Lockless Blockchain Sharding with Multiversion Control
分片用于解决区块链协议的性能和可扩展性问题，该协议将整体事务处理成本分摊到多个节点集群中。与现有的整个区块链网络相比，分片需要更少的存储容量以及每个节点的通信和计算成本，并且它们并行运行以最大化性能。然而，现有的分片解决方案将锁用于事务隔离，这降低了系统吞吐量并且可能引入死锁。本文提出了一种无锁事务方法，可以在不使用锁的情况下确保事务隔离，从而提高事务的并发性和吞吐量。在我们的方法中，事务被拆分为子事务，以实现多个分片中的并行处理。我们使用事务帐户的版本来实现分片之间的一致性。我们为活性和正确性提供了形式证明。我们还实验评估我们提出的协议和比较的执行时间和吞吐量与基于锁的方法。实验表明，事务的执行时间大大短于基于锁的时间，接近理想的（无锁）执行时间。
2023-03-30 cs.DC
Operation-level Concurrent Transaction Execution for Blockchains
尽管在各种场景中取得了成功，但区块链系统，特别是串行执行交易的兼容EVM的系统，仍然面临着吞吐量有限的重大挑战。并发事务执行是加速事务处理和提高整体吞吐量的一种很有前途的技术。然而，现有的并发控制算法由于高争用工作负载而无法在现实世界的区块链中获得足够的加速比。在本文中，我们提出了一种新的操作级并发控制算法设计的区块链。我们的算法背后的核心思想是，只有依赖于冲突的操作应该串行执行，而所有其他无冲突的操作可以并发执行。因此，在传统的方法，这块或中止整个事务时遇到冲突，我们的算法引入了一个重做阶段，以解决冲突，在操作层面上重新执行冲突的操作。我们还开发了一套数据依赖跟踪机制，以实现精确识别和快速重新执行冲突的操作。我们实现了一个基于Go Ethereum的开源原型，并使用真实世界的Ethereum块对其进行评估。评估结果表明，我们的算法实现了4.28 $\times$的平均加速比。如果与状态预取技术相结合，我们的方法可以进一步加速事务执行7.11 $\times$。
2022-11-17 cs.DC
ConChain: A Scheme for Contention-free and Attack Resilient BlockChain
针对区块链中冲突交易导致的高延迟、低吞吐量、交易失败及相关攻击问题，本文提出融合交易并行性与智能依赖管理器的 ConChain 方案，以减少竞争、提升性能并增强抗攻击能力。
2023-12-13 cs.DC
CATs: Secure Blockchain Interoperability with Cross-chain Atomic Transactions
Move Industries（Move工业）；Movement Labs（Movement实验室）
提出跨链原子事务（CATs）协议，解决跨链原子性保证难题。通过共享协调层等确保事务全成功或全失败，分离执行集防阻塞，引入超时等保障活性，实现快速安全跨链执行并保留链自主性。
2026-07-07 cs.DC
Performance Optimization of High-Conflict Transactions within the Hyperledger Fabric Blockchain
本文针对Hyperledger Fabric中高冲突交易影响性能的问题，提出将MVCC提前至交易流程前序阶段以尽早检测冲突，设计了OEMVCC和OEMVCC-EA两种改进方案，实验证明显著提升了吞吐量与延迟。
2024-07-30 cs.DC
DiPETrans: A Framework for Distributed Parallel Execution of Transactions of Blocks in Blockchain
当代区块链，如比特币和以太坊，由矿工和验证者连续执行交易，并确定工作量证明（PoW）。这种串行执行无法有效地利用现代多核资源，因此限制了系统吞吐量并增加了事务接受延迟。这项工作的目的是通过引入并行事务执行使用静态分析技术，以增加事务吞吐量。我们提出了一个框架DiPETrans的分布式执行的交易块。在这里，区块链网络中的对等点形成一个社区来执行交易并使用领导者-追随者方法找到PoW。在挖掘过程中，leader静态分析事务，创建独立事务的不同组（分片），并将它们分发给follower以并行执行它们。在事务执行之后，社区的计算能力被用来并发地解决PoW。当一个区块被成功创建时，领导者将提议的区块广播给网络中的其他对等体进行验证。在接收到一个区块时，验证器会重新执行区块交易，并在区块达到矿工共享的相同状态时接受该区块。验证也可以作为一个社区并行进行，遵循与挖掘相同的领导者-追随者方法。我们报告了使用以太坊区块链中超过500万个真实交易的实验，并使用我们的DiPETrans框架执行它们，以经验验证我们的技术相对于传统顺序执行的优势。我们实现了矿工2.2倍的最大加速，验证器2.0倍的最大加速，每个区块100到500个交易。此外，当使用社区中的6台机器时，我们使用并行矿工实现了5倍于串行矿工的端到端块创建加速峰值。
2021-03-13 cs.DC
COMIT - Cryptographically-secure Off-chain Multi-asset Instant Transaction Network
