LNGate: Powering IoT with Next Generation Lightning Micro-payments using Threshold Cryptography
比特币已经成为一种革命性的支付系统，其分散的分类账概念，但它有显著的问题，如高交易费用和长确认时间。闪电网络（LN）是在很久以后才推出的，它通过一个称为链下支付的创新概念解决了大部分问题。随着这一进步，比特币已成为执行微支付的有吸引力的场所，也可以在许多物联网应用中采用（例如收费支付）。然而，由于存储、内存和处理要求，在物联网设备上托管LN和比特币是不可行的。因此，在本文中，我们提出了一种高效安全的协议，使物联网设备能够通过不可信的网关节点使用LN。网关托管LN和比特币节点，并可以打开和关闭LN通道，代表IoT设备发送LN支付。这种委托方法由（2，2）阈值方案提供支持，该方案要求IoT设备和LN网关联合执行所有LN操作，这进而保护双方的资金。具体来说，我们建议对LN的比特币公钥和私钥及其承诺点进行阈值化。通过这些和其他几个协议级别的更改，物联网设备可以免受撤销状态广播，共谋和赎金攻击。我们通过更改LN的源代码实现了所提出的协议，并使用Raspberry Pi对其性能进行了全面评估。我们的评估结果表明，与协议相关的计算和通信延迟可以忽略不计。据我们所知，这是第一个在LN中实现门限密码的工作。
2021-05-28 cs.CR
Homomorphic Payment Addresses and the Pay-to-Contract Protocol
我们提出了一个电子支付协议，典型的客户-商家的关系，不需要一个可信的（签名）支付描述符从商家发送给客户。相反，付款的目的地“帐户”号码仅在客户端创建。这消除了对协议中的任何加密或认证通信的需要，并且即使商家的在线基础设施受到损害也是安全的。此外，支付交易本身作为客户的时间戳收据。它证明了支付了什么以及谁收到了资金，同样不依赖于任何商家签名。特别地，资金和收据在单个原子动作中交换。客户-商家关系的不对称性至关重要。该协议是专门设计的，考虑到比特币作为底层支付系统。因此，它具有所有交易都是公开的有用好处。然而，对支付系统的唯一基本要求是，“账户”是任意的用户创建的密码系统的密钥对，其密钥对享有同态属性。所有ElGamal类型的密码系统都具有此功能。为了与比特币一起使用，我们提出了一个确定性的比特币钱包的设计，其地址可以通过明文字符串进行索引。
2012-12-13 cs.CR
Teechan: Payment Channels Using Trusted Execution Environments
区块链协议在交易吞吐量和延迟方面存在固有的限制。最近解决区块链性能和规模的努力集中在链下支付渠道上。虽然这些通道可以实现低延迟和高吞吐量，但在比特币区块链上安全地部署它们是困难的，部分原因是构建安全的实现需要改变底层协议和生态系统。我们提出了Teechan，一个全双工的支付通道框架，利用可信的执行环境。Teechan可以安全地部署在现有的比特币区块链上，而无需修改协议。它：（i）实现比现有解决方案更高的交易吞吐量和更低的交易延迟;（ii）只要余额不超过通道的信用，就可以实现无限制的全双工支付;（iii）在任何方向上每次支付只需要发送一条消息;（iv）在任何执行场景下，在区块链上最多放置两个交易。我们使用英特尔SGX在比特币网络上构建并部署了Teechan框架。我们的实验表明，不计算网络延迟，Teechan可以在单个通道上实现每秒2，480个事务，具有亚毫秒延迟。
2017-03-07 cs.CR
3-of-3 Multisignature Approach for Enabling Lightning Network Micro-payments on IoT Devices
比特币作为加密货币的成功使其渗透到许多日常生活交易中。它关于交易费用和长验证时间的问题通过一个称为闪电网络（LN）的创新概念来解决，该概念通过利用链下交易在比特币之上工作。这使得比特币成为一种有吸引力的小额支付解决方案，也可以用于某些物联网应用（例如，通行费支付），因为它消除了对传统的集中支付系统的需要。然而，由于其存储，内存和处理要求，不可能在资源受限的物联网设备上运行LN和比特币。因此，在本文中，我们提出了一种高效且安全的协议，该协议使物联网设备能够通过网关LN节点使用LN的功能，即使它不受信任。这个想法是只让物联网设备参与签名操作，这可以通过将LN的原始2-of-2多重签名通道替换为3-of-3多重签名通道来实现。一旦网关被授权以安全的方式为物联网设备打开通道，我们的协议就会强制网关请求物联网设备的加密签名，以进行通道上的所有进一步操作，例如发送支付或关闭通道。LN的比特币交易被修改为包含3-of-3多重签名通道。此外，我们还提出了其他更改，以保护物联网设备的资金在可能的撤销状态广播尝试中被盗。我们使用Raspberry Pi评估了所提出的协议，考虑了收费支付场景。我们的研究结果表明，及时支付可以发送和与协议相关的计算和通信延迟可以忽略不计。
2021-09-21 cs.CR
Modeling and Verification of the Bitcoin Protocol
比特币是一种流行的在线支付数字货币，实现为分散的点对点电子现金系统。比特币保留了所有交易的分类账;大多数参与者决定正确的分类账。由于没有可信的第三方来防止双重支出，并且受到其流行程度的启发，我们想研究比特币协议的正确性。双重消费是电子支付系统的一个重要威胁。如果一个用户可以迫使大多数人相信没有他以前付款的分类账是正确的，那么就会发生双重支出。我们感兴趣的是这种双重花费攻击的成功概率，这与攻击者的计算能力有关。本文研究了比特币协议，并将其形式化为UPPAAL模型。该模型将用于展示如果比特币协议中的各方行为恶意，如何进行双重支出，以及发生双重支出的概率。
