Puncturable Signatures and Applications in Proof-of-Stake Blockchain Protocol
权益证明区块链协议正在成为能耗工作量证明协议最有前途的替代方案之一。然而，PoS设置中的一个特别关键的威胁是由秘密密钥泄漏（LRSL攻击）引起的众所周知的远程攻击。具体来说，攻击者可以试图控制/损害在过去某个时刻拥有大量股份的账户，从而双重花费或删除过去的交易，这违反了区块链的基本持久性属性。可删截签名提供了一个令人满意的解决方案来构建实用的权益证明区块链，以抵御LRSL攻击，尽管现有的构造对于实际部署来说效率不够。在本文中，我们对可穿孔签名进行了深入研究，并探讨了其在权益证明区块链中的应用。我们形式化的安全模型，允许对手自适应签名和打孔查询，并显示了一个有效的打孔操作的基础上的布隆过滤器数据结构和强Diffie-Hellman假设的建设。我们希望的打孔功能是针对消息的特定部分，如前缀，而不是整个消息。此外，我们使用可穿孔签名来构建实用的权益证明区块链协议，这些协议对LRSL攻击具有弹性，而以前的前向安全签名用于免疫这种攻击。我们实现了我们的方案，并提供了实验结果表明，与前向安全签名相比，我们的结构表现出更好的签名大小，签名和验证效率，显着的密钥更新效率。
2019-10-15 cs.CR
Transwarp Conduit: Interoperable Blockchain Application Framework
Transwarp-Conduit（TWC）是一种用于在两个启用智能合约的区块链之间传输消息的协议。此外，我们指定了一个应用程序框架（利用TWC协议），使开发人员能够定义任意复杂的跨区块链应用程序，只需部署符合框架的智能合约并托管TWC节点（守护进程）。TWC协议无需在基础区块链协议上进行额外工作即可实现。
2019-06-07 cs.CR cs.SE
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
Blockchain security based on cryptography: a review
Hainan University（海南大学）
从密码学角度分析区块链攻击，介绍哈希函数等技术及在区块链中的作用，基于六层架构分析各层攻击并提应对方法，剖析多种攻击原理并设计防御方案，总结核心问题与展望未来发展。
2026-07-07 cs.CR
Integrating Hardware Security into a Blockchain-Based Transactive Energy Platform
这篇应用研究论文介绍了一种新的框架，用于将硬件安全和区块链功能与网格边缘设备相集成，以建立一种分布式网络安全机制，该机制可以验证进出设备的消息的来源。扩展了双因素认证和硬件信任根的思想，这项工作描述了一个加密信任中心（TM）（CTC（TM））芯片集成到网格边缘设备，以创建统一的加密密钥管理的发展。产品经理、能源系统设计师和安全架构师可以利用这个模块化框架作为统一的方法来管理各种供应商、年份和规模的分布式设备。结果表明，CTC（TM）应用于基于区块链的交互式能源（TE）平台，以提供加密密钥并提高运营网络和数据管理的一致性。这种配置、安装和维护密钥的过程被描述为生态安全供应（TM）（ESP（TM））。实验室测试结果表明，该方法可以解决Hyperledger Fabric等常见区块链框架中的几个网络安全漏洞。
2020-08-24 cs.CR
Blockchain enabled fog structure to provide data security in IoT applications
物联网通过将智能设备连接到互联网，并利用所述设备生成的数据来为个人和企业提供增值服务。在这种情况下，如果数据被暴露、篡改或丢失，服务将无法正常运行。在本文中，我们从五个方面讨论物联网应用中的数据安全性：机密性、完整性、真实性、不可否认性和可用性。我们讨论了如何使用分布式账本技术来克服这些问题，并建议使用雾计算架构作为分散的计算支持来部署账本。
2019-01-15 cs.CR cs.DC
Quantum Cyber-Attack on Blockchain-based VANET
本研究针对基于区块链的车载自组网，开发了利用量子Shor算法破解RSA签名的量子冒充攻击，并通过仿真验证其能破坏信任链，凸显量子安全区块链的必要性。
2025-01-23 cs.CR
SurferMonkey: A Decentralized Anonymous Blockchain Intercommunication System via Zero Knowledge Proofs
区块链互通系统使区块链之间的消息交换成为可能。这种互操作性促进了创新，释放了流动性和对资产的访问。然而，区块链是孤立的系统，最初并不是为互操作性而设计的。这使得跨链通信，或简称桥梁，本质上是不安全的。更确切地说，跨链系统面临着自私理性参与者的安全挑战，例如最大可提取价值（MEV）和审查。我们建议使用跨链通信的零知识证明（ZKP）来解决这些挑战。保护跨链通信比保护单链事件要复杂得多，因为这样的系统必须针对链上和链下分析来保护用户安全。为了实现这一目标，我们提出了以下两个贡献：DACT协议和支持DACT协议的SurferMonkey基础设施。DACT协议是一个全球解决方案，用于解决不可知区块链相互通信的匿名性和安全性挑战。由于使用ZKP，DACT中断了链上和链下分析。SurferMonkey是一个去中心化的基础设施，在实践中实现了DACT。由于SurferMonkey工作在区块链应用层，因此任何去中心化应用程序（dApp）都可以使用SurferMonkey向另一个区块链上的dApp发送任何类型的消息。使用SurferMonkey，用户既不会被审查，也不会暴露于MEV。通过应用去中心化的主动安全，我们获得了对自私理性参与者的弹性，并提高了对网络攻击的安全标准。我们已经通过逆向工程Tornado Cash和应用IDEN 3 ZKP电路实现了SurferMonkey的概念验证。SurferM…
