Stake Shift in Major Cryptocurrencies: An Empirical Study
在用于维护去中心化、无需许可的加密货币的权益证明（PoS）范式中，通过将协议执行中的角色分布基于账本本身记录的权益分布来防止Sybil攻击。然而，由于各种原因，这种分配不能完全更新，从而在当前的股份分配（其决定了各方的当前激励）与协议所使用的股份分配之间引入了差距。在本文中，我们调查这个问题，并实证量化其影响。我们调查了现有的可证明安全的PoS提案，观察到两个权益分配之间的上述时间间隔，我们称之为权益分配滞后，对于每个协议来说都有几天。在此基础上，我们调查了四种主要加密货币（比特币，比特币现金，莱特币和Zcash）的分类账，并计算了1到14天之间每个股权分布滞后值的平均股权转移（两种分布的统计距离）以及相关统计数据。我们还实证量化了股权转移的次线性增长与所考虑的滞后间隔的长度。最后，我们将注意力转向这些货币中不寻常的股权转移峰值：我们观察到，硬分叉引发了重大的股权转移，而单一的现实世界参与者，主要是交易所，在现有的加密货币生态系统中占了主要的股权转移。
2020-01-13 cs.CR
Pulsar Consensus
本文介绍了Pulsar权益证明共识协议，旨在为PoW区块链创建PoS侧链，提出了一种新型可组合的基于密度的链选择规则，并在Mintlayer的Bitcoin侧链中实现。
2025-07-17 cs.CR
ABC: Proof-of-Stake without Consensus
我们引入了一种新的无许可区块链架构，称为ABC。ABC是完全异步的，既不依赖于随机性，也不依赖于工作量证明。ABC可以并行化，事务在一次通信往返中具有终结性。然而，ABC通过引入较弱的终止性质仅满足了一种宽松形式的共识。如果没有完全的共识，ABC就无法支持某些应用程序，特别是ABC无法支持一般的智能合约。然而，许多重要的应用程序并不需要一般的智能合约，ABC是这些应用程序的更好解决方案。特别是，ABC可以实现像比特币这样的加密货币的功能，用权益证明验证取代比特币的耗能工作量证明。
2020-07-20 cs.CR
From Permissioned to Proof-of-Stake Consensus
本文提出首个通用编译器，可将任意许可型共识协议转换为权益证明的无许可共识协议，在保留原有特性的同时确保可问责性。
2025-08-10 cs.CR
Compounding of Wealth in Proof-of-Stake Cryptocurrencies
权益证明（PoS）是设计高效区块链的一种很有前途的方法，其中区块提议者以与其权益成比例的概率随机选择。PoS系统的一个主要问题是“富人越来越富”现象，即较富有的节点更有可能当选，从而获得区块奖励，使它们更加富有。在本文中，我们引入了公平性的概念，它量化了投标人与其初始投资相比可以放大多少股份。即使每个人都遵守协议（即，诚实的行为），我们表明，现有的分配块奖励的方法会导致公平性差，初始化系统的小股权池和/或大奖励相对于股权池。我们确定了一个\emph{geometric}奖励函数，我们证明是最大限度地公平的所有选择下诚实的行为和约束偏差的战略行动的奖励函数的证明涉及的研究优化问题和随机优势的波利亚瓮过程，是独立的数学兴趣。这些结果使我们能够提供一个系统的框架来选择PoS加密货币的实际激励系统的参数。
2018-10-15 cs.CR
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
Proof-of-Stake Longest Chain Protocols: Security vs Predictability
Nakamoto最长链协议非常简单，并且已被证明可以提供安全性，以对抗任何低于50%的总哈希功率的对手。权益证明（PoS）协议是一种节能的替代方案;然而，采用中本聪最长链设计的现有协议只能通过允许长期可预测性（具有严重的安全性影响）来实现可证明的安全性。在本文中，我们证明了一个自然的最长链PoS协议具有类似的可预测性Nakamoto的PoW协议可以实现对任何对手的安全性小于1/（1+e）分数的总股份。此外，我们提出了一个新的最长链PoS协议族，该协议可以实现对50%对手的安全性，同时只需要短期的可预测性。我们的证明提出了一种新的方法来分析区块链的形式安全性，基于对抗证明收敛的概念。