2015-11-13 cs.CR cs.LO
On the Economic Significance of Ransomware Campaigns: A Bitcoin Transactions Perspective
比特币加密货币系统使用户能够通过使用任意数量的别名（比特币地址）安全和伪匿名地进行交易。网络犯罪分子利用这些特征进行不可变且可能无法追踪的货币欺诈，特别是通过勒索软件;一种加密受感染系统文件并要求解密赎金的恶意软件。在本文中，我们对所有最近的勒索软件进行了全面的研究，并从比特币支付的角度报告了此类勒索软件的经济影响。我们还提出了一个轻量级的框架来识别，收集和分析由同一用户或用户组（在这种情况下是网络犯罪分子）管理的比特币地址，其中包括一种将支付分类为赎金的新方法。为了验证我们的框架的正确性，我们将我们对Cryptocurransomware的发现与文献中的结果进行了比较。我们的结果与以前的工作中发现的结果一致，除了美元的最终估值。出现这种差异的原因是，我们使用的是每次支付赎金当天的平均比特币价格，而之前研究的作者使用的是评估当天的比特币价格。此外，对于每一个被调查的勒索软件，我们提供了一个整体的观点，它的起源，发展，感染和执行的过程，以及赎金要求的特点。最后，我们还发布了我们的数据集，其中包含我们为每个勒索软件识别的所有比特币地址的详细交易历史。
2018-08-11 cs.CR
Block arrivals in the Bitcoin blockchain
比特币是一种电子支付系统，其中支付交易被验证并存储在称为区块链的数据结构中。比特币矿工单独工作来解决计算密集型问题，每个解决方案都会生成一个比特币块，从而导致区块链的新到达。计算问题的难度每2，016个块更新一次，以控制生成块的速率。在最初的比特币论文中，有人认为区块链的到来是根据齐次泊松过程发生的。基于区块链区块到达数据和区块到达过程的随机分析，我们证明情况并非如此。我们提出了一个改进的数学模型块到达，集中在块到达在一段时间内的恒定难度和难度水平如何随着时间的推移而演变。
2018-01-23 cs.CR
Concurrency and Privacy with Payment-Channel Networks
像比特币这样的无许可区块链协议在交易吞吐量和延迟方面存在固有的限制。目前解决这一关键问题的努力集中在链下支付渠道上，这些渠道可以与支付渠道网络（PCN）相结合，以实现无限数量的支付，而无需访问区块链，只需注册每个渠道的初始和最终容量。虽然这种方法为低延迟和高吞吐量的支付铺平了道路，但其在实践中的部署引发了一些隐私问题以及与支付固有的并发性质相关的技术挑战，例如竞争条件和死锁，迄今为止尚未得到充分研究。在这项工作中，我们为PCN中的隐私和并发奠定了基础，在通用可组合性框架中提出了正式的定义，以及实用且可证明安全的解决方案。特别是，我们介绍Fulgor和Rayo。Fulgor是第一个为PCN提供可证明隐私保证的支付协议，并与比特币脚本系统完全兼容。然而，Fulgor是一个阻塞协议，因此容易出现并发支付的死锁，就像当前可用的PCN一样。相反，Rayo是第一个用于PCN的协议，它强制执行非阻塞进程（即，至少一个并发支付终止）。我们通过一个新的不可能性结果表明，非阻塞的进展必然以较弱的隐私为代价。Fulgor和Rayo的核心是Multi-Hop HTLC，这是一种新的智能合约，与比特币脚本系统兼容，提供有条件支付，同时减少了以前方法的运行时间和通信开销。
2019-11-20 cs.CR
Bitcoin's Security Model Revisited
我们重新审视比特币对双重支出攻击的安全性的基本问题。虽然以前的工作有界的概率，交易被逆转，我们表明，没有这样的保证可以有效地给出，如果攻击者可以选择何时发起攻击。其他限制攻击成本的方法在只考虑有限的攻击场景时犯了错误，事实上，很容易证明攻击可能根本不会让攻击者付出代价。因此，我们提供了一个不同的解释，在以前的文件中提出的结果，并纠正他们在几个方面。我们提供了不同的交易安全概念，为不同类别的捍卫者提供保障：定期收到付款的商人，矿工和一次性大额付款的接收者。我们还考虑了一种可以针对轻量级客户端发起的攻击，并表明这些客户端的安全性低于全节点客户端，并在这种情况下为防御者提供了正确的策略。总的来说，我们的研究结果提高了对比特币安全保证的理解，并为那些希望安全接受交易的人提供了正确的界限。
2016-05-31 cs.CR
A Cryptoeconomic Traffic Analysis of Bitcoin's Lightning Network
闪电网络（LN）旨在解决比特币的可扩展性和隐私问题。这是一个支付渠道网络，比特币交易是在链外发布的，洋葱通过私人支付路径路由，旨在以更快，更便宜和私人的方式结算交易，因为它们不会记录在维护成本高，速度慢和公共的分类账中。在这项工作中，我们设计了一个交通模拟器来实证研究LN的交易费用和隐私条款。模拟器依赖于网络结构的公开数据，并在我们试图基于LN节点所有者的某些博客帖子传播的信息进行验证的假设下生成交易。我们的研究结果的估计收入从交易费是符合广泛的意见，参与经济上是不合理的，目前持有的网络在一起的大多数大型路由节点。无论是流量费还是交易费都必须增加几个数量级，才能使支付途径在经济上可行。我们假设路由器之间存在激烈的价格竞争，从而给出了潜在费用增加的最坏情况估计。我们估计目前的渠道结构和定价政策如何应对潜在的流量增加，如何减少锁定资金的渠道将影响网络，并显示的例子，估计谁经营的节点在经济上可行的收入。即使交易是洋葱路由的，也可以推断出有关支付来源和目的地的强有力的统计证据，因为由于LN的小世界性质的副作用，许多交易路径仅由单个中介组成。基于我们的模拟实验，我们定量描述了当前LN操作的隐私缺陷，并提出了一种方法，在路由路径中注入额外的跳数，以证明如何隐私可以得到加强，很少的额外的交易成本。