2022-10-24 cs.CR cs.DC
DBFT: Efficient Byzantine Consensus with a Weak Coordinator and its Application to Consortium Blockchains
本文介绍了一种确定性的拜占庭共识算法，依赖于一个新的弱协调。相对于以前的算法，不能终止在一个有故障或缓慢的协调人的存在，我们的算法可以终止，即使它的协调人是错误的，因此名称弱协调人。其关键思想是允许进程在收到阈值消息后立即完成异步轮，而不必等待来自协调器的消息，因为这可能会很慢。由此产生的算法假设部分同步，是弹性最优，时间最优，不需要签名。我们的演讲是说教式的：本文首先提出了一个简单的安全的二进制拜占庭共识算法，并对其进行了修改以确保终止，最后提出了一个从多值共识到二进制共识的优化约简，该约简可以在4个消息延迟内终止。为了评估我们的算法，我们将其部署在分布在不同大陆的5个中心的100台机器上，并将其性能与来自Mostefaoui，Moulets和Raynal [PODC14]的随机解决方案进行了比较，该解决方案在O（1）回合中终止。我们的算法总是优于后者，即使在拜占庭行为的存在。我们的算法在大多数地理分布的实验中具有亚秒级的平均延迟，即使受到精心设计的拜占庭进程联盟的攻击也是如此。
2018-07-25 cs.CR cs.DC
Blockchain Security Risk Assessment in Quantum Era, Migration Strategies and Proactive Defense
本文评估量子计算对区块链的威胁，提出混合迁移策略与安全蓝图，以主动防御量子攻击并保障主流区块链生态安全。
2025-08-25 cs.CR
Integrating Privacy Enhancing Techniques into Blockchains Using Sidechains
区块链正在转变为分散的计算平台，并因其独特的优势而获得全球认可。除了支付之外，还有一种新兴的趋势，即区块链可以实现新一代的去中心化应用程序，并作为互联网安全基础设施的基础。区块链的不可变性使其在安全性和透明度方面成为赢家;几乎无法想象的是，账本会以一种无法立即让每个参与其中的用户都清楚的方式被改变。然而，大多数区块链在隐私方面存在不足，特别是在数据保护方面。大蒜路由和洋葱路由是两种主要的隐私增强技术（PETs），它们以匿名和安全性而流行。大蒜路由是I2 P匿名网络使用的一种方法，通过将多个消息捆绑到分层加密结构中来隐藏数据包的发送者和接收者的身份。洋葱路由试图提供低延迟的基于互联网的连接，抵抗流量分析，去匿名化攻击，窃听和其他外部（例如互联网路由器）和内部（洋葱路由服务器本身）的攻击。由于这两种技术对隐私攻击的抵抗率存在一些争议，我们提出了一种PET启用侧链（PETES）作为一种新的隐私增强技术，将大蒜路由和洋葱路由集成到适合区块链结构的大蒜洋葱路由（GOR）框架中。初步提出的GOR旨在通过PETES结构改善区块链中交易的隐私性。
2019-06-12 cs.CR
ZLB, a Blockchain Tolerating Colluding Majorities
本文提出拜占庭-欺诈-良性故障模型下共识可解性的新紧下界，基于Basilic类协议构建首个可容忍超半数合谋节点的ZLB区块链，实验证明其性能优于HotStuff，接近无法容忍n/3故障的Red Belly Blockchain。
2023-05-04 cs.CR cs.DC
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
PBAG: A Privacy-Preserving Blockchain-based Authentication Protocol with Global-updated Commitment in IoV
车辆互联网（IoV）越来越多地用作通过在诸如车辆和基础设施的实体之间建立连接来传播关键信息的媒介。在消息传输过程中，隐私保护认证被认为是抵御攻击者和恶意信息的第一道防线。为了实现更安全和稳定的通信环境，越来越多的基于区块链的认证方案被提出。乍一看，现有的方法提供了健壮的架构，并实现了透明的身份验证。然而，在这些方案中，验证者必须提前连接到区块链网络，并使用智能合约完成身份验证，这降低了延迟。为了弥补这一限制，我们提出了一种保护隐私的基于区块链的身份验证协议（PBAG），其中根机构（RA）为每个授权车辆生成与颁发的证书相对应的唯一评估证明。同时，RA广播基于所有有效证书的公共全局承诺。代替查询存储在区块链中的证书，车辆将通过利用双线性对的全局承诺来有效地证明是授权用户。此外，我们的方案可以防止车辆配备无效证书完成认证，从而避免了耗时的检查证书吊销列表（CRL）。最后，我们的计划提供了隐私属性，如匿名性和不可链接性。它允许基于评估证明的匿名认证，并在发生争议时实现身份的可追溯性。仿真结果表明，在批处理机制下，验证的平均时间为0.36ms，比现有的方案至少提高63.7%。
