介绍Unity，一种用于公共区块链设置的新共识算法。Unity是一种最终一致性协议，将工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）合并为一个连贯的随机过程。它包括硬件和经济安全，而不牺牲可用性，不可预测性和分散性。实验结果表明，该协议是公平的，可扩展到任意数量的矿工和利益相关者。
2019-06-07 cs.CR
Formalizing Nakamoto-Style Proof of Stake
容错分布式系统将对单个参与方的信任转移到参与协议的大多数参与方。这使得基于区块链的加密货币成为可能：它们允许各方在没有可信第三方的情况下就交易的总顺序达成一致。要信任分布式系统，协议的安全性和实现的正确性必须是无可争议的。我们提出了第一个机器检查证明，保证安全性和活性的共识算法。我们使用基础证明助手Coq验证了一个权益证明（PoS）Nakamoto风格的区块链（NSB）协议。特别是，我们认为一个PoS NSB在一个同步网络与一组静态的损坏方。我们定义执行语义，这种设置和证明链增长，链质量，共同前缀，这意味着安全和活性。
2021-05-18 cs.CR cs.LO
Pikachu: Securing PoS Blockchains from Long-Range Attacks by Checkpointing into Bitcoin PoW using Taproot
基于可重用资源的区块链系统，如权益证明（PoS），提供的安全保证比基于工作量证明的系统更弱。具体来说，它们容易受到远程攻击，对手可以破坏先前的参与者，以重写链的完整历史。为了防止对PoS链的这种攻击，我们提出了一种协议，该协议将PoS链的状态检查到工作量证明区块链（如比特币）。因此，我们的检查点协议不依赖于任何中央机构。我们的工作使用Schnorr签名，并利用比特币最近的Taproot升级，使我们能够创建一个恒定大小的检查点交易。我们认为我们的协议的安全性，并提出了一个开源的实现，在比特币测试网上进行了测试。
2022-10-13 cs.CR
A Comment on "e-PoS: Making PoS Decentralized and Fair"
本文评论了Saad等人提出的e-PoS协议，指出其将传统PoS模型视为公平性问题根源的误解，该模型与PoS一般概念及其文中提及的加密货币不符。
2025-04-24 cs.CR
CoBRA: A Universal Strategyproof Confirmation Protocol for Quorum-based Proof-of-Stake Blockchains
TU Wien（维也纳工业大学）；Common Prefix；Mysten Labs；ISTA（奥地利科学技术研究所）
本文研究了基于准群的状态机复制协议在混合模型下的安全性，提出了一种通用策略证明确认协议CoBRA，能够容忍超过1/3的拜占庭节点和1/3的理性节点，同时通过引入最强链规则和交易量限制，确保交易最终性，并通过实证分析验证其在以太坊和Cosmos上的实用性。
2026-06-16 cs.CR cs.DC
QuickSync: A Quickly Synchronizing PoS-Based Blockchain Protocol
为了实现区块链，我们需要一个区块链协议，让所有节点都能遵循。为了设计一个区块链协议，我们需要一个区块发布者选择机制和一个链选择规则。在基于权益证明（PoS）的区块链协议中，区块发布者选择机制基于节点持有的相对权益来选择节点来发布下一个区块。然而，PoS协议，如Ouroboros v1，可能面临完全自适应损坏的漏洞。在本文中，我们提出了一种新的基于PoS的区块链协议QuickSync，以实现对完全自适应腐败的安全性，同时提高性能。我们提出了一个称为块功率的度量，为每个块定义的值，来自基于块发布者的数字签名的可验证随机函数的输出。有了这个度量，我们计算了所有有效链的链功率，即组成链的所有块的块功率之和。这些指标是块发布者的股份的函数，以实现协议的PoS方面。链选择规则选择具有最高链幂的链作为要扩展的链。因此，该链选择规则确定了前一个区块的选定区块发布者。当我们使用度量来定义链选择规则时，它可能会导致针对Sybil攻击的漏洞。QuickSync使用Sybil攻击抵抗功能，使用直方图匹配实现。我们证明了QuickSync满足公共前缀，链增长，和链质量属性，因此它是安全的。我们还表明，它是弹性的不同类型的对抗攻击策略。我们的分析表明，QuickSync在每秒交易量和最终完成时间上的表现都比比特币好一个数量级，在最终完成时间上比Ouroboros v1好三倍。
2023-03-16 cs.CR cs.GT
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
Mastering AI: Big Data, Deep Learning, and the Evolution of Large Language Models -- Blockchain and Applications
National Taiwan Normal University（台湾师范大学）；Indiana University（印第安纳大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；University of Hawaii（夏威夷大学）；AppCubic；Kyoto University（京都大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Xi’an Jiaotong-Liverpool University（西交利物浦大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Rutgers University（罗格斯大学）；Purdue University（普渡大学）；Emory University（埃默里大学）
本文探讨了区块链技术的基础、应用及挑战，分析了其在金融、供应链等领域的实际应用，并讨论了可扩展性和未来发展方向。
2025-12-22 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
Casper the Friendly Finality Gadget
我们介绍Casper，这是一个基于工作量证明的终结性系统，它覆盖了现有的工作量证明区块链。Casper是结合权益证明算法研究和拜占庭容错共识理论的一种部分共识机制。我们介绍了我们的系统，证明了一些可取的功能，并显示防御远程修订和灾难性的崩溃。Casper覆盖层提供了几乎所有的工作链证明，并提供了额外的区块恢复保护。
2019-01-22 cs.CR
How Does Blockchain Security Dictate Blockchain Implementation?