2020-07-13 cs.CR
BitSov: A Composable Bitcoin-Native Architecture for Sovereign Internet Infrastructure
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Mindlink AI
BitSov通过整合比特币等去中心化技术，构建八层协议栈，解决当前互联网的单一故障点问题，提出支付门控消息、时间链锁定合同和自维持经济飞轮等架构模式。
2026-03-30 cs.CR cs.DC cs.NI
LocalCoin: An Ad-hoc Payment Scheme for Areas with High Connectivity
自比特币出现以来，数字货币，特别是加密货币的受欢迎程度一直在不断增长。比特币的安全性在于工作量证明方案，这需要矿工的高计算资源。尽管移动技术取得了进步，但由于其处理能力较低，现有的加密货币无法通过移动设备进行维护。移动设备只能容纳允许用户交换加密货币信用的移动应用程序（钱包）。在这项工作中，我们提出了LocalCoin，这是一种替代加密货币，需要最少的计算资源，产生低数据流量，并与现成的移动设备一起使用。LocalCoin用确保交易的所有见证者都是共谋者的社会硬度取代了比特币安全性的根本计算硬度。Localcoin具有（i）轻量级工作量证明方案和（ii）分布式区块链。我们分析了LocalCoin在被动和主动攻击中的双重支出，并证明了在足够数量的用户和适当选择的调优参数的假设下，双重支出的概率接近于零。对真实移动轨迹、现实城市环境和随机几何图形的大量模拟表明，一次交易成功的概率收敛于1，而双重支出尝试成功的概率收敛于0。
2017-11-26 cs.CR
Practical Aspects of the Bitcoin System
数字支付方案显示出越来越重要的意义。在无数不同的方案中，本文重点介绍流行的比特币系统。作者描述了比特币独特的技术基础及其伴随的用户、矿工、交易平台和供应商生态系统。此外，本文还讨论了比特币的货币特征以及欧盟和美国采取的第一批监管行动。
2013-08-30 cs.CR cs.CY
Bitcoin Double-Spending Attack Detection using Graph Neural Network
针对快速支付中交易最终性不足导致的比特币双花风险，提出仅依赖部分观察者节点信息的 GNN 检测模型，在观察者节点超过全网约 1% 时达到至少 0.95 的检测准确率。
2023-04-27 cs.CR
Chainlet Orbits: Topological Address Embedding for the Bitcoin Blockchain
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
针对比特币非法活动检测现有方法效率低、难解释的问题，提出Chainlet Orbits拓扑地址嵌入方法，依托交易拓扑特征嵌入地址，在节点分类任务上性能优于现有最优方法，且可快速实现可解释的机器学习检测。
2023-05-18 cs.CR cs.LG
Bitcoin-NG: A Scalable Blockchain Protocol
以比特币为基础和领导的加密货币已经显示出作为匿名在线支付、廉价汇款、无信任数字资产交换和智能合约的基础设施的前景。然而，比特币衍生的区块链协议具有固有的可扩展性限制，在吞吐量和延迟之间进行权衡，并阻止实现这种潜力。本文介绍了Bitcoin-NG，这是一种旨在扩展的新区块链协议。基于比特币的区块链协议，Bitcoin-NG具有拜占庭式的容错能力，对极端客户流失具有鲁棒性，并共享相同的信任模型，避免了生态系统的质的变化。除了Bitcoin-NG之外，我们还介绍了几个新的度量标准，用于量化类似比特币的区块链协议的安全性和效率。我们实现了Bitcoin-NG，并使用两种协议的未更改客户端，在操作比特币系统大小的15%上进行了大规模实验。这些实验表明，Bitcoin-NG具有最佳扩展性，带宽仅受单个节点的容量限制，延迟仅受网络传播时间限制。
2015-11-11 cs.CR
Buy your coffee with bitcoin: Real-world deployment of a bitcoin point of sale terminal
在本文中，我们讨论了现有的比特币支付方法，适合小企业进行小额交易。我们开发了一个评估框架，利用安全性，可用性，可部署性标准，检查几个现有的系统，工具。遵循需求工程方法，我们设计并实现了一个新的销售点（PoS）系统，该系统在我们的评估框架内满足一组最佳标准。我们的开源系统Aunja PoS自2014年10月以来已在现实世界的咖啡馆中部署。
2018-02-12 cs.CR cs.CY cs.ET
PQLN: Post-Quantum Security for the Bitcoin Lightning Network's Off-Chain Surfaces
East Texas A&M University（东德克萨斯农工大学）；North American University（北美大学）；Florida Gulf Coast University（佛罗里达海湾海岸大学）；Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）