2022-08-31 cs.CR
Key-and-Signature Compact Multi-Signatures for Blockchain: A Compiler with Realizations
多重签名是一种协议，其中一组签名共同签署消息，使得最终签名比将单个签名连接在一起要短得多。最近，它在区块链中找到了应用，其中多个用户希望通过多重签名共同授权支付。然而，在这种设置中，没有集中的权威机构，它可能会遭受流氓密钥攻击，攻击者可以任意生成自己的密钥。此外，为了最小化区块链上的存储，期望聚合公钥和聚合签名都尽可能短。在本文中，我们找到一个编译器，转换一种身份（ID）计划（我们称之为线性ID）的多重签名，使聚合公钥和聚合签名的大小独立于签名者的数量。我们的编译器是可证明安全的。我们的结果的优点是，我们减少了多方问题的弱安全的两方问题。我们用两种ID方案实现了我们的编译器。第一个是Schnorr ID，第二个是一个新的基于格的ID方案，该方案通过编译器给出了第一个基于格的多重签名方案，该方案在签名过程中不需要重启，并且密钥和签名是紧致的。
2023-01-20 cs.CR
XIR: A Framework for Interoperability across Cross-Chain Protocols Based on a Verifiable Intermediate Representation
Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院计算技术研究所）；Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院）；School of Computer Science and Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学计算机科学与技术学院）；Beijing Advanced Innovation Center for Future Blockchain and Privacy Computing, Beihang University（北京航空航天大学未来区块链与隐私计算高精尖创新中心）；Shandong Key Laboratory of Blockchain Finance, Shandong University of Finance and Economics（山东财经大学山东省区块链金融重点实验室）
XIR提出基于可验证中间表示的框架，通过组合现有连接实现跨协议多跳路径，避免大量点对点配置，将区块链可达性从14.64%提升至96.86%。
2026-10-23 cs.CR cs.DC
Scalable Byzantine Consensus via Hardware-assisted Secret Sharing
对区块链技术的兴趣激增，重新激发了对有效拜占庭共识方案的研究。特别是，区块链社区一直在寻找方法，将传统的拜占庭容错（BFT）协议有效地集成到区块链共识层中，允许各种金融机构安全地商定交易顺序。然而，现有的BFT协议由于其$O(n^2)$消息复杂度而只能扩展到数十个节点。在本文中，我们提出了FastBFT，一个快速和可扩展的BFT协议。FastBFT的核心是一种新颖的消息聚合技术，它将基于硬件的可信执行环境（TEE）与轻量级秘密共享原语相结合。将该技术与几种其他优化（即，乐观执行、树形拓扑和故障检测），FastBFT即使在大规模网络中也能实现低延迟和高吞吐量。通过系统的分析和实验，我们证明了FastBFT具有更好的可扩展性和性能比以前的BFT协议。
2018-11-14 cs.CR cs.DC
Indexing structures for the PLS blockchain
针对 PLS 区块链低功耗 IoT 客户端的通信最小化问题，本文用 Tunstall 压缩位图索引生成不存在证明，并以伪随机双射函数抑制相关访问导致的压缩退化。
2021-08-03 cs.CR
BEPHAP: A Blockchain-Based Efficient Privacy-Preserving Handover Authentication Protocol with Key Agreement for Internet of Vehicles
车联网可以显著提高运输效率，保障交通安全。身份认证被认为是物联网中抵御攻击的基本防线。然而，最先进的方法存在几个缺点，包括单一云服务器模型的瓶颈，操作的高计算开销，对云服务器和路边单元（RSU）的过度信任，以及车辆轨迹隐私的泄露。本文介绍了BEPHAP，一种基于区块链的高效隐私保护车联网切换认证协议，具有密钥协商功能，旨在解决这些问题。BEPHAP在云服务器和RSU可能发起攻击的安全模型下，通过基于防篡改区块链、对称密码学和变色龙哈希函数的密钥协商，实现匿名跨域相互切换认证。BEPHAP特别适合车联网，因为它允许车辆在认证阶段只需要执行轻量级的加密操作。BEPHAP还实现了数据机密性、不可链接性、可跟踪性、不可否认性、不可成帧性和密钥托管自由性。基于ProVerif的形式化验证和基于BAN逻辑的形式化安全性证明表明，BEPHAP能够抵抗各种典型的攻击，如中间人攻击、冒充攻击和重放攻击。性能分析表明，BEPHAP在计算和通信效率方面都超过了现有的工作。每秒5000个请求时，消息丢失率保持为0，符合车联网的要求。
