Ethna: Analyzing the Underlying Peer-to-Peer Network of the Ethereum Blockchain
区块链的点对点（P2P）网络用于传输其交易和区块，对系统的效率和安全性有很大影响。因此，比特币和以太坊等流行区块链的P2P网络拓扑值得我们高度关注。目前的以太坊区块链探索者（例如，Etherscan）专注于跟踪区块和交易记录，但忽略了底层P2P网络的特征。这项工作介绍了以太坊网络分析器（Ethna），这是一种探测和分析以太坊区块链的P2P网络的工具。与采用非结构化P2P网络的比特币不同，以太坊依赖于Kademlia DHT来管理其P2P网络。因此，现有的类似比特币的P2P网络分析方法不适用于以太坊。Ethna实现了一种新的方法，可以准确地测量以太坊节点的度。此外，它还集成了一种算法，可以导出以太坊P2P网络中消息传播的延迟度量。我们在以太坊主网上运行了Ethna，并进行了大量的实验来分析其P2P网络的拓扑特征。我们的分析表明，以太坊P2P网络具有一定的小世界网络效应，节点的度遵循幂律分布，这是无标度网络的特征。
2021-03-27 cs.CR cs.NI
Blockchain Inefficiency in the Bitcoin Peers Network
我们调查比特币网络监测块和交易的动态。我们发现，43%的交易在第一次出现在网络中1小时后仍然没有被包含在区块链中，20%的交易在30天后仍然没有被包含在区块链中，因此揭示了比特币系统的低效率。然而，我们观察到，这些“被遗忘”的交易中的大多数价值较低，就转移价值而言，系统的效率较低，93%的交易价值在3小时内被纳入区块链。事实上，相当大一部分交易没有及时处理，这对比特币区块链用于可靠的时间戳目的的可用性产生了严重的怀疑，并呼吁就点对点非中介系统应该引入的正确激励系统进行辩论，以促进有效的交易记录。
2017-04-05 cs.CR cs.CY
A theory of transaction parallelism in blockchains
针对区块链交易串行执行限制吞吐量的问题，提出基于静态分析的交易并行性理论，使节点并行执行交易，并在以太坊上初步验证可提升性能。
2021-11-17 cs.CR
Polynomial Multiproofs for Scalable Data Availability Sampling in Blockchain Light Clients
本文提出多项式多重证明机制，通过共享评估微域减少区块链轻客户端的数据可用性采样成本，实验显示证明字节、验证器资源消耗及部署成本降低，同时揭示了分组检索的权衡。
2026-04-17 cs.CR
Strategic Latency Reduction in Blockchain Peer-to-Peer Networks
本文研究区块链P2P网络中的战略性延迟降低问题，证明仅控制本地对等决策的战略代理能实现与集中式付费服务相当的延迟收益，并从理论上证明现有网络在节点流失和交易活动下不可避免该操纵。
2023-09-11 cs.CR cs.GT cs.NI
Consortium Blockchain for Security and Privacy-Preserving in E-government Systems
自2008年作为安全加密货币共享的解决方案诞生以来，区块链技术现已成为通过无信任和分散的点对点系统进行安全数据共享和存储的核心技术之一。电子政务是存储有关公民、企业和其他附属机构的敏感信息的系统之一，因此成为网络攻击者的目标。现有的电子政务系统是集中式的，因此容易出现单点故障。本文提出了一种基于联盟区块链技术的安全和分散的电子政务系统，这是一个半公开和分散的区块链系统，由一组预先选择的实体或组织组成，负责共识和决策，以使整个网络的同行受益。此外，在添加到区块链网络之前，预先选择了一些电子政务节点来执行用户和交易验证的任务。因此，联盟区块链网络的电子政务用户有权创建、提交、访问和审查交易。单笔交易时间和每秒处理的交易的性能评估证明了所提出的基于联盟区块链的电子政务系统在所有利益相关者之间安全共享信息的实用性。
2020-06-25 cs.CR
Continuous-Time Analysis of the Bitcoin and Prism Backbone Protocols
比特币是中本聪在2008年提出的一种点对点支付系统。基于中本聪的共识，Bagaria，Kannan，Tse，Fanti和Viswanath在2018年提出了Prism协议，并表明它实现了接近最佳的区块链吞吐量，同时保持了与比特币相似的安全水平。以前的比特币和Prism骨干协议的概率安全保证要么是在简化的离散时间模型下建立的，要么是以指数级结果表示的。本文提出了一个更现实的连续时间模型下的精简和加强分析。开发了一个完全严格的区块链模型，除了对总采矿率的上限外，对对抗性矿工没有任何限制。对等网络的唯一假设是所有块传播延迟的上限为一个常数。引入了一个新的概念“t-可信区块链”，它与一些精心定义的“典型”事件有关的块生产的时间间隔，是至关重要的建立连续时间的概率安全保证。建立了区块链增长定理、区块链质量定理和公共前缀定理，并给出了明确的概率界。此外，在以接近$1$的概率发生的某个典型事件下，在一个可信区块链中足够深的有效交易被证明是永久的，因为它必须在所有未来的可信区块链中找到。
2020-04-24 cs.CR
Using blockchain in the follow-up of emergency situations related to events
本文描述了一种分散的低成本系统，旨在加强在重大事件中的紧急情况下的个人安全。该提案包括在事件管理中使用区块链支持的智能合约。此外，还提供了不需要任何云服务的替代通信渠道，旨在改善紧急服务的协调。当需要额外的支持时，同行可以使用此紧急支持工具通过聊天进行交互。由于信息安全是强制性的，在这种情况下，基于身份的签密方案在这里使用，以保证通信的机密性，真实性和完整性。根据通信模式（点对点或广播），使用不同的签密方法。该建议的第一次执行产生了可喜的结果。