针对量子计算机对闪电网络链下密码学的威胁，提出混合后量子扩展 PQLN，利用 ML-DSA 和 ML-KEM 保护各表面，实现互操作且开销低。
2026-09-15 cs.CR cs.NI
D-LNBot: A Scalable, Cost-Free and Covert Hybrid Botnet on Bitcoin's Lightning Network
本文提出基于比特币闪电网络的隐蔽混合僵尸网络LNBot及其分布式版本D-LNBot，利用LN的匿名特性实现控制者身份完全匿名化，支持零成本运行和快速命令传播，并在实际LN上验证了概念并分析了性能与对策。
2023-05-22 cs.CR
Programming on Bitcoin: A Survey of Layer 1 and Layer 2 Technologies in Bitcoin Ecosystem
本文综述了Taproot升级后比特币生态中增强编程功能的第一层和第二层协议，并通过链上数据验证了这些协议对比特币主网的积极影响。
2024-09-29 cs.CR
A Tale of Two Markets: Investigating the Ransomware Payments Economy
勒索软件攻击是最严重的网络威胁之一。近年来，它们因威胁政府、关键基础设施和企业的运营而成为头条新闻。收集和分析勒索软件数据是了解勒索软件传播并设计有效防御和缓解机制的重要一步。我们报告了我们运营Ransomwhere的经验，Ransomwhere是一种开放的众包勒索软件支付追踪器，用于收集勒索软件攻击受害者的信息。通过Ransomwhere，我们已经向超过87名勒索软件犯罪分子收集了13500笔赎金，总金额超过1.01亿美元。利用比特币（用于大多数勒索软件支付的加密货币）的透明性，我们描述了不断发展的勒索软件犯罪结构和赎金洗钱策略。我们的分析表明，有两个平行的勒索软件犯罪市场：商品勒索软件和勒索软件即服务（RaaS）。我们注意到，这两个市场在加密货币资源的利用方式、每笔交易的收入和赎金洗钱效率方面存在显著差异。虽然在商品勒索软件支付活动中识别瓶颈相对容易，但对于RaaS来说，要做到这一点就比较困难了。
2022-05-10 cs.CR
CryptoMaze: Privacy-Preserving Splitting of Off-Chain Payments
为实现支付通道网络（PCN）中的链下交易而开发的支付协议假设底层路由算法通过单个路径传输支付，但是路径可能没有足够的容量来路由交易。不可避免地要将支付分成多个路径。如果我们在每个路径上运行协议的独立实例，则执行可能会在某些路径上失败，导致部分资金转移。付款人必须为剩余金额重新尝试整个过程。我们提出了一个安全和隐私保护的支付协议，CryptoMaze。而不是独立的路径，资金从发送者转移到接收者通过几个支付渠道负责路由，在广度优先的方式。与现有的最先进技术相比，支付解决速度更快，设置成本更低。部分支付之间的相关性被捕获，保证原子性。此外，双方ECDSA签名用于在参与支付的各方之间建立无脚本锁。它通过利用核心比特币脚本来减少空间开销。我们在通用可组合性框架中提供了一个正式的模型，并说明了CryptoMaze实现的隐私目标。我们比较我们的协议与现有的单路径为基础的支付协议，多跳HTLC，迭代应用在一个路径上的时间在几个实例的性能。据观察，CryptoMaze需要更少的通信开销和更低的执行时间，证明了效率和可扩展性。
2022-02-05 cs.CR
Counting Down Thunder: Timing Attacks on Privacy in Payment Channel Networks
闪电网络是比特币的扩展解决方案，承诺实现快速和私人的支付处理。在Lightning中，多跳支付通过使用哈希时间锁定合同（HTLC）来保护，并通过洋葱路由方案在网络层上加密，以避免信息泄漏到中间结点。然而，在这项工作中，我们表明闪电网络的隐私保证可能会被对HTLC状态协商消息进行定时攻击的路径对手所破坏。为此，我们提供了估计，使对手减少匿名集，并推断出最有可能的支付端点。我们开发了一个概念验证测量节点，该节点显示了获得时间差的可行性，并评估了基于模型的网络模拟中的对抗成功。我们发现，控制少量恶意节点足以观察到所有支付的大部分，强调了路径上的对手模型的相关性。此外，我们发现，不同程度的对手可以使用基于时间的攻击来以高精度和高召回率对支付端点进行去匿名化。
2020-06-22 cs.CR cs.NI
On Subversive Miner Strategies and Block Withholding Attack in Bitcoin Digital Currency
比特币是一种“加密货币”，是一种基于密码学的分散式电子支付方案。比特币经济以令人难以置信的速度增长，现在价值约100亿美元。比特币挖矿是一种活动，包括创建（铸造）新的硬币，然后投入流通。矿工花费电力来解决加密难题，他们也是验证其他人比特币交易的看门人。矿工们被要求诚实，并有一些激励措施来表现良好。然而.在本文中，我们将研究矿工策略，特别关注颠覆性和不诚实的策略，或者那些可能危及比特币及其声誉的策略。我们详细研究了最近的几次攻击，在这些攻击中，不诚实的矿工获得了比他们对网络的相对贡献更高的奖励。特别是，我们重新审视了块扣留攻击的概念，并提出了一个新的具体和实用的块扣留攻击，我们表明，以最大限度地提高流氓矿工所获得的优势。最近的事件：似乎最近执行了攻击，见第XI-A节。
2014-12-02 cs.CE cs.CR cs.SI
