Determining Majority in Networks with Local Interactions and very Small Local Memory
我们在这里研究的问题，确定大多数类型的任意连通网络，其中每个顶点最初有两种可能的类型。顶点可能有一些额外的可能状态，并且只有当它们共享一条边时才能成对交互。任何（人口）方案都需要稳定在最初的多数。我们首先提出并分析了一个协议，每个顶点4个状态，总是计算初始多数值，在任何公平的调度。正如我们所证明的，这个协议是最优的，在这个意义上，没有人口协议总是计算每个顶点少于4个状态的多数。然而，这并不排除存在每个顶点具有3个状态的协议，该协议以高概率正确。为此，我们研究了一个非常自然的大多数协议，每个顶点有3个状态，在[Angluin et al. 2008]中引入，其中分析了团图的性能。我们研究了该协议在任意网络中的性能。我们证明了，当两个初始状态是均匀随机放在顶点，该协议收敛到初始多数的概率高于收敛到初始少数的概率。相比之下，我们提出了一个无限的家庭的图，该协议可以失败whp，即使当初始多数和初始少数之间的差异是$n - Θ(\ln{n})$。我们还提出了另一个无限族的图，其中的协议Angluin等人。需要一个预期的指数时间收敛。这两个负面的结果建立在一个非常积极的结果，关于鲁棒性的协议上的集团。令人惊讶的是，集团对失败的抵抗力导致了一般图中的失败。我们的技术使用新的支配和耦合参数适当定义的过程，其动态捕捉所涉及的国家之间的对抗。
2014-04-30 cs.DC
Time- and Space-Optimal Silent Self-Stabilizing Exact Majority in Population Protocols
本文研究了群体协议中的自稳定精确多数问题，证明了无 $n$ 知识时不可解，并提出一种时间与空间最优的静默自稳定协议，使用 $O(n)$ 状态，期望 $O(n)$ 并行时间稳定。
2025-05-31 cs.DC
Brief Announcement: Minimizing Energy Solves Relative Majority with a Cubic Number of States in Population Protocols
本文提出 Circles 群体协议，以 k^3 个状态解决相对多数问题，改进了 O(k^7) 的已知上界，并采用受化学能量最小化启发的更简单设计。
2025-05-05 cs.DC
Near-optimal population protocols on bounded-degree trees
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Sorbonne Université, CNRS, LIP6（索邦大学，法国国家科学研究中心，LIP6）
本研究提出两种新颖协议，展示在有限度树上，通过自稳定2跳着色和树定向算法，实现领导者选举和精确多数问题的高效解决。
2026-08-19 cs.DC cs.DS
On the Hierarchy of Distributed Majority Protocols
我们研究$n$代理之间的共识问题，定义如下。最初，每个代理持有两种可能的意见之一。我们的目标是达到一个共识配置，其中每个代理共享相同的意见。为此，代理随机抽样其他代理和更新他们的意见根据一个简单的更新功能取决于抽样的意见。我们考虑两个通信模型：八卦模型和人口模型的变体。在流言模型中，代理在并行、同步的回合中被激活。在种群模型中，一个代理人以一系列离散的时间步骤被激活。对于这两个模型，我们分析了以下自然家族的多数过程称为$j$ -多数：当激活时，每个代理样本$j$其他代理均匀随机（更换），并采取多数意见的样本（打破领带均匀随机）。作为我们的主要结果，我们显示了一个层次结构之间的多数协议：$(j+1)$ -多数（$j > 1$）收敛随机比$j$ -多数任何初始意见配置。在我们的分析中，我们使用Strassen定理来证明耦合的存在。这对Berenbrink等人提出的一个开放性问题的两种意见的情况给出了肯定的答案。[2017]。
2022-05-17 cs.DC
A stable majority population protocol using logarithmic time and states