2022-08-15 cs.CR
Peer-to-Peer EnergyTrade: A Distributed Private Energy Trading Platform
区块链越来越多地被用作智能电网中能源交易的分布式、匿名、无信任框架。然而，大多数现有的解决方案都存在依赖可信第三方（TTP）、缺乏隐私以及流量和处理开销的问题。在我们之前的工作中，我们提出了一个基于安全私有区块链的能源交易框架（SPB）来解决上述挑战。在本文中，我们在以太坊专用网络上提出了SPB的概念验证实现，以证明SPB对能源交易的适用性。我们对SPB的性能与相关的最先进的。实施结果表明，SPB招致更低的管理费用和货币成本为最终用户交易能源相比，现有的解决方案。
2018-12-20 cs.CR
Blockchain based Privacy-Preserving Software Updates with Proof-of-Delivery for Internet of Things
大量物联网设备通过互联网连接。然而，这些物联网设备中的大多数通常在设计上并不完美，甚至存在安全弱点或漏洞。因此，必须安全地更新这些物联网设备，修补其漏洞并保护相关用户的安全。现有的研究基于作为传输网络的区块链网络提供安全可靠的更新。然而，这些方法可能会在更新物联网设备时损害用户隐私。在本文中，我们提出了一种新的基于区块链的隐私保护软件更新协议，该协议通过激励机制提供安全可靠的更新，并保护相关用户的隐私。供应商提供更新，并通过使用智能合约向物联网设备提供更新的传输节点提供财务激励来做出承诺。传输节点通过提供递送证明来获得经济激励。传输节点使用双重认证防止签名（DAPS）进行公平交换，以获得交付证明。具体地，发送节点通过使用DAPS从IoT设备交换基于属性的签名。然后，它使用基于属性的签名作为交付证明来接收财务激励。通常，IoT设备必须对基于属性的签名（ABS）执行复杂的计算。这对于资源有限的设备来说是不可容忍的。我们提出了一个具体的外包的基于属性的签名（OABS）方案来抵抗的弱点。然后，我们证明了建议的OABS和协议的安全性。最后，我们在Solidity中实现了智能合约，以证明所提出的协议的有效性。
2019-02-11 cs.CR
Decentralized Trusted Computing Base for Blockchain Infrastructure Security
如今，人们对区块链技术越来越感兴趣，认为它可能是未来全球金融生态系统的基础。然而，为了使这个未来的金融生态系统真正全球化，具有高度的互操作性和稳定性，需要解决与基础设施安全有关的一些挑战。一个关键方面涉及参与区块链点对点网络的系统的安全性和鲁棒性。在本文中，我们讨论的概念，分散的可信计算基础的TCB概念在可信计算的扩展。我们探讨了去中心化的TCB如何有助于（i）强化区块链基础设施中的单个节点和系统，以及（ii）在组成区块链系统的节点的P2P网络中进行安全的面向组的计算。
2019-05-11 cs.CR
BlockReduce: Scaling Blockchain to Human Commerce
在过去的10年里，区块链作为点对点数字货币系统显示出了巨大的潜力。然而，随着越来越受欢迎，对处理交易的需求也在增长，导致成本增加，确认时间和有限的区块链效用。关于如何扩展区块链，已经有许多建议，例如Plasma，Polkadot，Elastico，RapidChain，Bitcoin-NG和OmniLedger。这些解决方案都提出了区块链的每个功能的分割，即共识，永久数据存储，事务处理和一致性，这大大增加了实现的复杂性和难度。BlockReduce是一种新的区块链结构，它只对一致性进行分段，允许它扩展到每秒处理数万笔交易，而不会影响容错或去中心化。此外，BlockReduce将通过激励措施显着降低节点带宽需求和网络延迟，同时最大限度地减少其他资源需求，以防止节点集中化。
2018-10-31 cs.CR
Equibit: A Peer-to-Peer Electronic Equity System
股票的登记、转让、清算和结算是目前现代技术创新服务不足的经济活动的重要组成部分。此外，最近的事件暴露了透明度问题，引起了公众的批评和监管当局的审查。一个促进直接注册股票的创建和交易的点对点平台代表着股票市场向更有效、更透明的运作转变，以及投资公众和发行公司更容易进入。区块链技术解决了事务处理和清算的问题，但其单位的可互换性在识别特定股票的发行人和持有人方面提出了挑战。此外，由于发行人处于不断变化的状态，如果要求中央管理者取消不再存在的公司的股票，分散网络的好处就会丧失。我们提出了一个解决方案，这些问题使用数字签名，基于区块链技术。
2016-12-21 cs.CR
Proof of file access in a private P2P network using blockchain
虽然在对等（P2P）系统中共享文件显著地增加了检索内容的速度和系统的鲁棒性，但是即使在私有P2P网络的情况下，跟踪文件的访问也不是简单的。事实上，已经将文件上传到P2P网络的参与者不一定参与其下载。此外，由于P2P网络的性质，参与者可能已经拥有文件的所有片段，甚至在请求它之前。这项工作试图通过使用区块链来解决在私有P2P文件共享网络中跟踪文件访问的问题，以提高服务质量和可扩展性。为此，所提出的解决方案结合了三个元素：（1）分布式哈希表网络，用于在伙伴对等体之间分发具有冗余的加密文件;（2）Shamir的秘密共享方案，用于分割每个文件的秘密密钥;（3）区块链网络，用于在伙伴对等体之间分发和管理秘密份额。事实上，后者使得网络中的每个节点都无法访问文件。该解决方案与基于P2P技术管理共享数据池的联盟相关，该联盟具有对文件的不受限制的访问，但是由于法律或计费原因，对文件的访问必须被记录。