自2009年比特币创建以来，我们看到了对公共和私人区块链的巨大推动。为了避免碎片化，设想了一个连接所有这些区块链的全球网络。就像互联网促进通信和信息传输一样，我们提出了一个规模和范围类似的支付和交易系统：加密安全的链下多资产即时交易网络（COMIT）可以使用跨链路由协议（CRP）将任何区块链上的任何资产连接和交换到任何其他区块链。COMIT是一个超级区块链网络，允许使用链下智能合约执行即时交易。它利用跨链的支付渠道和哈希时间锁合同（HTLC）来解决双重支出攻击问题，而无需在底层区块链上进行结算。COMIT的连接由流动性提供商（LP）提供，他们在一个或多个区块链上运营，充当单个链上的支付中心和节点以及分散网络中的做市商，用于跨链资产转换。本文介绍了COMIT的工作原理，为用户、流动性提供商和企业带来的好处;以及这不仅加速了区块链技术的采用，而且还允许与传统银行系统集成。
2018-10-04 cs.DC
Tracing Cross-chain Transactions between EVM-based Blockchains: An Analysis of Ethereum-Polygon Bridges
本文提出一种利用EVM兼容链上地址一致性，结合交易时间、价值和代币标识的匹配启发式算法，追踪以太坊与Polygon间跨链交易，在超200万笔交易中实现存款99.65%和取款92.78%的匹配率，并分析其特性以提升桥接效率与安全性。
2025-04-21 cs.DC
OrderlessChain: Do Permissioned Blockchains Need Total Global Order of Transactions?
针对许可链中基于协调的全局排序导致高延迟和低吞吐量的问题，提出无协调的OrderlessChain，实现拜占庭环境下I-confluent应用的安全执行且性能更优。
2023-10-24 cs.DC
Efficient Concurrent Execution of Smart Contracts in Blockchains using Object-based Transactional Memory
本文提出了一种基于对象语义的智能合约事务（SCT）并发执行的有效框架，使用乐观的单版本基于对象的软件事务存储系统（SVOSTM）和多版本OSTM（MVOSTM）。在我们的框架中，一个多线程的矿工构造一个块图（BG），捕获SCT之间的对象冲突关系，并将其存储在块中。稍后，验证器根据这个BG并发地、确定性地重新执行相同的SCT。恶意矿工可以修改BG以损害区块链，例如，造成双重消费为了识别恶意矿工，我们提出了智能多线程验证器（SMV）。实验分析表明，所提出的多线程的矿工和验证器实现了显着的性能增益比国家的最先进的SCT执行框架。
2020-03-27 cs.DC
Efficient Parallel Execution of Blockchain Transactions Leveraging Conflict Specifications
针对区块链交易并行执行中的冲突问题，提出利用冲突规范信息的区块事务内存方法，在EVM和MoveVM上实现最高1.75倍加速，并超越Parallel-EVM达1.33倍。
2025-08-14 cs.DC
FabricCRDT: A Conflict-Free Replicated Datatypes Approach to Permissioned Blockchains
针对Hyperledger Fabric因EOV三阶段事务生命周期导致并发冲突与吞吐量下降的问题，提出FabricCRDT方法，通过集成无冲突复制数据类型（CRDTs）实现冲突事务的合并与解决，显著提升了事务吞吐量并消除了事务失败。
2023-10-24 cs.DC
On the Design of Communication and Transaction Anonymity in Blockchain-Based Transactive Microgrids
由于分布式能源使用的增加以及风能和太阳能等可再生能源发电的快速加速，交互式微电网正在成为配电系统运营商所面临问题的变革性解决方案。分布式账本最近在这个领域引起了广泛的兴趣，因为它们能够在分散的计算节点上提供交易完整性。然而，现有技术并没有关注这些能源系统的隐私保护要求-与智能电表数据相比，交易级数据可以提供对生产消费者行为的更深入了解。在交互式微电网中存在特定的安全要求，以确保电网的稳定性并控制负载。为了满足这些要求，配电系统运营商需要来自电网的交易信息，这对隐私目标提出了进一步的挑战。这个问题由于这些网络中对区块链外通信的要求而变得更糟。在本文中，我们扩展了最近开发的交易工作流称为PETra和描述我们的解决方案的通信和交易匿名。
2018-01-30 cs.DC
How to Databasify a Blockchain: the Case of Hyperledger Fabric