我们研究人口协议，分布式计算模型适合建模良好混合的化学反应网络和其他物理系统中的代理人在成对的相互作用交换信息，但没有控制他们的时间表的互动伙伴。经过充分研究的“多数”问题是，在初始的$n$主体群体中，每个主体都有两个意见之一：$A$或$B$，确定是否有更多的$A$、更多的$B$或平局。*stable* 协议通过最终进入一个配置来解决这个问题，在该配置中，所有代理都同意$A$、$B$或$T$的正确共识决定，共识不能从该配置改变。我们描述了一个协议，解决了这个问题，使用$O(\log n)$状态（$\log \log n + O(1)$位的内存）和最佳预期时间$O(\log n)$。已知状态数$O(\log n)$对于“输出主导”和“单调”的稳定协议类是最优的。这是我们的协议满足的两个自然约束，使其成为该类的状态最优。我们使用，并开发新的分析，一个关键的技术，称为“固定分辨率时钟”由于Gasieniec，Stachowiak和Uznanski，谁显示了多数协议使用$O(\log n)$时间和状态，有一个积极的错误概率。我们的协议是 * 非均匀 *：转移函数的值$\left \lceil {\log n} \right \rceil$编码在它。我们表明，该协议可以修改为均匀的，而增加的状态复杂度$Θ(\log n \log \log n)$。
2021-06-21 cs.DC
Space-efficient population protocols for exact majority on general graphs
Humboldt University of Berlin（柏林洪堡大学）
在群体协议模型中研究一般图上的精确多数共识问题，提出了由随机游走弛豫时间和度不平衡参数化的新上下界，并设计了空间高效且具有近乎最优稳定时间的协议。
2025-11-03 cs.DC
Better Safe than Sorry: Recovering after Adversarial Majority
针对对抗性多数攻击下区块链难同时保障休眠客户端安全性与活性的问题，提出可应用于带证书协议的恢复组件，在同步网络中维持攻击期安全性、诚实多数恢复后重拾活性。
2023-11-03 cs.CR cs.DC
Fast Graphical Population Protocols
设$G$是$n$节点上的图。在随机种群协议模型中，一组$n$不可区分的、资源有限的节点通过成对交互共同解决任务。在每次交互中，两个随机选择的邻居首先读取彼此的状态，然后更新它们的本地状态。当$G$是一个集团时，在这个模型中，丰富的研究已经建立了基本任务复杂性的严格上限和下限，例如多数和领导选举。具体来说，在集团中，这些任务可以快速解决，即，在$n \operatorname{polylog} n$成对交互中，具有高概率，每个节点使用最多$\operatorname{polylog} n$状态。在这项工作中，我们考虑更一般的设置，其中$G$是一个任意的图形，并提出了一种技术，用于模拟协议设计的全连接网络在任何连接的规则图。我们的主要结果是一个模拟，是有效的许多有趣的图形家庭：大致上，模拟开销是多对数的节点数，和二次的电导图。作为一个示例应用程序，我们表明，在任何有电导$ϕ$的正则图中，领导选举和确切多数都可以在$ϕ^{-2} \cdot n \operatorname{polylog} n$成对相互作用中以高概率解决，每个节点最多使用$ϕ^{-2} \cdot \operatorname{polylog} n$状态。这表明，有快速和空间有效的人口协议的领导人选举和确切多数的图具有良好的扩展性能。我们相信，我们的研究结果将被证明是普遍有用的，因为它们允许有效的技术转移之间的良好混合（集…
2021-05-11 cs.DC cs.DS
Approximate Majority With Catalytic Inputs
本文研究催化输入（CI）模型下群体协议中的近似多数问题，证明计算精确多数需 $Ω(n^2)$ 次交互，并提出一种常量状态协议在 $O(n \log n)$ 步内以高概率解决近似多数，且对瞬态泄漏事件具有鲁棒性。
2023-04-01 cs.DC
Broadcast Distributed Voting Algorithm in Population Protocols
我们考虑的问题，多选择多数表决网络中的$n$代理，每个代理最初选择一个选择，从一组$K$可能的选择。代理人试图推断大多数人的选择，只是通过执行本地的相互作用。人口协议提供了一个框架，用于设计代理之间的成对交互，以便以协调的方式执行任务。本文提出了“广播人口协议”模型，作为每个代理可以同时向所有邻居发送消息的网络中传统人口协议的对应模型。针对广播人口协议模型中的多选择多数表决问题，设计了两种分布式算法。我们证明了这些算法的正确性，并分析其性能的时间和消息的复杂性。实验表明，该算法与传统的种群协议相比，时间复杂度和消息复杂度都有了显著提高，可以应用于消息可以同时发送给一个代理子集的网络中，如无线网络.