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
Security and Privacy of Lightning Network Payments with Uncertain Channel Balances
闪电网络（LN）是一个著名的支付渠道网络，旨在解决比特币的可扩展性问题。由于渠道余额的隐私性，银行无法可靠地选择足够流动的支付路径，并采取试错法，尝试多条路径，直到其中一条成功。这会泄露私人信息并降低支付可靠性，从而损害用户体验。这项工作的重点是LN支付的可靠性和隐私性。我们创建一个概率模型的支付过程中的LN，占渠道余额的不确定性。这使我们能够表示给定支付金额和路径的支付成功概率，并将负伯努利试验应用于单部分和多部分支付，使我们能够计算给定金额、发送者和接收者的预期支付尝试次数。因此，我们分析得出的最佳数量的部分，其中一个应该分割付款，以尽量减少预期的尝试次数。这种方法使我们能够定义服务水平目标，并量化有多少私人信息泄露给发件人作为支付尝试的副作用。我们提出了一个优化的路径选择算法，不需要一个协议升级。也就是说，我们建议节点在进行支付尝试时优先考虑最有可能成功的路径。基于真实世界LN拓扑的仿真表明，与实际使用的基线算法相比，该方法将支付尝试的平均次数减少了20%。如果LN协议被升级以实现BOLT 14中描述的信道再平衡提议，则该改进将增加到48%。
2021-03-15 cs.CR
Applying Private Information Retrieval to Lightweight Bitcoin Clients
轻量级比特币客户端执行简单支付验证（SPV）协议，以验证与特定用户相关的交易的有效性。目前，轻量级客户端使用Bloom过滤器来显著减少验证特定事务所需的带宽量。尽管研究表明，Bloom过滤器不足以保护客户查询的隐私。在本文中，我们描述了我们的设计的SPV协议，利用私人信息检索（PIR）创建完全私人和高性能的查询。我们证明了我们的协议具有低带宽和延迟成本;这些属性使我们的协议成为轻量级比特币客户端和具有类似SPV模型的其他加密货币的可行替代方案。与Bloom过滤器相比，我们基于PIR的方法为用户提供了确定性隐私。在我们的结果中，我们表明，在最坏的情况下，客户端谁想要验证100个交易发生在过去的一周内产生的带宽成本为33.54 MB与相关的延迟约4.8分钟，当使用我们的协议。使用基于Bloom-filter的SPV协议执行相同的查询会导致12.85 MB的带宽开销;考虑到它提供的隐私保证，这是一个适度的开销。
2020-08-26 cs.CR
Security of Electronic Payment Systems: A Comprehensive Survey
这项全面的调查讨论了电子支付系统的安全性。在我们的研究中，我们专注于主流系统或新的尝试和创新，以提高电子支付系统的安全水平。本调查包括有卡（CP）交易及其主要系统（即EMV）的审查，包括剑桥大学的几项研究，以指定针对该标准的各种攻击类型，这表明缺乏安全的“离线”身份验证方法，这是使用灵巧卡而不是磁条卡的主要目的之一，磁条卡无法参与身份验证过程，EMV从RSA密码系统向基于ECC密码系统迁移的评估3.评估了无卡交易方法，包括3D安全，3D SET，SET/EMV和EMV/CAP，令牌化概念的影响和盲签名方案在电子现金和电子支付系统中的作用，在电子支付系统中使用量子密钥分配（QKD）以实现无条件安全，而不仅仅是使用传统密码学的安全级别的计算保证，评估近场通信（NFC）和非接触式支付系统，如谷歌钱包，Android Pay和Apple Pay，评估电子货币和点对点支付系统，如比特币。我们的调查衡量和判断电子支付系统安全质量的标准是这样一句话：“系统的安全性取决于其最薄弱的环节”。
2017-01-17 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
Block Advertisement Protocol
比特币是一种去中心化的加密货币，引起了学术界、金融服务业和爱好者的广泛关注。交易确认吞吐量和哈希能力的集中化之间的权衡不允许比特币与现代支付系统处于同一水平。块广告协议被提出作为解决这个问题的一个步骤。该协议允许块挖掘和块中继并行发生。该协议要求矿工公布其要开采的区块，允许其他矿工提前收集所有交易。当一个区块被挖掘时，只有头部被中继，因为关于该区块的大部分数据已经为所有矿工所知。
2015-12-29 cs.CR
Bitcoin Covenants: Three Ways to Control the Future
比特币契约是一种机制，用于强制执行未来如何转移硬币控制权的条件。这项工作介绍了删除密钥契约;使用预先签署的交易与安全的密钥删除。有了这一点，一般类别的契约是可能的，而不会给比特币带来新的安全风险。对于密钥删除过程，存在一系列安全模型，但这受到安全性-便利性权衡的影响，并且需要多方上下文中的交互性。另一方面，这项工作提出了一个令人信服的案例，说明通过软分叉升级到签名哈希系统[Dec 17]可以获得什么，该系统通过椭圆曲线密钥恢复实现恢复密钥契约。这与以前提出的基于脚本的契约机制具有类似的属性[Rub 20]。关键因素进行了讨论和比较的三个公约机制，包括：执行过程中，用于证明资金的可访问性的方法，以及它们是否受到公约的约束，动态费用分配的方法，基本的加密假设，以及它们在单方，分层和对抗性多方环境中的可行性。尽管删除键契约有相对的缺点，但它们是托管协议设计的实用工具。这一比较准确地显示了软分叉提案如何通过非交互式执行和更严格的加密假设来提高比特币契约的实用性，以增强托管协议并实现一些对抗性应用，如支付协议。