2022-10-29 cs.CR
Securing Vehicle to Vehicle Communications using Blockchain through Visible Light and Acoustic Side-Channels
自动驾驶汽车和自动驾驶汽车出现在公共高速公路上。这些车辆通常将无线通信技术用于车辆到车辆和车辆到基础设施通信。制造商、监管机构和公众对这些无线车载网络的大规模系统故障或恶意攻击的担忧是可以理解的。本文探讨了传感和信号设备的使用，通常集成到现代车辆的侧信道通信的目的。可见光（使用CMOS相机）和声学（超声波音频）侧信道编码技术的建议，开发和评估在这方面。侧信道的理论和实验研究和上界的线路编码调制速率，这是可实现的，这些侧信道方案在车辆联网的上下文中建立。然后，提出了一种新的车辆间会话密钥建立协议，该协议利用侧信道和区块链公钥基础设施。鉴于车辆通信的有限信道容量和互操作性/安全性要求，提出了用于约束吞吐量要求、提供设备独立性和验证预期接收方车辆的位置的技术。这将创建对称加密和消息认证密钥以及与公认的认证机构验证车辆证书所需的设备握手吞吐量减少到176位。
2017-04-09 cs.CR
QDBFT: A Dynamic Consensus Algorithm for Quantum-Secured Blockchain
Anhui CAS Quantum Network Co., Ltd.（安徽中科量子网络有限公司）；CAS Quantum Network Co., Ltd.（中科量子网络有限公司）
QDBFT是一种针对量子安全区块链设计的动态共识算法，通过主节点自动旋转机制和量子密钥分发网络，实现动态成员变化下的高效共识与信息论安全。
2026-02-12 cs.CR
Bottlenecks in Blockchain Consensus Protocols
大多数区块链许可系统采用拜占庭容错（BFT）共识协议，以确保诚实的验证者同意将条目添加到其分类账的顺序。在本文中，我们研究的性能和可扩展性突出的共识协议，即PBFT，Tendermint，HotStuff和Streamlet，无论是通过负载公式分析和实际上通过实施和评估。在相同的条件下，我们确定了这些共识协议的瓶颈，并表明这些协议不扩展以及验证器的数量增加。我们的调查指出通信复杂性是罪魁祸首。即使有足够的网络带宽，消息的串行化和非串行化的CPU成本也会限制吞吐量并增加协议的延迟。为了缓解瓶颈，最有用的技术包括降低通信复杂性，轮换通信热点，以及跨共识实例的流水线。
2021-10-12 cs.CR cs.DC
Bridging Cloud Convenience and Protocol Transparency: A Hybrid Architecture for Ethereum Node Operations on Amazon Managed Blockchain
本文提出基于 AMB、EC2、IAM、AWS CDK 与 CloudWatch 的混合架构，在保持托管便利的同时恢复以太坊全节点的协议级性能可观测性。
2025-07-24 cs.CR
Pipelet: Practical Streamlined Blockchain Protocol
本文提出实用精简共识协议 Pipelet，在保留 Streamlet 简洁性的同时，将每区块通信复杂度从 O(N^3) 降至最优水平，并支持时钟同步与稳定区块提议者，兼顾实现简易性与实际部署需求。
2024-01-17 cs.CR cs.DC
CHAINGE: A Blockchain Solution to Automate Payment Detail Updates to Subscription Services
University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）；University of Peloponnese（伯罗奔尼撒大学）
基于订阅的商业模式的兴起导致客户需要管理其付款的订阅数量相应增加。对于客户来说，这种对多个订阅的支付的管理已经成为一项非常复杂和不安全的任务，特别是当卡丢失、被盗或过期时更新支付细节时。此外，根据安全报告，这个主要是手动的流程很容易出现人为错误、数字欺诈和数据泄露。因此，在本文中，我们提出了一种新的方法来自动化，管理和简化金融供应链的更新和管理支付给用户订阅的过程中所涉及的。这是通过利用Hyperledger Sawtooth区块链框架来实现的，该框架允许消费者在中央数字钱包中输入他们的支付卡详细信息，并将他们的订阅链接到他们的卡。正在更新的卡会触发区块链上的一个事件，这允许在订阅系统上自动更新支付细节。对拟议系统的原型进行的验证测试表明，其目前的实施已安全实现。
2021-08-28 cs.AI cs.CR
Service-Oriented Sharding with Aspen
基于区块链的加密货币的兴起导致了使用分布式账本作为底层基础设施的服务的爆炸式增长。然而，由于固有的面向单一服务的区块链协议，这些服务可能会膨胀现有的分类账，无法提供足够的安全性，或者完全放弃无信任可验证性的属性。安全问题、信任限制和用户资源需求的可扩展性限制阻碍了区块链上松耦合服务的可持续发展。本文介绍了Aspen，这是一种分片区块链协议，旨在随着服务数量的增加而安全地扩展。Aspen与比特币在点对点网络中共享相同的信任模型，该网络容易出现包含拜占庭参与者的极端动荡。它允许引入新服务，而不会损害安全性，利用信任假设或向用户发送大量不相关的消息。