2019-07-16 cs.DC cs.MA
Byzantine Agreement with Faulty Majority using Bounded Broadcast
Byzantine Agreement是在[Pease，Shostak，Lamport，80]中提出的一种广泛使用的可靠分布式协议。它模拟广播，尽管网络中存在故障方，传统上只使用私有单播链路。在这种情况下，拜占庭协议要求超过2/3的缔约方遵守。[Fitzi，Maurer，00]，为任何服从多数的人构建了一个拜占庭协议，该协议基于一个额外的原语，允许同时向任何两方传输。他们提出了将这些结果推广到更广泛的渠道和更少的合规方的问题。我们证明了2f < kh条件是实现广播与h兼容和f故障方使用k-cast信道的必要和充分条件。
2003-12-25 cs.DC
Loosely-Stabilizing Phase Clocks and the Adaptive Majority Problem
我们提出了一个松散稳定的相位时钟人口协议。在人口模型中，我们给出了一个$n$相同的代理系统，这些代理在一个随机选择的对序列中相互作用。我们的相位时钟是无前导的，它需要$O(\log n)$状态。它永远运行，并且在任何时间点都处于w.h. p的同步状态。当以任意配置启动时，它迅速恢复并在$O(n\log n)$交互w.h. p内进入同步配置。一旦时钟同步，它至少在多$n$并行时间w. h. p.内保持同步配置。我们使用我们的时钟来设计一个松散的-稳定协议，解决了由Alistarh等人引入的比较问题，2021.在这个问题中，代理的子集在任何时候都有$A$或$B$作为输入。目标是跟踪两种意见中哪一种（暂时）占多数。我们表明，如果大多数人至少$Ω(\log n)$代理和一个足够大的偏见是存在的支持，然后协议收敛到一个正确的输出内$O(n\log n)$的相互作用，并保持在一个正确的配置聚$n$的相互作用，w.h. p。
2021-12-02 cs.DC
Efficient Consensus-Free Weight Reassignment for Atomic Storage (Extended Version)
加权投票是一种传统的方法，以提高性能的复制系统的基础上，常用的多数法定系统在异构环境中。在长寿命系统中，需要权重重新分配协议来随着时间重新分配权重，以便相应地适应性能变化。权重重分配协议在异步故障倾向系统中应该是无共识的，因为在这样的系统中不可能解决共识。本文提出了一个有效的共识自由的原子存储系统中的异构，动态，异步消息传递系统的重量重分配协议。实验评估表明，该协议提高了性能的原子读/写存储实现的多数仲裁系统相比，以前的解决方案。
2021-12-02 cs.DC
Population Protocols with Unordered Data
本文提出带无序数据的群体协议，研究匿名群体在无限数据域上处理无序序列的能力，证明可判定绝对多数，并刻画即时观察限制下的表达能力。
2023-07-04 cs.DC cs.LO
Selective Population Protocols
本文提出选择性群体协议，通过状态空间划分和响应者条件选择提升分布式计算效率，在领导者选举、多数计算及中位数计算上取得显著时间改进。
2025-09-22 cs.DC cs.DS
Time-Space Trade-offs in Population Protocols
群体协议是分布式计算的一种流行模型，在该模型中，具有较小计算能力的随机交互代理合作以共同执行计算任务。受分子计算，特别是DNA计算的发展的启发，最近的算法工作集中在解决人口模型中简单而基本的任务的复杂性，如领导者选举（需要稳定到一个特殊的“领导者”状态的单个代理），和多数（其中代理必须稳定到两个可能的初始状态中的哪一个具有更高的初始计数）。已知的结果指向这样的算法的时间复杂度和空间复杂度（即，每个代理可用的存储器的大小）之间的固有权衡。在本文中，我们探讨了这种权衡，并提供了新的上限和下限的多数和领导人选举。首先，我们证明了一个统一的下界，它涉及到每个节点的可用空间与协议实现的时间复杂度：例如，我们的结果意味着，任何协议解决这些任务的$n$代理使用$O( \log \log n )$状态必须采取$Ω( n / \rm{polylog} n )$预期的时间。这是第一个结果来表征时间复杂度的协议，采用超常数的状态数，每个节点，并证明了快速，多对数运行时间要求协议有相对较大的空间成本。在积极的一面，我们给出的算法表明，快速，多对数稳定时间可以实现每个节点使用$O( \log^2 n )$空间，在这两个任务的情况下。总体而言，我们的研究结果突出了人口协议中多数选举和领导选举的$O(\log \log n)$和$Θ( \log^2 n )$状态空间大小之间的时间复杂度分离，并引入了新的技术，这…