2020-06-30 cs.CR
Congestion Attacks in Payment Channel Networks
支付通道网络提供了一种快速且可扩展的解决方案来中继资金，作为较慢且可扩展性较低的区块链协议的第二层。在本文中，我们提出了一种可访问的，低成本的攻击，其中攻击者瘫痪多个支付网络通道数天。该攻击基于使用在到期时间之前一直未解决的请求来过载通道。达到允许的最大未解决请求（HTLC）将锁定新支付的通道。实际上，这种攻击是构建链下网络的固有方式，因为对未解决支付数量的限制来自区块链的限制。我们考虑三个主要版本的攻击：一个是攻击者试图阻止尽可能多的高流动性通道，一个是它断开尽可能多的节点对，一个是它试图从网络中隔离单个节点。我们评估了比特币闪电网络上这些攻击的成本，并比较了网络的变化如何影响攻击成本。具体来说，我们考虑了最近对每个主要Lightning实现中默认参数的更改是如何导致攻击的。在我们评估攻击时，我们还查看了Lightning Network中参数的统计数据，这些参数具有独立的兴趣，并比较了Lightning节点的各种实现。最后，我们建议缓解技术，使这些攻击更难进行。
2021-01-31 cs.CR
An Evaluation of Bitcoin Address Classification based on Transaction History Summarization
National Taiwan University（台湾大学）；Academia Sinica（中央研究院）
比特币是一种加密货币，具有分布式，去中心化和可信的机制，这使得比特币成为一个受欢迎的全球交易平台。在过去的十年里，国家之间的交易效率和比特币网络地址匿名性带来的隐私吸引了许多活动，如支付，投资，赌博甚至洗钱。不幸的是，一些利用这个平台的犯罪行为没有被发现。这使得许多政府不愿支持加密货币。因此，识别犯罪地址的能力成为加密货币网络中的一个重要问题。在本文中，我们提出了新的功能，除了那些常用的文献中建立一个分类模型，用于检测异常的比特币网络地址。这些特征包括交易时间的各种高阶矩（由块高度表示），其以有效的方式总结了交易历史。提取的特征通过有监督的机器学习方法在标记类别数据集上进行训练。实验结果表明，这些特征显著提高了比特币地址分类的性能。我们在八个分类器下评估了结果，并使用LightGBM实现了87%/86%的最高Micro-F1/Macro-F1。
2019-03-19 cs.CR cs.LG stat.ML
On 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。比特币主干协议的属性已经被深入研究：区块链增长属性量化了在任何时间间隔内添加到区块链的区块数量;区块链质量属性确保诚实的矿工总是贡献至少一定比例的区块链;公共前缀属性确保如果区块足够深，它最终将被所有诚实的矿工以高概率采用。遵循区块链的各种功能解耦的精神，提出了Prism协议，以显着提高吞吐量，同时保持相同的安全级别。之前对比特币和Prism主干协议的分析假设区块链的寿命是有限的。本文提出了一种简化和加强分析，没有有限水平假设。具体而言，结果包括区块链增长属性，区块链质量属性和比特币主干协议的公共前缀属性，以及Prism主干协议的活跃性和持久性，无论区块链是否具有无限寿命。我们还以显式表达式而不是顺序最优结果来表达比特币和Prism骨干协议的属性，这为公共交易账本协议设计提供了更严格的边界和实际参考。
2019-10-20 cs.CR cs.DC cs.IT
Hijacking Routes in Payment Channel Networks: A Predictability Tradeoff
链下交易网络可以缓解当今比特币等无信任电子现金系统的可扩展性问题。然而，这些点对点网络也引入了一个新的攻击面，这是今天没有很好地理解。识别并分析了一种基于路由劫持的新型拒绝服务攻击，其利用了沿着所创建的网络通道路由和执行事务的方式。这种攻击在概念上是有趣的，因为即使是通过创建新通道来操纵拓扑的有限攻击者也可以导航与其攻击网络的方式相关的权衡。此外，攻击还强调了防御者（决定自己的路由）的基本设计权衡：为了变得更不可预测，从而更安全，理性节点必须向转发其付款的节点支付更高的费用。我们发现，比特币中三种最常见的支付渠道（lnd，C-lightning，Eclair）的路由方式不同。我们首先调查Lightning网络的当前状态，并探索这些实现所选择的路由。我们发现，在目前的网络中，近60%的所有路由只经过5个节点，而80%只经过10个节点。因此，相对少量的共谋节点可以拒绝为网络的大部分提供服务。然后，我们转向研究外部攻击者，他创建到网络的链接，并通过要求更低的费用来通过其节点绘制更多的路由。我们发现，只要五个新的链接就足以吸引大多数（65%-75%）的流量，无论使用的实现。创建这些链接的成本非常低。我们讨论了实现之间的差异，并最终得出我们自己的建议路由策略，这是基于现有方法的一种新的组合。
2019-09-15 cs.CR cs.GT cs.MA
Bitcoin Trace-Net: Formal Contract Verification at Signing Time
智能合约协议承诺以不信任的方式规范参与者之间的加密货币转移。一个安全的智能合约实现应该确保每个参与者总是可以将合约交易附加到区块链上，以便将合约推向安全完成。为了实现这一目标，我们提出了比特币Trace-Net，这是一个合同验证框架，它从底层合同实现中生成可执行的符号模型。一个跟踪网模型由一个Petri网形式主义丰富的Dolev-Yao类演员知识模型。显式符号参与者知识模型支持验证具有加密子协议的合同，这些协议在区块链上可能无法观察到。Trace-Net具有足够的表达能力，可以准确地对区块链语义进行建模，例如交易广播与后续确认之间的延迟，以及有限深度的对抗性区块链重组，这两者都可能破坏智能合约的安全性。作为一个实现级框架，Trace-Net可以在运行时实例化，以监控和验证智能合约协议的执行。