2016-11-21 cs.CR cs.DC
On the Robustness of Gossip Protocols in Modern Blockchains
Ruhr University Bochum（鲁尔大学波鸿分校）；University of Mannheim（曼海姆大学）
本文研究委员会型区块链中闲聊协议的鲁棒性，分析发现常见随机图参数无法保证足够诚实节点接收共识消息，评估了比特币ER图、波卡网格、以太坊GossipSub等的鲁棒性，揭示了不同方案的鲁棒性与效率权衡。
2026-10-16 cs.CR
Greedy but Cautious: Conditions for Miner Convergence to Resource Allocation Equilibrium
所有的公共区块链都是由区块生产者之间的机会成本证明来保证的。例如，像比特币这样的工作量证明（PoW）系统提供的安全性是由于计算消耗;它是工作，因为它不能免费执行。一般来说，在生产区块时可证明丢失的资源越多，区块链的安全性就越高。当两个区块链共享相同的机会成本机制时，就像它们共享相同的PoW算法时，这两个链会从区块生产者那里竞争资源。事实上，如果资源类型之间存在流动性市场，那么理论上所有区块链都会争夺资源。在本文中，我们证明了任何两个区块链之间都存在资源分配均衡，这基本上是由每个链提供的奖励的法定价值驱动的，以换取提供安全。我们继续证明这个均衡是奇异的，并且总是能够实现，前提是区块生产者以贪婪但谨慎的方式行事。当他们过度贪婪时，情况正好相反：资源分配在两个链条之间的极端中振荡。我们表明，这些结果在实践中，并在块生成模拟。最后，我们展示了这个理论的几个应用，包括一个不可信的价格比预言机，提高了区块链的安全性，其硬币具有较低的法定价值，以及量化的成本分配资源远离均衡。
2019-08-26 cs.CR cs.GT
BugMagnifier: TON Transaction Simulator for Revealing Smart Contract Vulnerabilities
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学与技术学院）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Positive Technologies（正数技术）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立罗蒙诺索夫大学）；Indian Institute of Technology, Delhi（印度理工学院德里分校）
本文提出基于受控消息编排的动态评估方法，通过精确消息队列操作与差分状态分析结合，构建BugMagnifier框架，系统暴露异步智能合约中的执行缺陷，验证其在异步区块链环境中的有效性。
2026-05-01 cs.CR cs.DC
Breaking Blockchain's Communication Barrier with Coded Computation
尽管区块链是各种加密货币的支持技术，为许多分散的信任管理系统提供了一个潜在的有效框架，但其性能在现实世界的网络中仍然是次优的。由于带宽有限，节点处理区块的通信复杂性随着网络规模的增长而扩展，因此成为区块链性能的限制因素。在本文中，我们建议重新设计现有的区块链系统，以解决通信负担的问题。首先，通过采用编码计算的技术，我们的方案保证了正确的交易验证，同时大大降低了位的复杂性，使其随节点数的增加而成倍增长。其次，通过采用信息分散和状态机复制技术，系统对拜占庭故障具有弹性，并实现了线性消息复杂度。第三，我们提出了一种新的2维分片策略，该策略本质上支持跨分片事务，减轻了分片之间对复杂通信协议的需求，同时保持了分片的计算和存储优势。
2022-04-03 cs.CR cs.DC cs.IT
Blockchain Scalability and Security: Communications Among Fast-Changing Committees Made Simple
对于非许可区块链，可扩展性至关重要。虽然当前的技术仍然不能完全解决这个问题，但是许多研究工作提出了分片或广泛采用事务的并行处理的其他技术。在这些方法中，潜在的大量节点委员会独立地执行共识并处理新的交易。因此，除了定期的委员会内部沟通外，（1）新交易必须交付给正确的委员会，（2）委员会需要沟通以处理分片间交易或（3）交换中间结果。为了与适应缓慢的对手形成对比，委员会应该经常更换。然而，与频繁更换的委员会进行有效沟通是困难的。我们提出了一种简单的方法，允许我们隐式地选择委员会成员，并有效地将信息传递给特定委员会的所有成员，即使委员会经常更换。我们设计的目的是提供一个委员会选择程序和一个以委员会为目标的通信原语，用于目前文献中提出的大多数可扩展区块链架构。我们提供了一个理论证明我们的方法的安全性和第一个实验结果表明，我们的方法在实践中可能是可行的。
2022-12-22 cs.CR cs.DC
The Latency Price of Threshold Cryptosystem in Blockchains
本文研究区块链中阈值密码系统的延迟开销，提出消除紧阈值开销的机制，并证明斜坡阈值下额外延迟不可避免，进而设计乐观最小化方案，在Aptos主网实现并降低71%延迟开销。
2025-05-22 cs.CR cs.DC