2017-04-17 cs.DC
Ranking Opinions with Few States in Population Protocols
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Institue of Science and Technology Austria（奥地利科学理工学院）
该研究提出了一种使用$ k^3 $状态的人口协议，解决了相对多数问题，并进一步扩展以处理各种破 tie 机制和不同颜色的初始顺序情况。
2026-05-18 cs.DC
Distributed Computation with Continual Population Growth
利用合成工程细菌进行计算是一个充满活力和活跃的领域，在生物生产，生物传感和医学中有许多应用。由于缺乏鲁棒性和单细胞内的资源限制，最近人们对细菌之间通信的分布式方法产生了兴趣。在本文中，我们专注于人口增长同时发生的问题，并可能干扰，所需的生物计算。具体来说，我们提出了一个快速协议在系统中的人口连续增长的多数共识问题，并证明了它正确地识别初始多数两个输入之间的高概率，如果初始差异是$Ω(\sqrt{n\log n})$，其中$n$是总的初始人口。我们还提出了一个快速的协议，正确地计算与非的两个输入的高概率。我们证明，与非门协议与连续增长的多数共识协议相结合，使用后者作为一个放大器，它是可以实现电路计算任意布尔函数。
2020-05-14 cs.DC math.PR
Global Majority Consensus by Local Majority Polling on Graphs of a Given Degree Sequence
假设在图$G$中，顶点可以是红色或蓝色。设$k$为奇数。在每个时间步，$G$中的每个顶点$v$轮询$k$随机邻居并采用多数颜色。如果它没有$k$邻居，它就简单地轮询所有邻居，或者如果$v$的度是偶数，则轮询所有邻居。我们研究这个协议的图形的一个给定的度序列，在以下设置：最初$G$的每个顶点是红色的概率独立$α< \frac{1}{2}$，否则是蓝色的。我们表明，如果$α$是足够的偏见，然后以高概率达成共识的初始全球多数在$O(\log_k \log_k n)$步骤，如果$5 \leq k \leq d$，和$O(\log_d \log_d n)$步骤，如果$k > d$。这里，$d\geq 5$是有效最小度，在度序列中出现$Θ(n)$次的最小整数。我们进一步表明，在这样的图中，任何本地协议，其中一个顶点不改变颜色，如果它的所有邻居都有相同的颜色，需要时间至少$Ω(\log_d \log_d n)$，具有很高的概率。此外，我们还演示了如何以简单的方式应用上述稀疏图的技术来获得连通域中Erdens-Rényi随机图的界。
2019-07-30 cs.DC math.PR
Robustness and efficiency of leaderless probabilistic consensus protocols within Byzantine infrastructures
研究了噪声拜占庭网络中具有低计算复杂性的无领导二进制多数一致性协议.使用计算机模拟，我们表明，显式随机化的共识协议可以显着增加对故障和恶意节点的鲁棒性。我们确定了各种拜占庭攻击策略的最佳数量的随机性在不同类型的网络拓扑结构。
2019-11-20 cs.DC math.PR
Minimizing Message Size in Stochastic Communication Patterns: Fast Self-Stabilizing Protocols with 3 bits
本文考虑的基本$\mathcal{PULL}$模型的通信，在每一轮中，每个代理提取信息，从几个随机选择的代理。我们试图确定在每个交互（消息大小）中透露的最小信息量，但允许基本信息传播任务的有效和鲁棒的计算。我们专注于多数位传播问题，认为人口的$n$代理，与指定的子集的源代理。每个源代理持有一个输入位，每个代理持有一个输出位。目标是让所有代理将其输出位收敛到源的最频繁输入位（多数位）。请注意，单个源代理的特定情况对应于经典的广播问题。我们专注于严重的容错自稳定的上下文中，最终必须达到一个正确的配置，尽管所有的代理开始执行任意的初始状态。我们首先设计了一个通用的编译器，它基本上可以转换任何自稳定的算法，具有一定的属性，使用$\ell$位的消息，一个只使用$\log \ell$位的消息，而在运行时间只付出很小的惩罚。通过递归地应用这个编译器，我们得到了一个自稳定的时钟同步协议，在该协议中，代理在$\tilde O(\log n\log T)$轮内以给定的整数$T$为模同步它们的时钟，并且使用仅包含$3$比特的消息。然后，我们采用新的时钟同步工具，以获得一个自稳定的多数位传播协议，收敛在$\tilde O(\log n)$时间，w.h.p.，在每一个初始配置上，只要支持少数意见的来源的比例远离一半。此外，该协议每次交互也仅使用3位。