2020-07-15 cs.CR
Dandelion++: Lightweight Cryptocurrency Networking with Formal Anonymity Guarantees
最近的研究表明，比特币的网络堆栈存在显著的匿名漏洞。特别是，目前广播比特币交易的机制允许第三方观察者将交易链接到发起交易的IP地址。这为低成本、大规模的去匿名化攻击奠定了基础。在这项工作中，我们提出了Danvis ++，这是一种针对大规模去匿名化攻击的第一原理防御，具有接近最优的信息理论保证。Danvis ++建立在最近一个名为Danvis的提案的基础上，该提案表现出类似的目标。然而，在本文中，我们强调了Danquet中的简化假设，并展示了当违反时它们如何导致严重的去匿名攻击。相比之下，Danish ++防御更强大的对手，允许他们违反协议。Danvis ++是轻量级的，可扩展的，并与现有的比特币网络完全互操作。我们通过在比特币主网上的实验来评估它（即，现场比特币网络），以展示其互操作性和低广播延迟开销。
2018-05-28 cs.CR
Towards a Formal Verification of the Lightning Network with TLA+
本文使用TLA+形式化验证比特币闪电网络协议的安全性，通过中间规范与精化链克服状态空间爆炸问题，证明协议满足预期安全属性。
2023-07-05 cs.CR cs.DC cs.LO
Bitcoin Mining Decentralization via Cost Analysis
比特币挖矿为有效的哈希和数据广播提供了重要的经济激励，这两个参数都来自用于推进网络的工作量证明。这种激励导致了比特币专用集成电路和集中式矿池的发展，破坏了比特币设计背后的分散动机。此外，即将到来的区块奖励减半威胁到任何规模的采矿的盈利能力。在矿工盈利能力的正式模型中已经做了一些工作，但现有的模型没有考虑到诸如非高峰电力定价和关于沉没成本的多样化投资策略等条件。也没有正式研究随着采矿规模从个人扩大到工业一级，盈利模式如何变化。由于缺乏对这些条件的分析，有一些盈利或净零开采的替代模式，这些模式的规模较小，因此更可取。
2016-03-16 cs.CR
Bithoven: Formal Safety for Expressive Bitcoin Smart Contracts
School of Cybersecurity, Korea University（韩国大学网络安全学院）
Bithoven通过整合类型检查器和资源活跃性分析器，提供比特币智能合约的正式安全性，同时保持高效编译性能。
2026-01-04 cs.CR cs.PL
RACED: Routing in Payment Channel Networks Using Distributed Hash Tables
本文提出基于分布式哈希表的支付通道网络路由协议RACED，在真实交易数据上实现98.74%平均成功率和31.242秒平均寻路时间，并证明其安全性。
2023-11-29 cs.CR cs.DC
Safe Low Bandwidth SPV: A Formal Treatment of Simplified Payment Verification Protocols and Security Bounds
University of Exeter Business School（埃克塞特大学商学院）
本文从第一性原理形式化重建比特币SPV协议，证明其在有界对抗假设下安全且最优，并引入低带宽优化，为安全实现提供蓝图并反驳对非验证客户端的误解。
2025-07-01 cs.CL cs.CR cs.DC
Formal Security Analysis of SPV Clients Versus Home-Based Full Nodes in Bitcoin-Derived Systems
本文形式化分析了比特币SPV客户端与家庭全节点的安全性，证明在诚实多数假设下SPV客户端是密码学充分的且拓扑上更安全，是非挖矿参与者的理性均衡策略，挑战了家庭验证器增强网络安全的传统观点。
2025-06-02 cs.CR cs.DC cs.GT
A Formal Analysis of Agent Payment Protocols
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Indian Institute of Technology（印度理工学院）；City University of Hong Kong（香港城市大学）
该研究在Tamarin中对x402等四种智能体支付协议进行形式化分析，复现46个验证案例并发现40个新一致性问题，提出18项安全原则，验证了委托授权需与经济服务效果一致的结论。
2026-09-02 cs.AI cs.CR
Hornet Node and the Hornet DSL: A Minimal, Executable Specification for Bitcoin Consensus
针对比特币共识“代码即规范”的痛点，提出可执行声明式C++规范Hornet Node及专用DSL，实现主网快速同步，支持形式化验证与AI测试，为正式规范提供可行路径。
2025-09-24 cs.CR cs.PL cs.SE