2019-12-16 cs.CR
LightChain: Scalable DHT-Based Blockchain
作为一种仅附加的分布式数据库，区块链被用于各种各样的应用，包括加密货币和物联网（IoT）。现有的区块链解决方案在通信和存储可扩展性以及去中心化方面存在不足。在本文中，我们提出了LightChain，这是第一个在参与节点的分布式哈希表（DHT）上运行的区块链架构。LightChain是一个无需许可的区块链，它在网络中提供可寻址的区块和交易，使所有对等体都可以有效地访问它们。每个块和事务都在对等体的DHT内复制，并以按需方式检索。因此，LightChain中的节点不需要检索或保留整个账本。LightChain是公平的，因为所有参与的同行都有统一的机会参与共识，而不管他们的影响力如何，如哈希能力或股份。我们提供了正式的数学分析和实验结果（模拟和云部署）来证明LightChain的安全性，效率和公平性，并表明LightChain是唯一可以在对等点的腐败多数权力下提供完整性的现有区块链。正如我们通过实验证明的那样，与比特币和以太坊等主流区块链相比，LightChain需要的每个节点存储空间大约小66倍，将新节点引导到系统的速度大约快380倍，并且每个LightChain节点参与协议的可能性相同。
2021-09-01 cs.CR cs.DC
Performance modeling of public permissionless blockchains: A survey
本文综述公共无需许可区块链的性能建模研究，梳理关键性能参数、批量服务队列建模及工作负载与流量分析方法，为性能优化和新机制设计提供建议。
2024-02-28 cs.CR
Towards Decentralized IoT Updates Delivery Leveraging Blockchain and Zero-Knowledge Proofs
我们提出了CrowdPatching，这是一种基于区块链的去中心化协议，允许物联网（IoT）制造商将软件更新的交付委托给自私的分销商，以换取加密货币。制造商通过部署智能合约（SC）来宣布更新，智能合约将向任何提供不可伪造的交付证明的分销商发放加密货币付款。后者由IoT设备提供，授权SC在满足所需条件时向分销商发放付款。这些条件包括要求分销商生成一个零知识证明，该证明由一个名为zk-SNARKs的新型证明系统生成。与相关工作相比，CrowdPatching协议提供了三个主要优点。首先，分销商的数量可以通过在制造商的初始分销之后的任何时间添加新的分销商来无限地扩展（即，分销商网络之间的再分配）。后者在现有协议中是不可能的，并且没有考虑到。其次，我们利用最近在我们的协议中物联网部署中常见的网关或集线器集成，使CrowdPatching即使对于更具约束力的物联网设备也是可行的。第三，我们的协议考虑了分销商的可信度，奖励诚实的分销商的参与。我们使用Tamarin Prover提供了CrowdPatching的非正式和正式安全分析。
2020-10-23 cs.CR
Please, do not decentralize the Internet with (permissionless) blockchains!
去中心化互联网的旧咒语再次大张旗鼓地出现，这一次是围绕区块链技术炒作。我们已经看到了一种被认为会改变互联网本质的技术：点对点。现实是，点对点命名系统失败了，点对点社交网络失败了，是的，点对点存储也失败了。在本文中，我们将回顾在过去几年中的分布式系统的研究，以确定开放的对等网络的限制。我们将解决系统复杂性、安全性和脆弱性、不稳定性和性能等问题。我们将展示上述问题中有多少也适用于最近的无许可区块链网络。这些系统对成熟工业应用的适用性被同样的属性所破坏，这些属性使它们对自由主义者的观众如此有趣：即它们的开放性，伪匿名性和不受监管的加密货币。因此，我们认为，无许可的区块链网络不适合作为去中心化互联网的基础。然而，仍然有希望实现更多的去中心化，尽管在形式上相对于去中心化互联网的自由主义观点有所限制：与当今世界主导的超级大国合作，而不是竞争。这源于最近对拜占庭容错和许可区块链的兴趣激增，这为使用可信第三方并不是仲裁实体集合的唯一方式的世界打开了大门。通过许可的区块链建立信任的能力使控制权从中心转移到边缘，真正实现了以边缘为中心的计算的承诺。
2019-04-30 cs.CR cs.CY cs.DC
Utilizing Public Blockchains for the Sybil-Resistant Bootstrapping of Distributed Anonymity Services
分布式匿名服务，如洋葱路由网络或加密货币翻转器，承诺在没有可信第三方的情况下保护隐私保护。虽然这些服务的安全性经常得到很好的研究，但其所需的引导过程的安全性影响通常被忽视：用户要么自己联合进行匿名化，要么他们需要依赖一组非合谋的隐私对等体。然而，通常数量很少的隐私对等点使单个对手能够模仿分布式服务。因此，我们提出了AnonBoot，这是一种抗Sybil的介质，可以通过公共区块链安全地引导分布式匿名服务。AnonBoot强制要求对等节点定期创建一个小型的工作量证明，以刷新其提供安全匿名服务的资格。然后，使用链上熵的伪随机、局部可复制的自举过程防止对合格对等体的选举产生偏见。我们使用比特币作为AnonBoot的底层区块链进行的评估表明，它可以在大多数区块链上支持任意大的用户群，同时保持一个由1000个对等体组成的值得信赖的存储库，并且只有很小的存储空间。
2020-04-21 cs.CR cs.NI
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