区块链协议具有各种安全保证。例如，受BFT启发的协议（如Algorand）在部分同步设置中往往是安全的，而像比特币这样的最长链协议通常需要更强的同步性才能安全。与分片等可扩展性解决方案直接相关的另一个基本区别是，单个不受信任的用户是否能够指向 * 证书 *，这提供了块确认的无可争议的证据。Algorand产生这样的证书，而比特币没有。这些属性是偶然的吗？或者它们是协议设计范式的固有后果？我们在本文中的目的是从根本上了解什么决定了非许可区块链协议的安全性。使用（Lewis-Pye和Roughgarden，2021）中开发的框架，我们证明了一般结果，表明这些问题与用户选择过程的属性直接相关，即，用于选择具有更新状态任务的用户的方法（例如工作量证明或权益证明）。例如，我们的研究结果足以证明，证书的产生对于工作量证明协议是不可能的，但是对于标准形式的权益证明协议是自动的。作为我们工作的副产品，我们还定义了一些安全概念，并确定它们之间的等价性和不等价性。
2021-11-05 cs.CR cs.DC
Don't Mine, Wait in Line: Fair and Efficient Blockchain Consensus with Robust Round Robin
权益证明系统在每一轮中随机选择一个参与者作为共识领导者，该领导者将链扩展到下一个区块，使得选择概率与拥有的权益成比例。然而，分布式随机数生成是出了名的困难。从前面的块中获得随机性的系统是完全不安全的;提供安全随机选择的解决方案由于其高通信复杂性而效率低下;并且平衡安全性和性能的方法表现出选择偏差。当区块创建获得新的股权奖励时，即使是微小的偏差也会产生严重的累积效应。在本文中，我们提出了鲁棒轮循，一个新的共识计划，解决这个选择问题。我们通过从现有的基础设施（如英特尔的SGX处理器）引导，或从初始公平分布开始挖掘，来创建可靠的长期身份。对于领导者选择，我们使用确定性方法。在每一轮中，我们以循环方式选择一组先前创建的身份作为共识领导者候选人。由于简单的循环是容易受到攻击，并提供穷人的活力，我们补充这种确定性的选择政策与一个轻量级的背书机制，这是一个互动的协议之间的领导者候选人和其他系统参与者的一个小子集。我们的解决方案具有较低的良好效率，因为它不需要昂贵的分布式随机生成，并且它提供了块创建公平性，这在奖励新权益的部署中至关重要。
2020-05-18 cs.CR cs.DC
Defending Against Malicious Reorgs in Tezos Proof-of-Stake
区块链的目的是不可变的，因此能够通过链重组（恶意重组）删除交易的攻击者可以执行有利可图的双重花费攻击。我们研究了攻击者可以在Tezos权益证明协议中执行reorgs的速率。例如，具有40%的抵押权的攻击者能够以平均每天一次的速度执行20个块的恶意重组，并且随着抵押权增长超过40%，攻击概率超线性地增加。此外，Tezos协议的攻击者提前知道何时会出现攻击机会，并可以使用此知识来安排交易以进行双重花费。我们表明，在特定情况下，Tezos协议可以进行调整，以防止深度reorgs。例如，我们证明了协议参数，减少了两个数量级的长度为20重组机会的40%的攻击者。我们还观察到优化深度重新组织的鲁棒性（可能是净利润的昂贵偏差，因为它们可以实现双重支出）和自私挖掘的鲁棒性（即使没有双重支出，通常也会导致短期重新组织的挖掘偏差）之间的权衡。也就是说，能够最好地抵御一种攻击的参数会使另一种攻击变得容易。最后，我们开发了一种方法，仅使用公开可用的信息来监控Tezos区块链的健康状况。
2020-09-11 cs.CR
Secure and Scalable Blockchain Voting: A Comparative Framework and the Role of Large Language Models