2016-11-04 cs.DC
Proof-of-Search: Combining Blockchain Consensus Formation with Solving Optimization Problems
为了解决区块链浪费大量能量的问题，我们提出了一个区块链的去中心化共识协议，其中的计算可以用于搜索任何优化问题的良好近似解。我们的协议允许浪费的能量被用于寻找近似的解决方案提交的任何节点（称为客户端）的问题。我们的协议以类似于工作量证明的方式工作，它使节点评估大量的解决方案候选者，以向链中添加新的块。客户端提供一个搜索程序，该程序实现任何搜索算法，通过评估大量的候选解来找到一个好的解。找到最佳近似解的节点由客户端奖励。我们的分析表明，我们的协议的分叉概率和块时间的方差低于工作量证明。
2019-11-30 cs.DC
Time-optimal self-stabilizing leader election in population protocols
我们认为标准的人口协议模型，（先验）不可区分的和匿名的代理人根据均匀随机调度进行交互。自稳定领导选举问题要求协议从任何可能的初始配置收敛到单个领导代理。我们开始研究人口协议的时间复杂度，解决这个问题，在其原始设置：概率为1，在一个完整的通信图。唯一以前已知的协议蔡，泉，和田[Theor. Comput.系统50]以预期的并行时间$Θ(n^2)$运行，并且在$n$代理的群体中具有最佳的$n$状态数。现有的协议具有其变得静默的附加属性，即，智能体的状态最终停止改变。观察到任何沉默协议解决自稳定的领导人选举需要$Ω(n)$预期的并行时间，我们介绍了一个沉默协议，使用最佳的$O(n)$并行时间和状态。没有任何沉默的限制，我们表明，它是可能的解决自稳定的领导人选举的渐近最佳预期并行时间的$O(\log n)$，但至少使用指数状态（准多项式位数）。我们所有的方案（以及Cai等人的方案）通过解决更困难的排名问题来工作：为代理分配等级$1,\ldots,n$。
2021-11-29 cs.DC
Consensus Under Adversary Majority Done Right
本文系统梳理共识协议在对手占多数时的模型，指出客户端建模细节是矛盾关键，并跨四个维度十六种模型精确刻画安全性与活性韧性，统一早期结果并填补文献空白。
2025-05-24 cs.CR cs.DC
Distributed Download from an External Data Source in Faulty Majority Settings
本文研究故障多数设置下从外部数据源下载数据的问题，提出随机和确定性协议，在拜占庭和崩溃故障模型中实现接近最优的查询复杂度、时间复杂度和消息大小。
2024-12-27 cs.DC cs.DS
Byzantine-Resilient Population Protocols
本文研究拜占庭容错的群体协议，针对多数共识问题，提出两种算法并组合，显著提升容错性至$f \leq n/c$，且能对抗动态对手。
2024-02-04 cs.DC
Peregrine 2.0: Explaining Correctness of Population Protocols through Stage Graphs
我们提出了一个新版本的Peregrine，用于分析和参数化验证人口协议的工具[Blondin et al.，CAV'2018]。群体协议是一种计算模型，分布式计算社区对其进行了深入的研究，其中移动匿名代理随机交互以执行任务。Peregrine 2.0提供了一个基于阶段图构造的新型验证引擎。阶段图是证明证书，在[Blondin等人，CAV'2020]，其通常简洁并且可以独立检查。此外，与Peregrine 1.0的技术不同，阶段图方法可以验证执行永不终止的协议，这类协议包括最近的快速多数协议。Peregrine 2.0还具有一个新颖的证明可视化组件，允许用户交互式地探索为给定协议生成的阶段图。
2020-07-15 cs.DC
Non-trivial automata networks do exist that solve the global majority problem with the local majority rule