It Takes Two: A Peer-Prediction Solution for Blockchain Verifier's Dilemma
针对区块链验证者因成本缺乏诚实验证动机的困境，本文提出拜占庭鲁棒的对等预测框架，设计单阶段贝叶斯真实机制，无需真实值即可激励验证者诚实验证，增强区块链等系统的安全性与稳健性。
2025-08-20 cs.CR cs.GT
Development of a Blockchain-Based On-Demand Lightweight Commodity Delivery System
针对孟加拉国轻量商品配送中的真实性、多方协作与公平交换问题，本文提出由卖方、承运方和买方参与的全国性按需市场框架，并利用区块链存储交易细节以提升透明性与可靠性。
2023-07-16 cs.CR cs.DC
PubChain: A Decentralized Open-Access Publication Platform with Participants Incentivized by Blockchain Technology
我们设计并实现了Publication Chain（PubChain），这是一个基于区块链和IPFS对等文件共享系统的去中心化和分布式技术构建的去中心化开放获取出版平台。现有的出版平台有一些严重的缺点。首先，在出版商拥有的平台上获取出版物往往是收费的，而不是促进广泛的知识共享。付费墙的这一弊端，让科研人员无法“站在巨人的肩膀上”。此外，大多数现有出版物平台（包括开放获取和出版商平台）上的同行评审过程往往效率低下，因为没有适当的激励来鼓励评审人员进行高质量的评审。PubChain是现有出版场所的替代平台，旨在解决其缺点。没有中央第三方拥有内容（即，论文和评论）的PubChain。利用区块链技术，我们在PubChain上设计了一个精心设计的激励计划，以激励关键利益相关者（即，作者、读者和审稿人）以实质性的方式参与PubChain上的出版活动，通过自我激励的互动获得学分和奖励。我们已经进行了模拟，以调查我们提出的激励计划对欺诈性出版物和评论的鲁棒性。我们还实现了PubChain的原型，以展示其关键概念。
2020-03-31 cs.CR
Blockchain-based Content Delivery Networks: Content Transparency Meets User Privacy
区块链是一种分散管理和数据安全的融合技术，最初是作为加密货币的核心技术引入的，例如，Bitcoin.自从在金融领域取得第一次成功以来，区块链在各个领域都表现出了巨大的潜力，例如，物联网和移动网络。在本文中，我们提出了一种新的基于区块链的内容分发网络（B-CDN）架构，该架构利用区块链技术的优势，提供一个分散和安全的平台，将内容提供方（CP）与用户连接起来。一方面，拟议的B-CDN将利用用户对不同CP的注册和订阅，同时由于区块链网络提供的虚拟身份而保证用户隐私。另一方面，B-CDN创建所请求内容的公共不可变数据库（来自所有CP），基于该公共不可变数据库，每个CP可以更好地评估用户对其内容的偏好。B-CDN的好处是通过一个边缘缓存应用程序，其中提出了一个基于特征的缓存算法的所有CP证明。用真实的Movielens数据集验证了所提出的缓存算法。观察到CP和用户之间的双赢关系，其中B-CDN提高了用户体验质量并降低了为CP交付内容的成本。
2019-01-22 cs.CR cs.NI
On the Serverless Nature of Blockchains and Smart Contracts
虽然历史上术语无服务器也用于对等系统的上下文中，但它更经常与开发云原生应用程序的架构风格相关联。从开发人员的角度来看，无服务器架构允许减少管理工作，因为应用程序是使用提供商管理的组件组成的，例如，数据库即服务（DBaaS）和功能即服务（FaaS）产品。区块链是分布式系统，旨在实现涉及多个不受信任方的协作场景。区块链的去中心化点对点性质似乎使其在无服务器架构中考虑变得有趣，因为资源分配和管理任务不需要由用户执行。此外，考虑到其确保交易不变性和促进负责任的交互的有用特性，区块链可能会增强无服务器架构的整体保证和能力。因此，在这项工作中，我们分析了区块链技术和智能合约如何适应无服务器环境，并推导出一组场景，在这些场景中，它们在无服务器架构中充当不同的组件类型。此外，我们还制定了在这些场景中成功使用区块链和智能合约所必须满足的实施要求。最后，我们调查现有的技术，使这些方案，并分析其准备和适用性，以满足制定的要求。
2020-11-24 cs.CR cs.DC
Non-Disclosing Credential On-chaining for Blockchain-based Decentralized Applications
许多服务系统依赖于其用户的可验证的身份相关信息。然而，必须同时防止和避免操纵和不必要地暴露这些与隐私有关的信息。基于点对点区块链的去中心化，具有基于智能合约的执行模型和利用零知识证明的可验证链下计算，有望为下一代非公开凭据管理解决方案提供基础。在本文中，我们提出了一种新的证书链系统，该系统在保持匿名性的同时确保了基于区块链的透明度。我们提出了一个通用的模型符合W3C可验证的凭证建议，并演示了它如何可以应用于解决现有的问题，需要计算身份相关的属性验证。我们的基于zkSNARKs的参考实现和评估表明，与基于以下内容的相关方法相比，CL签名，我们的方法提供了显着的性能优势和更灵活的证明机制，支持我们日益分散，透明和值得信赖的服务系统的愿景。
2022-09-20 cs.CR
Anomaly Detection in Blockchain Networks: A Comprehensive Survey