Blockchain Nash Dynamics and the Pursuit of Compliance
我们在区块链协议的背景下研究纳什动态。我们引入了一个正式的模型，其中可以评估纳什动态是否可以导致效用最大化的参与者从“诚实”的协议操作缺陷，对变化，表现出一个或多个不可取的违规行为，如弃权参与和产生冲突的协议历史。不导致这种违规状态的区块链协议被认为是合规的。利用该模型，我们评估了各种工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）协议族的合规性，关于不同的效用函数和奖励计划，导致以下结果：i）如果成本可以忽略不计，则资源比例奖励下的PoS分类账可以是合规的，但如果成本很大，则不合规; ii）区块比例奖励下的PoW和PoS表现出不同的合规行为，这取决于网络的损耗;一次违规，即，产生冲突的消息，但不符合（和不平衡）w.r.t.弃权或攻击，我们称之为自私的签名; iv）考虑到外部性，如汇率波动，我们量化了经济处罚的好处，在PoS协议的背景下，在抑制特定的违规行为。
2022-03-23 cs.CR cs.GT
Universally Composable Termination Analysis of Tendermint
本文首次对 Tendermint 共识协议进行通用可组合安全分析，证明其在部分同步网络下能抵抗消息延迟攻击，保证有界终止延迟，并可与区块链组件安全组合。
2025-10-08 cs.CR
A Delay-Tolerant Payment Scheme Based on the Ethereum Blockchain
在网络连接时断时续的偏远农村地区，银行业务作为一项基本服务可能难以获得。虽然在某些地方，通过SMS或USSD消息已经使微型银行成为可能，但它们的安全缺陷和基于会话的性质阻止了它们的广泛采用。全球级别的加密货币能够在分布式对等体之间实现低成本、安全和普遍的资金转移，但在覆盖偏远社区的更多人方面仍然受到限制。我们建议利用区块链的延迟容忍特性，为那些只能间歇性地连接到更广泛的互联网的远程社区提供银行服务。使用在本地区域内提供连接的基站，常规的事务处理完全由区块链矿工处理。该银行仅在连接可用时加入以处理货币兑换请求，奖励矿工并跟踪用户余额。通过在对等体之间分配验证和存储任务，我们的系统设计在不牺牲可靠性和可信性的情况下节省了整体部署和运营成本。通过理论和实证分析，我们为系统设计提供了见解，测试了其对网络干扰的鲁棒性，并证明了在现成的计算机和移动设备上实现的可行性。
2018-01-31 cs.CR cs.CY
Strengthened Fault Tolerance in Byzantine Fault Tolerant Replication
拜占庭容错（BFT）状态机复制（SMR）是构建许可区块链系统的重要构建块。与Nakamoto Consensus相比，任何区块都可以在区块链中获得更高的保证，在BFT SMR中，任何提交的区块都是安全的，具有固定的弹性阈值。在本文中，我们研究加强容错（SFT）在BFT SMR部分同步下，它提供了逐渐增加的弹性保证（如中本共识）在一个乐观的时期，当网络同步和拜占庭故障的数量是小的。此外，即使在乐观期之后，已提交的块也可以容忍超过三分之一（高达三分之二）的腐败。与需要二次消息复杂度的现有最佳解决方案灵活BFT相比，我们的解决方案保持了最先进的BFT SMR协议的线性消息复杂度，并且只需要边际簿记开销。我们实现了我们的解决方案在开源的Diem项目，并给出实验结果，证明其效率在现实世界的情况下。
2021-01-11 cs.CR cs.DC
Validated Strong Consensus Protocol for Asynchronous Vote-based Blockchains
本文提出一种validated strong BFT共识模型及异步协议，解决异步投票区块链的可扩展性问题，在不依赖阈值签名下实现线性视图更改，使其具备与部分同步区块链同等的简洁性与效率。
2024-12-24 cs.CR cs.DC
BETA-UAV: Blockchain-based Efficient Authentication for Secure UAV Communication
本文提出 BETA-UAV 方案，利用区块链智能合约记录无人机通信会话，以交易地址证明消息新鲜性与可信性，并通过以太坊实现验证其能抵抗主动攻击且显著降低计算和通信开销。
2024-02-24 cs.CR cs.SY eess.SY
A Secure and Trusted Mechanism for Industrial IoT Network using Blockchain
工业物联网（IIoT）是一种强大的物联网应用，通过确保集线器，制造场所和包装单位等各种实体之间的透明通信来重塑行业的增长。在IIoT中引入数据科学技术可以提高以更有效的方式分析收集的数据的能力，而当前的IIoT架构由于其分布式特性而缺乏这种能力。从安全角度来看，网络异常/攻击者在IIoT中构成了很高的安全风险。在本文中，我们已经解决了这个问题，其中协调器物联网设备被选为计算物联网设备的信任，以防止恶意设备成为网络的一部分。此外，通过集成基于区块链的数据模型来确保数据的透明度。所提出的框架的性能进行了广泛和严格的验证，通过MATLAB对各种安全指标，如攻击强度，消息更改，和错误认证的概率。仿真结果表明，该解决方案通过有效检测网络中的恶意攻击，提高了IIoT网络的安全性。