在过去的几年里，市场上出现了无数的区块链系统，每一个都声称要以某种方式彻底改变分布式事务处理的方式。许多区块链功能，如拜占庭容错（BFT），在现代环境中确实是有价值的补充。然而，尽管围绕该技术进行了大肆宣传，但区块链系统必须面对的许多挑战都是基本的交易管理问题。这些在很大程度上与已经存在了几十年的传统数据库系统共享。这些相似之处对于系统来说尤其明显，这些系统模糊了区块链系统和经典数据库系统之间的界限。一个很好的例子是Hyperledger Fabric，这是IBM正在开发的一个开源许可区块链系统。通过对BFT的轻松视图，Fabric的事务管道与经典分布式数据库系统的工作流非常相似。这就提出了两个问题：（1）在Fabric这样的系统和经典的分布式数据库系统之间，实际上存在哪些概念上的相似性和差异？(2)是否有可能通过将技术从数据库世界过渡到区块链来提高Fabric的性能，从而进一步模糊这两种系统之间的界限？为了解决这些问题，我们首先从数据库研究的角度来探索Fabric，在那里我们观察到事务管道中的弱点。然后，我们通过将众所周知的数据库概念转换到Fabric来解决这些问题，即事务重新排序以及早期事务中止。我们的实验评估表明，我们的改进版本Fabric++显著提高了成功事务的吞吐量，比普通版本高出3倍。
2018-10-31 cs.DC
SREP: Out-Of-Band Sync of Transaction Pools for Large-Scale Blockchains
交易池（mempools）的同步已经显示出改善最先进区块链的性能和块传播延迟的潜力。事实上，为此目的，文献中已经提出了各种加密技术，所有这些都将未确认交易的交换纳入其块传播协议。在这项工作中，我们采取了一种不同的方法，在块传播通道之外（并且独立地）维护事务同步。在这个过程中，我们正式的同步问题的图论框架内，并介绍了一种新的算法（SREP -集增强传播）与量化的保证。我们分析了各种现实的网络拓扑结构的算法的性能，并表明，它收敛于任何连接的图形在一些步骤，是有界的图形的直径。我们通过广泛的模拟，包括与MempoolSync，最近的方法从文献中比较，证实了我们的分析结果。我们的模拟表明，SREP会产生合理的整体带宽开销，并且与MempoolSync不同，它可以随着网络的大小优雅地扩展。
2023-03-29 cs.DC
A Consensus-Based Load-Balancing Algorithm for Sharded Blockchains
公共区块链是分散的网络，每个参与节点执行相同的决策过程。这种形式的去中心化不能很好地扩展，因为相同的数据存储在每个网络节点上，并且因为所有节点都必须在确认之前验证每个交易。一种解决方案将区块链网络的节点分解为称为“分片”的子集，每个分片并行处理和存储不相交的交易集。为了充分利用分片区块链的并行性，分片的处理负载必须均匀分布。然而，计算平衡工作负载的问题在理论上是困难的，并且在实践中进一步复杂，因为事务处理时间在被分配给分片之前是未知的。在本文中，我们介绍了一种动态工作负载平衡算法，其中根据分片最近的工作负载历史定期调整事务到分片的分配策略。我们的算法是基于共识的负载均衡算法的分片区块链的适应。它是一种完全分布式的算法，与基于网络的应用程序（如区块链）内联。根据对三个知名区块链平台的交易进行分片的模拟，报告了一些初步结果。
2022-06-29 cs.DC
Trail: A Blockchain Architecture for Light Nodes
在比特币和以太坊中，节点需要大量的存储容量来维护所有的区块链数据，如交易、UTXO和账户状态。截至2020年5月，比特币区块链的存储容量已扩大到270 GB，并将继续增加。这种存储需求是成为块提议者或验证者的主要障碍。虽然许多研究试图减少存储大小，在所提出的方法中，节点不能保持所有块或不能生成块。我们提出了一种称为Trail的架构，允许节点将所有块保存在一个小存储中，并生成和验证块和交易。Trail不依赖于共识算法或分叉选择规则。在这种架构中，发出交易的客户端具有证明其自己的余额的数据，并且可以生成包含余额证明的交易。Trail中的节点不存储交易、UTXO和账户余额：它们只保存区块。区块大小约为8 KB，比比特币小100倍。此外，块大小是恒定的，与账户的数量和交易的数量无关。与传统区块链相比，发布交易的客户必须存储额外的数据。然而，我们表明，适当的数据归档可以保持帐户设备存储大小小。Trail允许更多的用户成为区块提议者和验证者，并改善了区块链的去中心化。
2020-07-16 cs.DC
Utilizing Parallelism in Smart Contracts on Decentralized Blockchains by Taming Application-Inherent Conflicts
由于共识协议本身的瓶颈，传统的公共区块链系统通常具有非常有限的交易吞吐量。随着共识技术的最新进展，性能限制已经大大提高，通常达到每秒数千笔交易。这样一来，事务执行就成了一个新的性能瓶颈。利用事务执行中的并行性是解决此问题并进一步提高事务吞吐量的一种明确而直接的方法。尽管最近的一些文献引入了并发控制机制来并行执行智能合约交易，但它们所能实现的加速效果远不理想。主要原因是，所提出的并行执行机制不能有效地处理许多区块链应用程序中固有的冲突。在这项工作中，我们深入研究了以太坊中的历史交易执行痕迹。我们观察到，应用程序固有的冲突是限制可利用的并行执行过程中的主要因素。我们建议使用分区计数器和特殊的交换指令，打破应用程序的冲突链，以最大限度地提高潜在的加速比。当我们评估可实现的最大并行加速比时，这些技术将此限制加倍，与串行执行相比，总体加速比为18倍，从而接近最佳值。我们还提出了OCC-DA，一种具有确定性中止的乐观并发控制调度器，这使得在公共区块链设置中使用OCC调度成为可能。