在过去的十年中，区块链技术吸引了工业界和学术界的巨大关注，因为它可以与现代信息和通信技术（ICT）的大量日常应用相结合。区块链的点对点（P2P）架构通过提供强大的安全性和面向信任的保证（如不变性，可验证性和去中心化）来增强这些应用程序。尽管区块链技术为这些ICT应用带来了这些令人难以置信的功能，但最近的研究表明，强有力的保证还不够，区块链网络仍然容易出现各种安全性，隐私性和可靠性问题。为了克服这些问题，必须在可采取行动的时限内查明异常行为。在这篇文章中，我们提供了关于区块链技术中异常检测模型集成的深入调查。为此，我们首先讨论异常检测如何帮助确保基于区块链的应用程序的安全性。然后，我们展示了一些基本的评估指标和关键要求，这些指标和要求在开发区块链异常检测模型时可以发挥关键作用。然后，我们从区块链的每一层的角度对各种异常检测模型进行了全面的调查。最后，我们通过强调某些重要的挑战来结束这篇文章，同时讨论它们如何成为该领域新研究人员未来的研究方向。
2022-07-07 cs.CR
Blockchain and Fog Computing for Cyberphysical Systems: The Case of Smart Industry
区块链通过确保安全和可审计的点对点协调，彻底改变了交易的进行方式。这是由于权力下放的发展和促进同行之间的信任。区块链和雾计算目前正在被评估为软件和广泛应用的潜在支持，从银行业务和数字交易到网络物理系统。这些系统被设计用于在高度复杂的环境中工作，有时甚至是对抗性的环境，并在网络计算空间中同步异构机器和制造设施，并解决诸如计算复杂性、安全性、信任和数据管理等关键挑战。将区块链与雾计算技术相结合有可能识别和克服这些问题。因此，本文介绍了在服务质量、数据存储、计算和安全性方面改善网络物理系统所需的区块链和雾计算知识。
2020-09-12 cs.CR cs.NI
ethp2psim: Evaluating and deploying privacy-enhanced peer-to-peer routing protocols for the Ethereum network
针对以太坊网络级隐私研究不足的问题，提出点对点网络模拟器ethp2psim，支持实现并评估隐私增强型路由算法的隐私保证，辅助选择协议参数以实现高效、稳健且隐私的部署。
2023-06-26 cs.CR cs.NI
Privacy-Preserving P2P Energy Market on the Blockchain
Quartierstrom为本地产生的太阳能创造了一个点对点的市场。该市场作为智能合约在由所有生产者管理的许可区块链上实现。提出了两个隐私设计概念，保证用户的个人负载配置文件不会泄露给任何第三方，尽管使用区块链。第一种方法利用基于UTXO的硬币混合协议与基于账户的链上智能合约相结合。第二种方法依赖于在可信执行环境中运行的链下智能合约。
2019-05-20 cs.CR cs.DC
Blockchain based Secure Energy Marketplace Scheme to Motivate Peer to Peer Microgrids
针对微电网剩余能源交易依赖第三方导致的成本与安全问题，本文提出基于区块链智能合约和屏蔽执行环境的点对点安全能源市场方案。
2024-05-20 cs.CR cs.DC
Blockchain Transaction Processing
区块链是一个只附加的区块链表，在每个参与节点上维护。每个区块记录一组交易及其相关的元数据。区块链交易作用于存储在每个节点上的相同分类账数据。区块链最初被Satoshi Nakamoto认为是一种点对点的数字商品（也称为加密货币）交换系统。区块链由于其固有的不可变性而受到关注-一旦块被接受，它就无法恢复。
2021-08-04 cs.CR cs.DB cs.DC
A First Look into the Structural Properties and Resilience of Blockchain Overlays
区块链（BC）系统是高度分布式的点对点网络，为集中式服务提供了替代方案，并承诺对协调攻击具有鲁棒性。然而，BC系统的弹性和整体安全性在很大程度上取决于其底层对等覆盖的结构属性。尽管它们取得了成功，但BC覆盖网络的关键设计方面，连接属性和网络层相互依赖性仍然知之甚少。在这项工作中，我们着手填补这一空白，并研究最重要的覆盖网络结构特性和七个不同BC网络对有针对性攻击的鲁棒性。特别是，我们每两个小时探测和抓取这些BC网络，以收集有关所有可用对等网络的信息，持续时间为28天。我们分析了每个BC网络的335个网络快照，总共2345个快照。我们构造，在频繁的时间间隔，连接图为每个BC网络，包括所有潜在的连接之间的同行。我们分析了这些网络的结构图属性，并在七个BC网络中进行了比较。我们还研究了这些属性如何与每个网络对分区攻击的弹性相关联，即，当使用由上述结构属性驱动的不同选择策略来选择、攻击和离线对等体时。事实上，我们表明，通过瞄准少于10个高度连接的对等体，主要的BC（如比特币）可以被划分为不相交的，即，断开的组件。最后，我们发现了不同BC网络之间隐藏的互连，其中某些对等体参与多个BC网络，这对整个BC网络生态系统的鲁棒性具有严重影响。
2021-06-10 cs.CR cs.NI
Compact Shielded CSV: Post-Quantum, Private, Lightweight Client-Side Validation Blockchain
Orbs；Imperial College London（帝国理工学院）
提出紧凑屏蔽CSV，一种后量子私有客户端验证区块链，通过链下存储密码学工件并将链上足迹缩减至3个哈希，引入去悲伤器机制仅用哈希承诺防双花，为私有可扩展后量子支付奠定基础。
2026-09-29 cs.CR
How Much Communication Resource is Needed to Run a Wireless Blockchain Network?