2022-06-07 cs.CR cs.SY eess.SY
Blockchain Enabled Secure Authentication for Unmanned Aircraft Systems
空中和地面智能车辆的融合正在成为未来交通的新范式。大量智能无人驾驶车辆或UAS将出于各种目的共享国家领空，例如快递，监控等，然而，考虑到将其安全集成到当前的空中交通管理（ATM）系统中，UAS的扩散也带来了挑战。特别是当当前的自动相关监视广播（ADS-B）系统没有消息认证机制时，无法区分是否有授权的UAS正在使用相应的空域。在本文中，我们的目标是解决这些实际的挑战，在两个折叠。我们首先使用区块链为飞行计划审批和现有ATM设施之间的共享提供安全的身份验证平台。然后，我们使用喷泉码编码的认证有效载荷，并适应他们到事实上的ATM通信协议。这保持了向后兼容性，并确保了在有噪声的广播信道下的验证成功率。我们模拟了现实的无线通信场景，并从理论上证明了我们提出的认证框架具有低延迟和高度兼容现有的ATM通信协议。
2021-10-17 cs.CR cs.NI
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
Performance Evaluation of Hashing Algorithms on Commodity Hardware
本研究在台式机、虚拟机等商用硬件平台上，通过合成基准测试评估Blake3、SHA-256、SHA-512三种哈希算法的吞吐量、延迟与内存占用，发现Blake3整体性能更优但优势受硬件和数据规模影响，给出了选型建议并为相关研发提供参考。
2024-07-11 cs.CR cs.DC
Security Analysis of Distributed Ledgers and Blockchains through Agent-based Simulation
在本文中，我们描述了LUNES-Blockchain，这是一个基于代理的区块链模拟器，它依赖于并行和分布式模拟（PADS）技术来获得高可扩展性。该软件被组织为一个多级模拟器，允许模拟一个虚拟环境，由运行特定分布式账本技术（DLT）协议的许多节点组成，例如比特币或以太坊区块链。该虚拟环境在较低级别的对等（P2P）网络覆盖之上执行，该网络覆盖可以基于不同的拓扑结构并具有给定数量的节点和边缘。不同抽象级别的功能由不同的软件模块以不同的时间粒度单独管理。这允许在需要的地方（以及何时）进行准确的模拟，并增强了模拟性能。使用LUNES-Blockchain，可以模拟DLT上不同类型的攻击。在本文中，我们特别关注P2P层，考虑自私挖掘，51%攻击和Sybil攻击。对于自私挖掘和51%攻击，我们的目标是了解攻击者的哈希率（即区块链网络中处理能力的一般度量）可以影响不当行为的结果。另一方面，在过滤拒绝服务（即Sybil攻击），我们调查在底层P2P网络的传播协议，使系统更有弹性的不同数量的节点，丢弃的消息。结果证实了基于模拟的技术的DLT的安全方面的调查的可行性。
2021-09-17 cs.CR cs.DC cs.MA
When and How to Aggregate Message Authentication Codes on Lossy Channels?
本研究针对有损信道下MAC聚合的丢包影响问题，实证分析了各类MAC聚合方案的有效吞吐量、验证延迟等性能，给出了39%-444%的吞吐量提升数据，并为运营商提供了方案选择指南。
2023-12-15 cs.CR cs.NI
Quantum resistant multi-signature scheme with optimal communication round: A Blockchain-based approach
针对区块链中多重签名方案在存储、通信轮数和抗量子威胁方面的不足，本文提出了一种基于格的新型多重签名方案 Razhims，具备聚合公钥、仅需单轮通信且抗量子计算机的特性，且其公钥与签名大小与签名者数量无关。
2024-04-27 cs.CR cs.IT math.IT
Topos: A Secure, Trustless, and Decentralized Interoperability Protocol
Topos是一个开放的互操作性协议，旨在通过用加密构造和去中心化替换信任假设来尽可能减少信任假设，同时表现出巨大的可扩展性。该协议不使用中央区块链，也不使用共识来确保在公共和私有区块链的异构生态系统中一致地传递消息，称为“TCE”，而是依赖于由分布式网络实现的弱因果可靠广播，我们称之为$\textit{Transmission Control Engine}$（TCE）。跨子网消息的有效性由$\textit{Universal Certificate Interface}$（UCI）确保，并且源于zkSTARK证明，该证明断言由Topos zkVM执行的“状态转换”的有效性。这种计算完整性的证明可以由协议内外的任何其他参与者公开验证，例如其他审计公司或审计公司。TCE和DRM之间的接口利用ICE-FROST协议，这是一种创新的阈值签名方案，其静态公钥允许在DRM在协议中注册后唯一地标识DRM。Topos协议被设计为向生态系统提供$\textit{uniform security}$并处理任何类型的干扰（例如，许可的、无许可的），以适应任何业务用例，并为全球采用和互联网基础层的新标准铺平道路。
2023-02-08 cs.CR cs.DC