2022-02-10 cs.DC
BlockSDN-VC: A SDN-Based Virtual Coordinate-Enhanced Transaction Broadcast Framework for High-Performance Blockchains
Peking University（北京大学）；SF Technology（顺丰科技）
BlockSDN-VC通过SDN控制器集中计算坐标和转发控制，实现高性能区块链的快速交易广播，提升吞吐量并降低延迟。
2025-09-30 cs.DC
Blockchain Meets Database: Design and Implementation of a Blockchain Relational Database
在本文中，我们设计并实现了第一个具有区块链特性的分散复制关系数据库，我们称之为区块链关系数据库。我们强调了区块链平台和复制的关系数据库提供的功能之间的一些相似之处，尽管它们在概念上不同，主要是在它们的信任模型上。受此启发，我们利用关系数据库中的丰富功能、数十年的研究和优化以及可用工具来构建区块链关系数据库。我们考虑一个已知但相互不信任的组织的许可区块链模型，每个组织都运行自己的数据库实例，这些实例是彼此的副本。副本独立执行事务，并参与分散的共识，以确定事务的提交顺序。我们设计了两种方法，第一种方法是在执行事务之前商定事务的提交顺序，第二种方法是在没有提交顺序的先验知识的情况下执行事务，而排序是并行发生的。我们利用可序列化的快照隔离（SSI），以保证跨节点的副本保持一致，并尊重由共识确定的顺序，并设计了一个新的变体的SSI块高度的基础上，后者的方法。我们实现了我们的系统在PostgreSQL上，并提出了详细的性能实验分析这两种方法。
2019-05-31 cs.DC
Topological Properties of Multi-Party Blockchain Transactions
跨区块链交易仍然是区块链中最具挑战性的问题之一。挑战的根本原因在于区块链的不确定性：由于任何参与区块链的潜在分叉，跨多个区块链的$n$方交易可能会部分回滚-最终，只有一个分叉将在矿工之间的竞争中生存下来。虽然最近已经做出了一些努力来开发分层分布式提交协议，使多方事务的进展，有没有系统的方法来推理的事务结果。本文从点集拓扑的角度来解决这个问题。我们为交易和区块链分叉构建了多个拓扑空间，并通过同胚或连续函数证明了这些空间的内在联系。结合在一起，这些工具使我们能够通过增长分叉拓扑（区块链的直观表示）来推理跨区块链交易。
2020-04-16 cs.CR cs.DC
FireLedger: A High Throughput Blockchain Consensus Protocol
区块链是分布式的安全账本，交易被连续地发布到其中，并且每个交易块都与其前任紧密耦合。许可型区块链特别强调交易吞吐量。在本文中，我们介绍了FireLedger，它利用区块链的迭代特性来提高其在乐观执行场景中的吞吐量。FireLedger以延迟换取吞吐量，因为在FireLedger中，每个节点的区块链的最后f + 1个块被认为是试探性的，即，如果最后的f + 1块提议者之一是拜占庭的，则它们可以被撤销。然而，当满足乐观假设时，在每个通信步骤中决定一个新的块，该块由仅发送其提议的提议者组成，所有其他参与者都发送一个比特。我们的性能研究表明，在单个亚马逊数据中心中，在10个中档亚马逊节点上运行的FireLedger对于（典型的比特币大小）512字节的交易获得了高达每秒16万笔交易的吞吐量。在10个节点的Amazon地理分布设置中，具有512字节的事务，FireLedger获得了30 K tps的吞吐量。此外，在更高端的亚马逊机器上，FireLedger获得的$20%-600%$吞吐量比HotStuff和BFT-SMaRt等最先进的协议更高，具体取决于确切的配置。
2019-11-01 cs.DC
NimbleChain: Speeding up cryptocurrencies in general-purpose permissionless blockchains
Nakamoto的开创性工作产生了无权限区块链，以及一系列旨在减轻其性能缺陷的建议。尽管在吞吐量和能源效率方面取得了巨大的成就，但大多数提案在事务提交延迟方面只带来了适度的（或边际的）收益。因此，在今天的无许可区块链环境中，提交延迟仍然非常高。本文提出了NimbleChain，这是一种新的算法，它扩展了基于Nakamoto共识的无权限区块链，并提供了一条快速路径，可以提供因果承诺或简单的承诺。由于Promise只是部分有序的事务，它们的延迟只是Nakamoto共识的全有序承诺延迟的一小部分。尽管如此，承诺的弱一致性保证足以正确实现加密货币。据我们所知，NimbleChain是第一个将快速的、部分有序的交易与基于共识的、完全有序的交易结合在一起的系统。这种混合一致性模型能够加速加密货币交易，同时仍然支持智能合约，智能合约通常具有（强）顺序一致性需求。我们将NimbleChain实现为以太坊的扩展，并在500个节点的地理分布部署中对其进行评估。结果表明，NimbleChain可以承诺加密货币交易比香草以太坊实现快一个数量级，并且开销很小。
2022-12-22 cs.DC