区块链建立在点对点网络上，依赖于分布式节点之间的频繁通信。特别是，在区块链中发挥关键作用的共识机制（CM）对通信资源要求很高，并且在很大程度上决定了区块链的安全边界和其他关键性能指标，如交易吞吐量，延迟和可扩展性。大多数区块链系统都是在提供足够通信资源的假设下，在先进设备中运行的稳定有线通信网络中设计的。然而，可以预见的是，大多数区块链节点对等体将在未来通过无线网络连接。受高度动态的无线信道和稀缺频谱的限制，通信可以显著影响区块链的关键性能指标。因此，在本文中，我们提出了各种常用CM下的无线区块链网络（WBN），并回答了运行这样一个网络需要多少通信资源的问题。我们首先介绍了区块链程序的四个阶段中通信的作用。然后，我们讨论了三种最常用的区块链CM（即工作量证明（PoW），实用拜占庭容错（PBFT）和Raft）的通信资源提供与WBN性能之间的关系。最后，我们提供了分析和模拟结果，以显示通信资源提供对区块链性能的影响。
2021-01-24 cs.CR cs.DC
Decentralized Lightweight Detection of Eclipse Attacks on Bitcoin Clients
像比特币这样的无许可区块链系统的客户端依赖于底层的点对点网络来发送和接收交易。客户端连接到至少一个诚实的对等端是至关重要的，否则客户端可能会被说服接受区块链的恶意分叉视图。在这种eclipse攻击中，客户端无法可靠地区分区块链的规范视图和攻击者提供的视图。如果客户基于对区块链交易的扭曲看法做出商业决策，其后果可能是灾难性的。在本文中，我们调查了设计空间，并提出了两种方法，让比特币客户端检测针对它们的eclipse攻击是否正在进行。每种方法在平均攻击检测时间和网络负载之间选择不同的折衷。第一个方案是基于可疑块时间戳的检测。第二种方案允许区块链客户端利用其与互联网的自然连接（即，标准网络活动）与联系的服务器和其他客户端谈论他们的区块链视图。我们的建议改进了以前提出的eclipse攻击对策，而没有引入任何专用的基础设施或对比特币协议和网络的更改，我们讨论了实现。我们证明了基于流言的计划的有效性，通过严格的分析，使用原始的互联网流量跟踪和现实世界的部署。实验结果表明，该协议的开销可以忽略不计，能够快速检测出高概率的eclipse攻击，非常适合于实际部署。
2020-07-05 cs.CR
Blockchain based trust & authentication for decentralized sensor networks
传感器网络和无线传感器网络（WSN）是物联网发展的关键组成部分。这些网络受到两种约束。通过可变性和进化性以及诸如能量消耗、计算复杂性或存储器使用的约束节点资源来表示适应性。在这种情况下，现有的协议和模型都不允许可靠的对等身份验证和信任级别管理。在虚拟经济交易领域，比特币提出了一种新的去中心化和进化的方式，通过区块链来建模和确认对等网络中的信任和数据有效性。提出了一种基于区块链技术的传感器网络安全模型及其协议，以保证传感器网络从生命周期的开始到结束，加密认证数据的有效性和完整性，并关联节点的信任级别。
2017-06-06 cs.CR cs.DC
Blockchain-Empowered Immutable and Reliable Delivery Service (BIRDS) Using UAV Networks
针对无人机投递易受攻击的问题，提出区块链赋能的BIRDS框架，利用能力证明共识选择可信无人机，实现安全可靠投递，减少无人机数量、成本和排放。
2024-02-07 cs.CR cs.NI
Nothing Breaks: No Single Peer Can Soundly Gate Post-Quantum Delivery
本文证明没有任何单一对等方或工件侧工具能可靠检测后量子交付的降级，并展示智能体可从工程文本驱动验证过的降级，导致量子抗性悄然丢失。
2026-09-09 cs.CR
Blockchain Applicability for the Internet of Things: Performance and Scalability Challenges and Solutions
区块链最近已经能够在整个研究界引起更广泛的关注。自其出现以来，世界已经看到了这项新技术令人兴奋的扩张，这项技术最初是作为十多年前数字货币的棋子而开发的。一个自我管理的分类账，确保了点对点网络上广泛的数据不变性，这使得它对网络安全应用程序具有吸引力，例如称为物联网（IoT）的传感器系统。全新的挑战和问题现在需要解决方案，因为大型物联网设备现在以分布式方式在线，以缓解我们的日常生活。在受到这些挑战的激励之后，这里的工作已经找出了物联网基础设施可能因为区块链技术的错误选择而遭受的问题和观点。虽然它看起来像是一个典型的审查，但与此不同的是，本文的目标是通过关键发现和适用的用例来整理区块链-物联网生态系统的特定安全挑战。因此，贡献包括指导区块链架构师，设计师和研究人员在广泛的领域选择区块链驱动的物联网应用程序的完美组合。此外，本文还承诺深入了解最先进的区块链平台，即以太坊，超级账本和IOTA，以展示各自在性能和可扩展性方面的挑战，限制和前景。
2022-05-01 cs.CR
Astraea: A Decentralized Blockchain Oracle
公共区块链最初的设想是在点对点网络中处理货币交易，同时防止双重支出。此后，它已扩展到许多其他应用程序，包括执行存在于区块链上的称为“智能合约”的程序。“智能合约有一个主要的限制，即它们只对区块链上的数据进行操作。被称为预言机的可信实体证明外部数据，以便将其带到区块链上，但他们这样做没有区块链通常提供的强大安全保证。这有可能将Oracle变成集中式故障点。为了解决这个问题，本文介绍了Astraea，一个基于投票游戏的去中心化预言机，它可以决定命题的真假。参与者分为两个角色：投票者和证明者。投票者扮演低风险/低回报的角色，抵抗对抗性操纵，而认证者扮演高风险/高回报的角色，因此他们需要以高度的准确性进行游戏。本文还提出了一个正式的分析系统背后的参数来衡量的概率，对手与有限的资金能够成功地操纵预言机的决定，这表明，相同的参数可以设置为使操纵任意困难-一个理想的功能系统。此外，这个分析表明，在这些条件下，存在一个纳什均衡，所有理性的球员都被迫诚实行事。