Universidade Presbiteriana Mackenzie（麦肯齐长老会大学）；Aix-Marseille Université, CNRS, LIS, UMR 7020（艾克斯-马赛大学，法国国家科学研究中心，信息系统实验室）
研究探讨了通过局部多数规则解决全局多数问题的自动机网络，识别非平凡案例并解释其解决机制。
2026-03-19 cs.DC cs.DM
Population Protocols Are Fast
人口协议描述了一组状态变化规则的人口$n$不可区分的有限状态代理（自动机），经历随机成对的相互作用。在这个非常基本的框架内，可以解决分布式计算中的一些基本任务，包括：领导者选举，群体的聚合和阈值函数，例如多数计算和多数共识。对于第一次，我们表明，所有这些问题的解决方案可以得到\emph{quickly}使用有限状态协议。对于任意输入，所设计的有限状态协议在公平随机调度器下收敛到在期望的$O(\mathrm{poly} \log n)$并行时间内以高概率正确的输出。在相同的设置中，我们还显示协议总是达到一个有效的解决方案，在预期的并行时间$O(n^\varepsilon)$，其中的相互作用的自动机的状态数只取决于$\varepsilon>0$的选择。规定的时间范围适用于在总体方案框架中可计算的\emph{any}半线性等同器械。我们的研究结果的关键成分是分散设计的相位时钟的层次结构，在不同的速率滴答，与相邻时钟的频率分开的一个因素的$Θ(\log n)$。这个时钟层次结构的建设依赖于一个新的协议组合技术，结合自组织过程的振荡动力学的适应分析。这种时钟层次结构用于提供嵌套的同步原语，这使我们能够以全局方式查看种群，并使用具有（有限）循环和分支指令容量的高级命令式程序设计语言设计协议。
2018-04-16 cs.DC cs.DS
Efficient size estimation and impossibility of termination in uniform dense population protocols
我们研究均匀人口协议：网络的匿名代理人的成对的相互作用是随机选择的，每个代理人使用一个相同的过渡算法，不依赖于人口的大小$n$。许多现有的用于领导选举和多数计算的polylog $(n)$时间协议是不均匀的：为了正确操作，它们需要所有代理都用$n$的近似估计（具体地说，确切值$\lfloor \log n \rfloor$）进行初始化。我们的第一个主要结果是一个统一的协议计算$\log(n) \pm O(1)$在$O(\log^2 n)$时间和$O(\log^4 n)$状态（$O(\log \log n)$位的内存）的概率高。协议是收敛的，但不是终止的：当估计值接近$\log n$的真实值时，它不会发出信号。如果它可以被终止，这将允许与协议的组合，例如那些用于领导者选举或多数的协议，这些协议最初需要大小估计，以使它们统一（尽管失败的概率很小）。我们展示了我们的主协议如何以一种简单而优雅的方式与其他协议间接组成，基于无领导者的相位时钟，这表明这些协议实际上可以统一。然而，我们的第二个主要结果意味着，协议不能终止，一个更强的结果的后果：一个统一的协议，任何任务需要超过常数的时间不能终止，即使概率界以上0，如果无穷多个初始配置是密集的：任何状态目前最初占用$Ω(n)$代理。(In不允许有任何领导者）。至关重要的是，无论记忆或时间允许，结果都成立。最后，我们表明，与初始的领导者，我们的大小…
2019-07-28 cs.CC cs.DC
Towards Rational Consensus in Honest Majority
本文研究RFT模型下部分同步网络中的原子广播，证明混合敌手区间的不可能性并提出可问责的\ extsf{pRFT}协议，在$t<n/4$、$t+k<n/2$且理性者仅偏好分叉攻击时实现ABC。
2024-05-13 cs.DC cs.GT
On Solving Problems of Substantially Super-linear Complexity in $N^{o(1)}$ Rounds in the MPC Model
Department of Computer Science, Lund University（隆德大学计算机系）
研究MPC模型中以$N^{o(1)}$轮求解超线性复杂度问题的可能性，得出相关指数需满足的约束条件。
2026-09-08 cs.CC cs.DC cs.DS
Robust Comparison in Population Protocols