Mangrove: Fast and Parallelizable State Replication for Blockchains
Mangrove提出为每个智能合约使用独立共识实例的并行状态复制方案，通过并行乐观协议和拜占庭可靠广播，在乐观条件下实现2步通信延迟。
2025-09-08 cs.DC
Ostraka: Secure Blockchain Scaling by Node Sharding
使用区块链协议实现的加密货币，如果能够克服性能限制，有望成为全球支付系统。快速发展的架构改善了延迟和吞吐量，但大多数都需要所有参与服务器来处理所有事务。最近的几项工作提出了对系统进行分片，这样每台机器只处理事务的一个子集。然而，我们发现这些解决方案暴露了一种拒绝服务攻击-攻击者可以生成会使单个分片过载的事务，从而延迟整个系统的处理。此外，我们表明，在常见的情况下，这些协议要求大多数节点操作员处理几乎所有的区块链交易。我们介绍了Ostraka，这是一个区块链节点架构，它将节点本身分片（并行化）。我们证明了用Ostraka节点替换统一节点不会影响底层共识机制的安全性。我们评估分析和实验块传播和处理在各种设置。Ostraka允许网络中的节点扩展，而无需昂贵的协调。在我们的实验中，Ostraka节点的事务处理速率随着资源的增加而线性增长。
2020-09-16 cs.DC
Implicit Consensus: Blockchain with Unbounded Throughput
最近，区块链技术成为人们关注的焦点，因为它引入了一种系统化的方法，让多方在不需要信任的情况下达成共识。然而，这种技术在实践中的应用受到严重限制，由于其在吞吐量的限制。在本文中，我们提出了一种新的共识模型，即隐式共识，它具有一个独特的基于区块链的分布式账本，其中每个节点都拥有自己的区块链。在我们的系统中，共识不是在交易上，而是在一种特殊类型的块上，称为检查点，用于验证单个交易。我们的系统利用自我利益和自发分片的思想，并实现无限的吞吐量与交易的可靠性，相当于传统的拜占庭容错计划。
2017-07-14 cs.DC
Distributed Nonblocking Commit Protocols for Many-Party Cross-Blockchain Transactions
跨多个区块链的互操作性将在未来基于区块链的数据管理范式中发挥关键作用。现有的技术要么只适用于两个区块链，要么需要一个集中式组件来管理跨区块链交易的执行，这两种技术都不符合可扩展性要求。本文提出了一种新的分布式提交协议，即\textit{cross-blockchain transaction}（CBT），用于在没有任何集中组件的情况下跨任意数量的区块链进行交易。CBT的核心思想是通过心跳机制扩展两阶段提交协议，以确保CBT的活性，而无需引入额外的节点或区块链。我们已经实现了CBT，并将其与最先进的协议进行了比较，证明了CBT的低开销（两个区块链之间的开销为3.6%，在32个或更多区块链中小于$1\%$）和高可扩展性（最多64个区块链交易的线性可扩展性）。此外，我们还为用户开发了一个图形用户界面，以虚拟地监控跨区块链交易的状态。
2020-01-05 cs.DB cs.DC
Formalizing Cost Fairness for Two-Party Exchange Protocols using Game Theory and Applications to Blockchain (Extended Version)
现有的公平交换协议在评估其公平性时往往忽略了对代价的考虑。然而，在交易成本不可忽略的环境中，例如，公共区块链，高或意外的交易成本可能是在商业应用中广泛采用公平交换协议的障碍。例如，截至2021年12月17日，以太坊区块链上FairSwap协议的初始化需要卖方支付约100美元的费用。349.20 USD每次兑换。我们解决这个问题，通过定义成本公平性，它可以用来评估两方交易协议，包括隐含的交易成本。我们表明，在一个环境中，不可忽略的交易成本，其中一方必须初始化的交换协议，另一方可以离开交换在任何时候成本公平不能实现。
2022-03-15 cs.DC
A Hierarchical Sharded Blockchain Balancing Performance and Availability
Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）
PyloChain是一种分层分片区块链，通过平衡性能与可用性，实现更高的吞吐量和更低的延迟。
2026-03-06 cs.DC
A High-throughput and Secure Coded Blockchain for IoT
提出一种面向IoT的高吞吐量安全编码区块链方案，通过奖励模型选交易、轻量共识和Raptor码，提升安全性、存储效率和吞吐量。
2025-01-21 cs.DC
Distributed Cross-Blockchain Transactions
跨多个或多个区块链的互操作性将在即将到来的基于区块链的数据管理范式中发挥关键作用。特别是，如何确保这些交易在任意数量的区块链上的ACID属性仍然是学术界和工业界的一个悬而未决的问题：现有的解决方案要么只适用于两个区块链，要么需要一个集中式组件，这两种解决方案都不符合实践中的可扩展性要求。这篇简短的论文分享了我们对可扩展的跨区块链交易的愿景和一些早期结果。具体来说，我们设计了两个分布式提交协议，并通过分析和实验，证明了它们的有效性。