2018-08-01 cs.CR
Stealthy Peers: Understanding Security Risks of WebRTC-Based Peer-Assisted Video Streaming
本文首次系统研究基于WebRTC的对等辅助视频流服务的安全风险，通过自动化发现和框架分析，揭示搭便车、片段污染、IP泄露和资源占用等问题，并负责任披露。
2022-12-07 cs.CR
Active External Calls for Blockchain and Distributed Ledger Technologies: Debunking cited inability of Blockchain and DLT to make external calls
区块链和其他分布式账本技术使点对点网络能够维护具有不可变历史和有保证计算的账本，所有这些都不需要可信方。在实践中，很少有区块链应用程序是封闭的，即不与区块链外部的世界交互，并且已经提出并使用各种技术来处理这种交互。一个问题是，人们普遍认为，由于区块链网络的去中心化性质以及确保信任和确定性的约束，这种通信只能流入区块链，并且区块链系统无法发起和执行对外部系统或服务的调用。在本文中，我们通过构建我们先前提出的解决方案来证明这种误解是先入为主的，以证明这种调用可以以可行和有效的方式直接从区块链本身发起。
2023-01-10 cs.CR cs.DC cs.NI
Fission: A Provably Fast, Scalable, and Secure Permissionless Blockchain
我们介绍了Fission，这是一种新的无权限区块链，在系统吞吐量和交易确认时间方面实现了可扩展性，同时保留了区块链平等和去中心化的核心价值。Fission通过采用一种新的延迟-惰性管道模型来克服系统吞吐量瓶颈，该模型通过块管道实现非常高的系统吞吐量，自适应分区机制可以自动扩展到交易量，以及可证明安全的节能共识协议，以确保安全性和鲁棒性。Fission应用由中继网络和对等网络组成的混合网络。中继网络的目标是通过最小化信息传播延迟来最小化交易确认时间。为了优化中继网络中存在的流失，动态网络拓扑结构和网络异构性的性能，我们提出了一种超快速的博弈论中继选择算法，实现了近最优的性能在一个完全分布式的方式。Fission的点对点网络补充了中继网络，并通过使用户能够贡献其存储和带宽用于信息传播（有激励）来提供非常高的数据可用性。我们提出了一个分布式的在线数据检索策略，最佳卸载中继网络，而不会降低系统性能。通过以整体的方式重新创新区块链技术的所有核心元素-计算，网络和存储，Fission旨在实现可扩展性，安全性和分散性之间的最佳平衡。
2018-12-14 cs.CR cs.DC cs.NI
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
Ownership preserving AI Market Places using Blockchain
我们提出了一个基于区块链的系统，允许数据所有者，云供应商和AI开发人员在不信任的AI市场中协作训练机器学习模型。数据是一种非常有价值的数字资产，是获取业务洞察的核心。我们的系统使数据所有者能够保留其数据的所有权和隐私，同时仍然允许AI开发人员利用数据进行培训。同样，人工智能开发人员可以利用云计算供应商的计算资源，而不会失去其训练模型的所有权或隐私。我们的系统协议旨在激励所有三个实体-数据所有者，云供应商和AI开发人员在分布式账本上如实记录他们的行为，以便区块链系统提供可验证的不当行为和争议解决证据。我们的系统在Hyperledger Fabric上实现，可以为不保证数据或模型隐私的集中式AI系统提供可行的替代方案。我们给出了实验性能结果，展示了在不同网络配置下其交易的延迟和吞吐量，其中区块链上的对等点可能分布在不同的网络中心和地理位置。我们的研究结果表明，所提出的解决方案可以很好地扩展到大量的数据和模型所有者，并且可以在12个节点的非优化区块链网络上每秒训练多达70个模型，在24个节点的网络中每秒大约训练30个模型。
2020-01-18 cs.CR cs.DC
Blockchain-Based Cloud Manufacturing: Decentralization
最近，在制造业社区的研究人员中，对云制造（CM）领域的兴趣越来越大。云制造是一种受云计算启发的客户驱动的制造模式，其主要目标是提供无处不在的按需服务访问。然而，当前的CM架构遭受与基于集中式的工业网络框架和第三方操作相关联的问题。简而言之，集中式网络在灵活性、效率、可用性和安全性方面存在问题。因此，本文旨在通过将一个正在进行的项目引入基于区块链技术的云制造分散网络架构来解决这些问题。从本质上讲，本文介绍了区块链技术作为多个云制造提供商的去中心化对等网络。
2019-01-01 cs.CR cs.DC
Atomic Commitment Across Blockchains
最近采用的区块链技术和开放的无许可网络表明了点对点原子跨链交易协议的重要性。用户应该能够原子地交换代币和资产，而不依赖于交易所等中心化中介。最近的点对点原子跨链交换协议使用哈希锁和时间锁来确保参与者遵守协议。但是，过期的时间锁可能会导致违反全有或全无的原子性属性。一个诚实的参与者，如果由于崩溃失败或网络延迟而未能按时执行智能合约，最终可能会失去她的资产。虽然崩溃的参与者是唯一一个最终会变得更糟的参与者，但目前的提议不适合异步环境中的原子跨链交易，在这种环境中，崩溃失败和网络延迟是常态。在本文中，我们提出了AC3WN，第一个分散的全有或全无原子跨链承诺协议。交换资产的智能合约的赎回和退款事件被建模为冲突事件。一个开放的无权限见证网络用于保证冲突事件永远不会同时发生，并且原子跨链交易中的所有智能合约都被赎回或全部退款。