Model Checking the Security of the Lightning Network
针对闪电协议复杂度高、状态空间大导致安全验证难的问题，研究人员用TLA+形式化建模闪电网络，通过时间抽象和分模块精化缩减状态空间，实现了最多4跳、2笔并发支付模型的安全模型检测，验证了当前规范的安全性。
2025-05-21 cs.CR cs.LO
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
MAD-HTLC: Because HTLC is Crazy-Cheap to Attack
智能合约和交易允许用户在比特币和以太坊等加密货币区块链上实现精心设计的结构。许多这样的构造，包括操作支付渠道和原子交换，都使用了一种称为哈希时间锁定合同（HTLC）的构建块。在这项工作中，我们从HTLC中提取一个规范（HTLC-Spec），并提出了一个实现称为相互保证破坏哈希时间锁定合同（MAD-HTLC）。MAD-HTLC采用了一种新的方法，利用现有的区块链运营商（称为矿工）作为设计的一部分。如果用户行为不端，MAD-HTLC会激励矿工没收她的所有资金。我们证明了MAD-HTLC的安全性使用UC框架和博弈论分析。我们展示了MAD-HTLC的有效性，并通过在比特币和以太坊的运营区块链上实例化它来分析其开销。值得注意的是，目前的矿工软件在优化收入方面做得很少，因为优势相对较小。然而，随着需求的增长和其他收入组成部分的萎缩，矿工们更有动力充分优化他们的资金吸收。通过修补标准比特币客户端，我们证明了这种优化很容易实现，使矿工成为MAD-HTLC的自然执行者。最后，我们扩展了以前的结果HTLC的脆弱性贿赂攻击。攻击者可以通过提供高额交易费来激励矿工更喜欢她的交易。我们证明了这种攻击可以很容易地通过修补比特币客户端来实现，并使用博弈论工具在理性矿工存在的情况下定性地收紧这种贿赂攻击的已知成本范围。我们发现了比特币和以太坊主网络上发生的贿赂机会，其中几美元的贿赂可以产生数万美元的奖励（例如，超…
2021-03-25 cs.CR cs.GT
Novel Logical Method for Security Analysis of Electronic Payment Protocols
电子支付协议在电子商务安全中起着至关重要的作用，是电子商务活动安全运行的基础。形式化方法是验证协议安全性的有效方法。但目前的形式化方法缺乏对电子支付协议中时效性的描述和分析。为了提高电子支付协议的分析能力，提出了一种分析电子支付协议中可追究性、公平性和及时性等安全属性的新方法。该方法扩展了已有的逻辑方法，增加了简洁的时间表示和分析方法.它能够描述事件的时间，扩展了逻辑推理规则的时间特性。利用该方法对Netbill协议进行了分析，发现由于时间性问题，该协议的公平性不理想。结果表明，新方法能够分析电子支付协议的关键属性。此外，该方法还可用于分析密码协议的其他时间特性。
2017-06-30 cs.CR cs.LO
Provably Unlinkable Smart Card-based Payments
针对EMV支付缺乏隐私的问题，提出UTX协议，在不损害安全与功能的前提下实现匿名和不可关联支付，并形式化验证其安全隐私属性。
2023-09-06 cs.CR
Enabling Threshold Custody for the Lightning Network with Nested Threshold Multi-Signatures
TU Wien（维也纳工业大学）；Chaincode Labs（链码实验室）；Vora（沃拉）
该研究针对闪电网络通道依赖易受攻击单密钥的问题，提出新型密码原语嵌套阈值多重签名，构造出Iceberg方案，实现单边部署阈值托管且开销低，吞吐量达未修改端点的93%以上。
2026-08-24 cs.CR
Modelling Bitcoin in Agda
我们在交互式定理证明程序Agda中提出了两种比特币区块链模型。第一种是基于一个简单的银行账户模型，同时有多个输入和输出的交易。第二个模型对交易进行建模，直接引用未使用的交易输出，而不是用户帐户。由此产生的区块链产生了一棵交易树。该模型是正式使用归纳递归的扩展形式，Agda的独特功能之一。事务树和事务的集合被归纳地定义，同时递归地定义未使用的事务输出的列表。这两种结构都对标准交易、Coinbase交易、交易费用、在交易中花钱的人要签署的确切消息、区块奖励、区块和区块链进行建模，第二种结构对Coinbase交易和Merkle树的成熟时间进行建模。通过假设相应的运算，抽象地讨论了散列运算和密码运算及其正确性。一个迹象表明，这个模型的正确性可以指定和证明在Agda。
2018-04-17 cs.CR
Optimizing Virtual Payment Channel Establishment in the Face of On-Path Adversaries
本文首次将虚拟支付通道建立形式化为优化问题，提出兼顾交易成本、安全与隐私的 ILP 及快速贪心算法，并在 Lightning Network 快照上验证其有效性。
2024-05-09 cs.CR
Five Attacks on x402 Agentic Payment Protocol
Ohio State University（俄亥俄州立大学）；CSIRO（澳大利亚联邦科学与工业研究组织）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文分析x402协议，发现其在设计和实现中存在漏洞，提出五种攻击揭示授权、绑定、重放保护及Web层处理中的弱点，通过测试环境和审计验证攻击可行性，并提出缓解措施。
2026-05-12 cs.CR