2020-02-26 cs.DB cs.DC
An Algebraic-Topological Approach to Processing Cross-Blockchain Transactions
用于处理跨区块链交易的最先进技术采用简单的集中式方法：当区块链上的资产$X$（例如$X$ -硬币）与区块链上的资产$Y$（$Y$ -硬币）交换时，这些$X$ -硬币需要交换到“中间”介质（例如比特币），然后交换到$Y$ -硬币。如果在一个全局交易中涉及到两个以上的交易方，则全局交易被分成多个本地两方交易，每个交易都遵循上述中央交换协议。不幸的是，全局事务的原子性与中心交换方法相违背：这些本地两方事务一旦提交，如果全局事务决定中止，就不能回滚。从更一般的意义上说，基于图的（双方）交易模型很难扩展到跨区块链交易中的任意数量的交易方。%从为什么到如何在本文中，我们介绍了跨区块链交易的更高级别抽象。我们采用了\textit{abstract simplicial complex}，一个广泛研究的数学对象在代数拓扑，代表任意数量的参与区块链交易的各方。全局事务中的每一方都被建模为一个顶点，$n+1$（$n \in \mathbb{Z}$，$n > 0$）方之间的全局事务构成一个$n$维单纯形.虽然这种更高级别的抽象似乎微不足道，但我们将展示这种简单的扩展如何导致一系列新的建模方法和协议，以更好地处理跨区块链交易。
2020-08-19 cs.CR cs.DC
Fork-Resilient Cross-Blockchain Transactions through Algebraic Topology
跨区块链交易（CBT）是下一代基于区块链的数据管理系统的基石。然而，最先进的CBT模型没有解决可能使整个CBT无效的局部叉悬挂的影响。本文采用代数拓扑方法将区块链及其交易抽象为单纯复形，并表明CBT无法通过$t$弹性消息传递协议在\textit{committed}或\textit{aborted}状态下完成。这一结果意味着需要一个更复杂的模型来支持CBT，从而为未来的区块链设计提供了启示。
2020-05-10 cs.DB cs.DC
Transactional Smart Contracts in Blockchain Systems
本文介绍了TXSC，这是一个为智能合约开发人员提供事务原语的框架。这些原语允许开发人员编写智能合约，而无需考虑由于并发智能合约函数执行而可能出现的异常。
2019-09-14 cs.DB cs.DC
Multi-Shard Private Transactions for Permissioned Blockchains
传统上，区块链系统涉及在所有区块链网络参与者之间共享交易信息。显然，这为企业界采用该技术带来了障碍，在企业界，保护业务数据的隐私是必要的。以前将隐私和区块链结合在一起的努力仍然会泄露部分信息，其功能受到限制，或者使用zk-SNARKs等昂贵的机制。在本文中，我们提出了多分片私有交易（MSPT）协议，这是一种用于许可区块链的新型隐私保护协议，它仅依赖于简单的加密原语和有针对性的信息传播来实现原子性和高性能。
2020-10-16 cs.CR cs.DC
Maximizing Blockchain Performance: Mitigating Conflicting Transactions through Parallelism and Dependency Management
针对区块链因冲突交易（竞争）导致的高延迟、低吞吐量等问题，提出集成交易并行性和智能依赖管理器的方案，实验证明其在交易成功率、吞吐量和延迟上优于现有Hyperledger Fabric网络，可提升区块链性能与稳定性。
2024-07-03 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
ParBlockchain: Leveraging Transaction Parallelism in Permissioned Blockchain Systems
许多现有的区块链不能充分解决分布式系统应用程序的所有特征，并且受到严重的架构限制，导致性能和机密性问题。虽然最近的许可区块链系统试图克服这些限制，但它们的重点主要是无争用的工作负载，即，没有冲突的交易。在本文中，我们介绍了OXII，这是一种新的许可区块链范式，用于支持并发执行的分布式应用程序。OXII专为具有（不同程度）争用的工作负载而设计。然后，我们介绍了ParBlockchain，一个专门在OXII范式中设计的许可区块链。使用一系列基准测试对ParBlockchain进行的评估表明，它在任何竞争程度的工作负载中的性能都优于最先进的许可区块链系统。
2019-02-04 cs.DB cs.DC
Impact of Conflicting Transactions in Blockchain: Detecting and Mitigating Potential Attacks
本文通过建模与仿真分析区块链中冲突交易引发的四种关键攻击，提出有效缓解措施，在不增加开销的情况下降低攻击率并提升网络性能，强调主动管理冲突交易的重要性。
2024-12-08 cs.CR cs.DC