2019-06-18 cs.CR cs.DB cs.DC
Recognition of Blockchain-based Multisignature E-Awards
通过区块链技术，信息被记录在由点对点网络中的多台计算机维护的永久分布式账本中。没有中央权威机构可以改变记录或改变网络共识规则。这种技术可以用于投票，所有权转让，公司股票发行，文件公证，但目前最流行的用例是虚拟货币。一些虚拟货币具有的一个有趣功能是多重签名（multisign）协议，该协议需要来自多个私钥的电子签名才能启动资金转移。根据《纽约公约》，多重签名交易的原始数据可被承认为仲裁裁决，在该公约中，英国法律是仲裁法，当事人已选择退出合理的裁决。
2019-11-29 cs.CR cs.CY
Strong Federations: An Interoperable Blockchain Solution to Centralized Third-Party Risks
比特币是第一个点对点的电子现金系统，它开启了无需许可、私密、无需信任的交易之门。试图重新利用比特币的底层区块链技术的尝试遇到了隐私，忠实执行和交易终结的基本限制。我们介绍\emph{Strong Federations}：可公开验证的、拜占庭式的强大交易网络，促进任何资产在不同市场之间的流动，而不需要第三方的信任。\emph{Strong Federations}支持商业隐私，支持资产类型和金额不透明的交易，同时保持可公开验证。与比特币一样，执行保真度是通过加密方式实现的;然而，\emph{Strong Federations}通过减少交易延迟和提高互操作性，大大降低了市场参与者的资本要求。为了展示这种创新的解决方案如何在今天得到应用，我们描述了\emph{\liquid}：部署在金融市场中的\emph{Strong Federations}的第一个实现。
2017-01-30 cs.CR cs.CY
Infnote: A Decentralized Information Sharing Platform Based on Blockchain
一些国家实施了互联网审查制度，以防止公民获取信息并压制对特定主题的讨论。本文介绍了Infnote，一个平台，有助于消除这些审查制度中的内容共享问题。Infnote是一个基于区块链和点对点网络的去中心化信息共享系统，旨在为用户提供一个易于使用的媒介，让他们自由地分享他们的想法，见解和观点，而不必担心数据篡改和数据丢失。Infnote提供了一个解决方案，能够在任何级别的互联网审查工作。Infnote使用多链架构来支持各种独立的应用程序或应用程序中的不同功能。
2020-02-11 cs.CR cs.CY cs.DC
SoK: Preventing Transaction Reordering Manipulations in Decentralized Finance
以太坊点对点网络上的用户交易有被攻击的风险。构建去中心化金融（DeFi）的智能合约为以太坊区块链引入了一种新的交易排序依赖。因此，攻击者可以从前端和后端运行的事务中获利。最近出现了多种减轻事务重排序操纵的方法。然而，各种方法在减轻此类攻击方面的成功及其对整个区块链的影响在很大程度上仍未得到研究。在这个知识系统化（SoK），我们分类和分析国家的最先进的交易重排序操纵缓解计划。我们没有将我们的分析局限于一个方案在防止交易重排序攻击方面的成功，而是评估了它对区块链的全面影响。因此，我们能够提供一个完整的图片的优点和缺点，目前的缓解计划。我们发现，目前还没有一个方案能够完全满足区块链生态系统的所有需求。事实上，所有方法都在与区块链生态系统相关的至少一个领域表现出不令人满意的性能。
2022-09-21 cs.CR cs.DC
Customer Empowered Privacy-Preserving Secure Verification using Decentralized Identifier and Verifiable Credentials For Product Delivery Using Robots
University of Sheffield（谢菲尔德大学）
在COVID 19等呼吸道疾病的时代，我们明白机器人投递系统的必要性，以确保安全和无接触的快递投递。基于区块链的动态标识符使人们能够完全控制自己的身份，同时保持可验证性和匿名性。人类移动电话和机器人是用芯片创建的机器，使得在机器人和客户之间部署基于物理不可克隆功能的验证系统变得简单。本文提出了一种新的框架和第一个客户验证方案，用于利用区块链启用DID和PUF启用机器人进行验证的快递交付。我们使用DID进行机器人（服务提供商）和客户之间的客户身份验证，并使用PUF进行客户的机器人验证。我们还将所提出的工作付诸实践，并在吞吐量、延迟、计算成本和通信成本方面展示了其能力。我们还提出了正式的安全性证明的基础上的tamarin证明的用户验证方案。
2022-08-12 cs.CR cs.RO
A Petri Nets Model for Blockchain Analysis
区块链是一个全球共享的基础设施，其中地址之间的加密货币交易被记录，验证并在点对点网络中公开提供。迄今为止，最著名和最重要的加密货币是比特币。在本文中，我们专注于这种加密货币，特别是使用Petri网形式主义对比特币区块链进行建模。该模型允许我们快速收集有关拥有比特币地址的身份的信息，并恢复比特币网络上的测量和统计数据。通过利用代数形式主义，我们重建了一个与区块链交易相关的实体网络，将比特币地址聚集在一起，形成一个持有许可证的实体，以管理这些地址持有的比特币。该模型还允许识别比特币所有者的一组典型行为，例如只使用一次地址，并为这种行为以及发射率重建链。我们的模型非常灵活，可以很容易地适应比特币加密货币系统的不同功能。
2017-09-26 cs.CR cs.DC cs.SE