最近，人们对种群模型的计算和复杂性特性产生了浓厚的兴趣，该模型假设$n$是匿名的，计算有界的节点，随机交互，并试图联合计算全局谓词。在这个模型中，研究多数和共识动态的工作已经取得了重大进展：假设每个节点最初处于$X$或$Y$两个状态之一，确定哪个状态具有更高的初始计数。在本文中，我们考虑了多数/共识的自然推广，我们称之为比较。我们有两个基线状态，$X_0$和$Y_0$，在任何初始配置中以固定的、可能很小的计数出现。重要的是，其中一个状态的计数比另一个高：我们将假设$|X_0| \ge C |Y_0|$为某个常数$C$。挑战在于设计一种协议，该协议可以快速可靠地决定基线状态$X_0$和$Y_0$中的哪一个具有更高的初始计数。我们提出了一个简单的算法解决比较：基线算法使用每个节点的$O(\log n)$状态，并在$O(\log n)$（并行）时间内以高概率收敛到一个状态，在该状态下，全体人口以与初始$|X_0|$与$|Y_0|$浓度成比例的速率对$X$或$Y$的意见进行投票。然后，我们描述如何这样的输出，然后可以用来解决比较。该算法是自稳定的，在这个意义上，它收敛到正确的决定，即使相对计数的基线状态$X_0$和$Y_0$动态变化期间执行，和泄漏鲁棒的，在这个意义上，它可以承受虚假的错误反应。我们的分析依赖于一个新的鞅浓度的结果，涉及到人口协议的演变，其预期的（稳态）分析，这应该是广泛适…
2022-01-11 cs.DC
Universally Composable Simultaneous Broadcast against a Dishonest Majority and Applications
本研究在通用可组合性框架下修订同时广播定义，提出基于时间锁加密的抗自适应敌手（不诚实多数）协议，并展示其在分布式随机数生成与去中心化投票中的应用。
2023-07-21 cs.CR cs.DC
A Note on Solving Problems of Substantially Super-linear Complexity in $N^{o(1)}$ Rounds of the Congested Clique
研究拥塞团上超线性复杂度问题的 $N^{o(1)}$ 轮协议设计，证明其节点局部计算的平均时间复杂度必须远大于给定问题的时间复杂度。
2024-12-22 cs.DC
Optimal Bootstrapping of PoW Blockchains
工作量证明（PoW）区块链在早期阶段容易受到对抗性多数挖掘攻击，这是由于早期参与和相应的低净哈希功率。Bootstrapping通过防止多数挖掘攻击来确保过渡阶段的安全性和活性，允许PoW链增长参与基础和相应的挖掘哈希功率。活性是特别重要的，因为活性的损失将导致诚实的挖掘奖励的损失，减少诚实的参与，从而产生不希望的螺旋;实际上，现有的自举机制提供特别弱的活性保证。在本文中，我们提出了Advocate，这是一种新的自举方法，它实现了两个主要结果：（a）中本聪最长链协议在绝对多数对手下的最佳活性和低延迟;（b）立即黑盒推广到各种基于并行链的扩展架构，包括OHIE和Prism。我们通过全栈实现证明了Advocate在90%对抗性多数下的鲁棒性。
2022-08-22 cs.CR cs.DC
Multicore architecture and cache optimization techniques for solving graph problems
随着大数据和物联网时代的到来，大数据集的可用性呈指数级增长。这些数据集需要深入分析，为学术界和工业界改进方法提供情报。大多数数据集都以图表的形式显示和提供。因此，当前的问题是解决图问题。由于数据集很大，分析数据所需的时间很长。因此，在本文中，我们将探讨可以利用现有多核架构来解决这个问题的技术。目前，大多数中央处理器都采用了多核设计;此外，图形处理器等协处理器具有大量的内核，可以用于获得显着的加速。因此，在本文中的技术，以发挥多核架构的优势进行了研究。
2018-07-09 cs.DC
Population Protocols for Exact Plurality Consensus -- How a small chance of failure helps to eliminate insignificant opinions
针对种群协议中的精确多数共识问题，我们设计了允许微小失败概率的协议，以超越二次状态下界，通过锦标赛和意见修剪，在时间与状态复杂度上实现高效多数识别。
2024-02-09 cs.DC
An Almost Tight Lower Bound for Plurality Consensus with Undecided State Dynamics in the Population Protocol Model