Multi-factor authentication for users of non-internet based applications of blockchain-based platforms
针对数百万非互联网应用程序用户的攻击正在增加。由于其交互接口和操作模式的性质，诸如SMS和USSD的这些应用通常不受益于现有的多因素认证方法。为了解决这个问题，我们提出了一种基于区块链交易证据结合风险分析的多因素身份验证来增强区块链的方法。用户如何执行交易的配置文件是随着时间的推移建立的，并用于分析每个新交易的风险水平。如果交易被标记为高风险，我们会使用过去认可的区块链交易生成n因素身份验证层。还讨论了我们如何使用所提出的方法来验证基于区块链的资产融资平台中的关键金融交易的演示。
2020-10-15 cs.CR cs.DC
DeFi and NFTs Hinder Blockchain Scalability
众所周知，许多经典的区块链的交易吞吐量都非常低，低至比特币臭名昭著的每秒7笔交易的限制。在区块链研究的第一个十年中，出现了各种各样的提高吞吐量的建议和实现。但并发性有多大可能呢？在早期，区块链主要用于用户之间的简单传输。然而，最近，去中心化金融（DeFi）和NFT市场已经完全改变了区块链上正在发生的事情。两者都是使用智能合约构建的，并获得了极大的普及。DeFi和NFT市场上的交易通常与相同的智能合约交互。我们相信这一发展已经改变了区块链的使用。在我们的工作中，我们对以太坊的交易图进行了历史分析。我们研究历史上交易之间有多少互动，现在有多少。我们发现，DeFi和NFT市场的兴起导致了交易图中“中心化”的增加。更多的交易现在是相互关联的：目前每个区块大约有200个交易，它们之间有4000个相互依赖关系。我们进一步发现，以太坊当前互连交易工作负载的并行化能力是有限的。目前，超过五倍的加速是不现实的。
2023-03-07 cs.CR cs.DC
Taming the Beast of User-Programmed Transactions on Blockchains: A Declarative Transaction Approach
本文提出声明式区块链交易框架，通过扩展原生交易类型减少对智能合约的依赖，并在BigchainDB上验证其性能优势。
2024-11-04 cs.CR cs.DB cs.DC
Transaction Characteristics of Bitcoin
区块链被认为是实现虚拟网络功能和网络切片安全管理的重要技术。要了解区块链的这种能力，例如交易确认时间，需要对区块链的交易特征进行深入研究。本文对比特币的交易特征进行了全面的研究-第一个区块链应用程序，重点关注底层的基本过程。获得了一系列结果和发现，为理解比特币的交易和流量特征提供了新的见解。作为一个亮点，在文献中使用的几个假设/假设的有效性与测量检查的第一次。
2020-10-21 cs.CR cs.DC
Horizon: A Gas-Efficient, Trustless Bridge for Cross-Chain Transactions
随着依赖区块链来确保账本安全的数字货币系统的兴起，执行跨链交易的能力正在成为一项至关重要的互操作性要求。这样的交易不仅允许资金从一个区块链转移到另一个区块链（如原子交换），还允许区块链验证另一个区块链上的任何事件。跨链桥是允许加密货币的链上交换，资产到侧链的链上转移以及分片区块链中事件的跨分片验证的协议，其中许多依赖于拜占庭容错（BFT）的可扩展性。不幸的是，可以从BFT区块链转移资金的现有桥接协议会在目的地区块链上产生大量计算开销，从而导致事件智能合约验证的高昂天然气成本。在本文中，我们提出了Horizon，这是一种节省气体的跨链桥接协议，用于将资产从BFT区块链转移到另一个区块链（例如，Ethereum），支持基本的智能合约执行。
2021-01-15 cs.CR cs.DC
SharPer: Sharding Permissioned Blockchains Over Network Clusters
可扩展性是企业采用区块链系统的主要障碍之一。尽管最近对使用分片技术来增强区块链系统的可扩展性进行了深入的研究，但现有的解决方案并不能有效地解决跨分片交易。在本文中，我们介绍了SharPer，这是一个许可的区块链系统，它通过对节点进行聚类（分区）并将不同的数据分片分配给不同的集群来提高可扩展性，其中每个数据分片都在集群的节点上复制。SharPer支持分片内和跨分片事务，同时处理不同集群的分片内事务和不重叠集群的跨分片事务。在SharPer中，区块链分类账形成为有向非循环图，其中每个集群仅维护分类账的视图。SharPer还集成了一个扁平化协议，以在跨分片事务的顺序上建立集群之间的共识。实验结果显示SharPer在性能和可扩展性方面的效率，特别是在跨分片事务比例较低的工作负载中。
2020-02-16 cs.DB cs.DC
OptChain: Optimal Transactions Placement for Scalable Blockchain Sharding