针对区块链电子投票落地面临的可扩展性、算力、隐私等挑战，本文提出比较框架分析主流共识模型的局限并给出优化策略，同时探索LLM在相关环节的新作用，为全国级安全可扩展的智能区块链投票系统及原型构建提供基础。
2025-10-02 cs.CR cs.SE
Proof-of-Stake Longest Chain Protocols: Security vs Predictability
Nakamoto最长链协议非常简单，并且已被证明可以提供安全性，以对抗任何低于50%的总哈希功率的对手。权益证明（PoS）协议是一种节能的替代方案;然而，采用中本聪最长链设计的现有协议只能通过允许长期可预测性（具有严重的安全性影响）来实现可证明的安全性。在本文中，我们证明了一个自然的最长链PoS协议具有类似的可预测性Nakamoto的PoW协议可以实现对任何对手的安全性小于1/（1+e）分数的总股份。此外，我们提出了一个新的最长链PoS协议族，该协议可以实现对50%对手的安全性，同时只需要短期的可预测性。我们的证明提出了一种新的方法来分析区块链的形式安全性，基于对抗证明收敛的概念。
2020-02-23 cs.CR
New kids on the block: an analysis of modern blockchains
在比特币成为第一个广泛使用的加密货币五年后，区块链受到了行业和研究界的极大兴趣。现代区块链提供名称注册和智能合约等服务。有些采用新的共识形式，例如权益证明而不是工作量证明。然而，到目前为止，这些区块链的研究相对较少，尽管它们转移了大量资产。在本文中，我们探讨了三种具有代表性的现代区块链--以太坊、Namecoin和Peercoin。我们的重点是将它们与比特币的纯货币用例区分开来的功能。我们从交易和使用模式的角度调查了区块链的活动，发现了这个过程中的一些奇怪之处。对于以太坊，我们最感兴趣的是它提供的智能合约功能。我们还对智能合约设计疏忽所带来的问题进行了简要分析。在Namecoin的情况下，我们的重点是如何使用名称注册，并随着时间的推移而发展。对于Peercoin，我们对权益证明的使用很感兴趣，因为这种共识算法的理解很少，但却被用来转移相当大的价值。最后，我们将上述内容与底层对等网络的基本特征联系起来。我们为以太坊提供了一个爬虫，并给出了网络大小的统计数据。对于Peercoin和Namecoin，我们发现网络的规模相对较小，自举过程较弱。
2016-06-21 cs.CR cs.DC
Scaling Blockchains: Can Committee-Based Consensus Help?
在开发更具可扩展性的区块链的高风险竞赛中，一些平台（币安，宇宙，EOS，TRON等）已经采用了基于委员会的共识（CBC）协议，根据该协议，区块链的记录保存权被委托给一个由选举产生的区块生产者组成的委员会。从理论上讲，委员会越小，区块链达成共识的速度就越快，规模就越大。不太清楚的是，这些协议是否能确保诚实的委员会能够始终如一地被选举出来，因为区块链用户通常对投票给谁的信息有限。我们发现，大多数CBC协议的批准投票机制是复杂的，可能会导致棘手的最优投票策略。我们经验性地描述了一些用户在实践中倾向于采用的简单直观的投票策略，并证明了这些策略在选民数量上以指数方式快速收敛到最优。指数收敛确保了CBC尽管复杂，但仍具有鲁棒性，并且与目前许多著名区块链（如以太坊）的基础上更流行的加权彩票协议相比具有一些效率优势。
2022-12-01 cs.CR cs.GT cs.IT
Empirical and Theoretical Analysis of Liquid Staking Protocols
本文首次分类流动性质押实现方式，分析主流流动性质押代币的历史表现，探究中心化、最大可提取价值及以太坊共识机制迁移的影响，发现质押奖励跟踪误差持续且无法用加密货币宏观变量解释。
2024-01-29 cs.CR