本文在人口协议模型的未决状态动态下研究多数共识问题，证明了即使初始偏差很大，稳定时间仍需要 Ω(k log(√n/(k log n))) 的并行时间，且该下界在 k ≤ n^(1/2-ε) 范围内几乎紧。
2025-05-05 cs.DC
Revisiting Randomized Gossip Algorithms: General Framework, Convergence Rates and Novel Block and Accelerated Protocols
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；KAUST（卡塔尔科技大学）；MIPT（莫斯科国立信息安全研究学院）
本文提出了一种新的随机广播算法分析和设计框架，用于解决平均共识问题。通过将经典随机迭代方法应用于特殊系统来解释网络结构，展示了其去中心化特性。该框架恢复了多种已知的广播算法作为特殊情况，并允许开发具有证明更快变体的方法。我们还提出了新的块和第一个可证明加速的随机广播协议，以及双随机广播算法。
2019-06-03 cs.DC cs.LG cs.MA
Smoothed Analysis of Population Protocols
在这项工作中，我们开始研究人口协议的\emph{smoothed analysis}。我们考虑一个人口协议模型，自适应对手规定代理之间的相互作用，但概率$p$每一个这样的相互作用可能会改变成两个代理之间的相互作用均匀随机选择。也就是说，$p$ -分数的相互作用是随机的，而$(1-p)$ -分数是对抗的。我们模型的目的是弥合均匀随机调度器（过于理想化）和对抗性调度器（过于严格）之间的差距。本文主要研究了人口协议中的领导选举问题。我们表明，对于人口规模$n$，领导人选举问题可以解决在$O(p^{-2}n \log^3 n)$步骤具有很高的概率，每个代理使用$O((\log^2 n) \cdot (\log (n/p)))$状态，\emph{all}值为$p\leq 1$。虽然我们的结果不匹配的最佳已知的运行时间的$O(n \log n)$的均匀随机调度程序（$p=1$），我们能够提出一个\emph{smooth transition}之间的运行时间的$O(n \cdot \mathrm{polylog} n)$的$p=1$和无限的运行时间的对抗调度程序（$p=0$），其中的问题无法解决。我们的工作的关键技术贡献是一个新的\emph{phase clock}算法，我们的模型。这是一个关键的基本人口协议算法（领导人选举，多数），我们相信这是独立的利益。
2021-05-25 cs.DC
Difficulty Scaling in Proof of Work for Decentralized Problem Solving
我们提出了DIPS基于难度的问题解决激励，这是对比特币工作量证明算法的简单修改，奖励区块链矿工解决科学兴趣的优化问题。其结果是一个区块链，它将一些投资于基于哈希的采矿的计算资源重新定向到科学计算，有效地减少了在采矿上“浪费”的能量。DIPS通过在发现优化改进时降低区块哈希难度，直接在工作量证明中建立解决激励。该方案的一个关键优势是保留了去中心化，并且在标准区块链之上不需要额外的协议层。我们研究了两种激励方案，并提供了模拟结果，表明DIPS能够减少网络中使用的哈希功率，同时生成优化问题的解决方案。
2019-11-01 cs.DC
3-Majority and 2-Choices with Many Opinions
本文针对3-Majority和2-Choices同步共识动力学，在任意意见数量下首次证明了近乎最优的共识时间上界，分别为$\widetildeΘ(\min\{k,\sqrt{n}\})$和$\widetildeΘ(k)$轮。
2025-03-04 cs.DC cs.DM
Provably Accelerated Randomized Gossip Algorithms
The University of Edinburgh, UK（爱丁堡大学）；Facebook AI Research, Montreal（脸书人工智能研究）；KAUST, KSA（王国立科技大学）
本文提出了一种可证明加速的随机传话算法，用于解决平均一致性问题。该算法受到最近开发的加速随机Kaczmarz方法的启发，该方法是解决线性系统问题的流行方法。在每次传话迭代中，网络中的所有节点都会更新它们的值，但只有成对的节点交换私有信息。还展示了在流行无线传感器网络上的数值实验，展示了我们协议的优势。
2018-10-31 cs.DC cs.LG cs.MA