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
MAC Aggregation over Lossy Channels in DTLS 1.3
本文在真实部署中验证了DTLS 1.3中MAC聚合在丢包信道上的性能，通过设计扩展并评估，发现其可提升有效吞吐量至多50%，节省至多17%能量。
2025-10-23 cs.CR cs.NI
The Longest-Chain Protocol Under Random Delays
在分布式共识和区块链领域，同步通信模型假设诚实方之间的所有消息最多延迟一个已知常数$Δ$。最近的文献表明，最长链的区块链协议在同步模型下是安全的。但是，对于固定的挖掘速率，安全性保证会随着$Δ$而降低。我们分析了最长链协议的性能的假设下，通信延迟是随机的，独立的，和相同的分布。该通信模型允许具有无界支持的分布，并且是同步模型的严格概括。我们提供安全性和活性的保证，简单，明确的边界上的故障概率。这些界限适用于无限时域执行，并随安全参数呈指数衰减。特别是，我们表明，最长链协议具有良好的安全保证时，延迟是偶发性的大，可能是无界的，这是反映了现实世界的网络条件。
2021-02-01 cs.CR cs.DC
XIM: The XDC Interledger Messaging Protocol
XDC Network Research and Engineering（XDC网络研究与工程部）
本文提出 XIM 跨账本消息协议，实现异构网络间规范消息传输与资产结算，通过分离语义与传输、引入 UAID 及可插拔策略，支持多跳结算并兼容现有支付系统。
2026-10-01 cs.CR cs.DC
Towards a Verified Model of the Algorand Consensus Protocol in Coq
Algorand区块链是一个安全和分散的公共账本，基于纯粹的权益证明而不是工作证明。它的核心是一种新的共识协议，每轮只有一个区块得到认证：也就是说，该协议保证区块链不会分叉。在本文中，我们报告了我们的努力，模型和形式化验证的Algorand共识协议的Coq证明助手。类似于以前的共识协议验证工作，我们建模的协议作为一个状态转换系统和原因可达的全局状态。然而，与以前的工作相比，我们的模型明确地包含了时间问题（例如，超时和网络延迟）和对抗性行为，反映了公共区块链面临的更现实的环境。到目前为止，我们已经证明了协议的异步安全性：即使对手完全控制了网络中的消息传递，也不能在同一轮中验证两个不同的块。我们相信，我们的模型是足够的一般性和其他相关属性的协议，如活性可以证明相同的模型。
2020-08-25 cs.CR cs.DC
Arbitrary Length k-Anonymous Dining-Cryptographers Communication
用餐密码学家网络（DCN）可以实现信息理论隐私。不幸的是，它们不太适合点对点网络，因为它们在区块链应用程序中用于在参与者之间传播交易和区块。在之前的初步工作中，我们提出了一种三阶段方法，初始阶段基于组大小为k的DCN，而后期阶段则负责对等网络中的实际广播。本文详细介绍了我们的DCN协议，并增加了一个性能评估我们的概念验证实现供电。我们的贡献是（一）的DCN协议的扩展冯安公平交付的任意长的消息发送的潜在多个节点，（二）隐私和安全性分析这个扩展，（三）各种性能优化，特别是最佳情况下的操作，和（四）一个性能评估。后者在参与者之间使用100 ms的延迟和50 Mbit/s的带宽限制。高度安全版本的最大测试的四分位数范围需要35 s +-1.25s进行完整运行。优化的通用模式的所有测试都显示消息在0.5s+-0.1s内传播。这些结果比较有利，以前建立的协议k-匿名传输的固定大小的消息，优于原始协议的消息小到2 KiB。
2021-03-31 cs.CR cs.NI
Mixed Fault Tolerance Protocols with Trusted Execution Environment
区块链系统是在存在故障的情况下设计、构建和运行的。有两种主要的故障模式，即崩溃故障和拜占庭故障。拜占庭容错（Byzantine fault tolerance，BFT）协议提供了更强的安全保障，因此被广泛应用于区块链系统。然而，它们的安全性保证是以牺牲性能和可扩展性为代价的。一些工作已经改进了BFT协议，可信执行环境（TEE）已被证明是一个有效的解决方案。然而，现有的这样的作品通常假设每个参与节点配备有TEE。对于其中参与者通常具有不同硬件配置的区块链系统，即，一些节点以TEE为特征，而其他节点不以TEE为特征，现有的基于TEE的BFT协议是不适用的。这项工作研究的设置，其中不是所有的参与节点功能TEE，根据我们提出了一个新的故障模型称为混合故障。在混合故障模型下，我们探索了一种设计高效分布式容错协议的新方法。通常，混合容错（MFT）协议假设$n$节点的网络，其中多达$f = \frac{n-2}{3}$可以经受混合故障。我们确定了两个关键原则，设计高效的MFT协议，即（i）优先考虑非模棱两可的节点在领导的协议，（ii）提倡使用公钥密码原语，允许认证的消息被聚合。我们通过规定MFT协议（即MRAft）来展示这些设计原则。我们使用英特尔SGX实现了MRAFT的原型，将其集成到CCF区块链框架中，进行了实验，并表明MFT协议可以获得与BFT协议相同的安全保证，同时仍然提供更好的性能（交…
2022-08-03 cs.CR cs.DC