区块链分片协议的一个主要挑战是超过95%的交易是跨分片的。这些跨分片的事务不仅降低了系统吞吐量，还使确认时间加倍，并耗尽了本已稀缺的网络带宽。跨分片交易是否即将成为分片方案？在本文中，我们提出了一种新的分片范例，称为OptChain，其中跨分片事务被最小化，从而使确认时间和吞吐量提高了近两倍。通过将事务视为在线图中的节点流，OptChain利用轻量级和动态事务放置方法将相关和即将相关的事务分组到相同的分片中。同时，OptChain在分片之间保持时间平衡，以保证高并行性。我们使用P2P库进行了全面的大规模模拟，证实了性能的显著提升，跨分片事务减少了10倍，确认时间减少了两倍多，吞吐量增加了50%。当与Omniledger分片协议相结合时，OptChain每秒可提供6000个事务，确认时间为10.5秒。
2021-10-18 cs.CR 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
Transactional Properties of Permissioned Blockchains
传统的分布式事务处理（TP）系统（如复制数据库）由于所需的相互信任水平而难以广泛应用于企业集成场景。具有讽刺意味的是，公共区块链承诺解决协作过程中的相互信任问题，但却存在可扩展性、概率交易终结性和缺乏数据保密性等问题。为了解决这些问题，引入了许可区块链作为一种替代方法，结合了两个世界的优点并避免了它们的缺点。然而，没有足够的分析来强调他们在TP方面的实际能力。在本文中，我们确定了一组合适的TP标准来分析许可区块链，并将其应用于这些系统中的一组突出系统。最后，我们比较所得到的性质，并提供一般性的结论。
2019-08-28 cs.DB cs.DC
T-Watch: Towards Timed Execution of Private Transaction in Blockchains
针对区块链定时交易的隐私与成本问题，提出结合门限秘密共享和智能合约的T-Watch方案，支持隐私定时交易执行，通过双模式与请求池机制大幅降低成本，经测试验证可扩展性更优、成本降幅超90%。
2024-05-14 cs.CR cs.DC
Heuristics for Detecting CoinJoin Transactions on the Bitcoin Blockchain
Coinshares；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）
本研究针对比特币区块链上CoinJoin交易难以识别的问题，深入分析JoinMarket、Wasabi和Whirlpool等协议的开源实现，开发了精炼的启发式检测方法，并基于截至区块760,000的交易数据提供了全面分析。
2023-11-21 cs.CR cs.DC cs.LG
The Ritva Blockchain: Enabling Confidential Transactions at Scale
分布式账本技术被广泛誉为突破性技术。它实现了大量的应用场景，并改善了许多领域的工作流程。尽管如此，在大规模采用和部署分布式账本技术方面仍然存在一些主要问题。在本白皮书中，我们解决了其中的两个问题，即吞吐量可扩展性和事务的机密性保护。我们从现有的研究机构中学习，并建立一个支持隐私的横向扩展区块链平台，称为RVChain。RVChain利用可信执行环境为交易提供机密性保护，并通过支持并行影子链，与网络参与者的数量成比例地扩展网络的吞吐量。
2020-05-28 cs.CR cs.DC
Blockchain Transaction Conflicts: A Historical Perspective
Supra Research（Supra研究院）；University of Southern California（南加州大学）；Brown University（布朗大学）
本文通过分析以太坊和Solana两个主流区块链网络的历史数据，研究交易冲突及块内最大理论并行度，揭示交易并行度的量化特征及冲突模式，为智能合约的高效并行执行提供依据。
2026-05-13 cs.DC cs.ET
Mitigating Blockchain extractable value (BEV) threats by Distributed Transaction Sequencing in Blockchains
本文针对DeFi中的BEV威胁和交易排序不公平问题，提出结合分叉机制与AHP的分布式交易排序策略DTSS，并引入NADM优化参数，实验证明其能有效缓解BEV风险、提升交易公平性与系统安全性。
2025-03-08 cs.CE cs.CR cs.DC
State sharding model on the blockchain
区块链是由分布式节点而不是集中式组织维护的增量更新分类账。当前的区块链技术面临着可扩展性问题，这包括两个方面：低交易吞吐量和高存储容量成本。本文研究了基于状态分片技术的区块链结构，主要解决区块链存储的不可扩展性问题。本文设计并实现了区块链状态分片方案，提出了具体的状态分片数据结构和算法实现，实现了完整的区块链结构，使区块链具有高吞吐量、处理大量交易和节省存储成本的优势。实验结果表明，一个超过10万个节点的区块链网络可以划分为1024个分片。具有这种结构的区块链网络可以在大约5秒内处理50万笔交易。如果区块链的共识时间约为10秒，分片机制的区块链系统的区块生成时间为15秒，则交易吞吐量可达33,000 tx/sec。实验结果表明，该协议的吞吐量随着网络节点规模的增加而增加。这证实了基于分片技术的区块链结构的可扩展性。
2020-10-30 cs.CR cs.DC