2020-02-23 cs.CR
Three Attacks on Proof-of-Stake Ethereum
最近，针对权益证明（PoS）以太坊提出了两种攻击：一种是使用底层共识链的短程重组来增加个人验证者的利润并延迟共识决策，另一种是利用对抗性网络延迟来无限期地拖延共识决策。我们提供了这些攻击的改进变体，大大放宽了对对抗性赌注和网络时间的要求，从而使攻击更加严重。结合两种改进攻击的技术，我们得到了第三种攻击，它允许对手具有非常小的份额，并且无法控制网络消息传播（假设而是概率消息传播），从而导致甚至长距离的共识链重组。诚实但理性或出于意识形态动机的验证者可以利用这种攻击来增加他们的利润或拖延协议，威胁PoS Ethereum的激励一致性和安全性。这种攻击还可能导致投票处理中的拥塞导致共识不稳定。
2021-10-19 cs.CR
Cryptocurrencies without Proof of Work
我们研究分散的加密货币协议，其中参与者不会耗尽物理稀缺资源。这样的协议通常依赖于权益证明，即，将投票权扩大到系统利益攸关方的机制。我们提供了现有的协议，有大量的流行分析。然后，我们提出了我们的新的纯权益证明协议，并认为它们有助于缓解现有协议所表现出的问题。
2017-01-11 cs.CR
A Comment on "e-PoS: Making PoS Decentralized and Fair"
本文评论了Saad等人提出的e-PoS协议，指出其将传统PoS模型视为公平性问题根源的误解，该模型与PoS一般概念及其文中提及的加密货币不符。
2025-04-24 cs.CR
Stake Your Claim: Zero-Trust Validator Deployment Leveraging NFTs and Smart Contracts in Proof-of-Stake Networks
提出基于NFT、国库合约和验证者智能合约钱包的零信任多方验证者部署方案，实现无信任自主质押与解质押，并通过触发退出和惩罚赔付保护存款人，提升PoS网络去中心化与透明度。
2023-08-02 cs.CR
Two Attacks On Proof-of-Stake GHOST/Ethereum
我们提出了两种针对权益证明（PoS）以太坊共识协议的攻击。第一次攻击表明PoS和PoS以太坊采用的贪婪最重观测子树（GHOST）分叉选择范式之间存在根本的概念不兼容性。简而言之，PoS允许一个拥有消失的股份的对手产生无限数量的模棱两可的区块。虽然大多数模棱两可的区块将被孤立，但这种孤立的“叔叔区块”仍然影响着GHOST范式下的分叉选择，赋予对手对规范链的毁灭性控制。虽然当前PoS以太坊的最新消息驱动（LMD）方面阻止了这种攻击的直接应用，但我们的第二次攻击显示了如何利用LMD来获得平衡攻击的新变体，该变体克服了最近旨在减轻平衡类型攻击的协议添加。因此，在目前的形式下，没有LMD和有LMD的PoS以太坊分别容易受到我们的第一次和第二次攻击。
2022-03-02 cs.CR
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
Mitigating Challenges in Ethereum's Proof-of-Stake Consensus: Evaluating the Impact of EigenLayer and Lido
针对以太坊PoS共识存在的验证者门槛高、质押ETH流动性受限、中心化风险等问题，本文分析了再质押中间件EigenLayer与流动性质押协议Lido的缓解作用，指出二者协同可推动构建更具韧性与包容性的以太坊生态。
2024-12-16 cs.CR
Sharding-Based Proof-of-Stake Blockchain Protocols: Security Analysis
区块链技术已经引起了包括医疗保健、供应链和加密货币在内的各个领域的极大兴趣。然而，区块链的扩展能力有限（即低吞吐量和高延迟）。已经出现了几种解决方案来解决这个问题。特别是，分片证明了它是区块链可扩展性最有前途的解决方案之一。分片可以分为两大类：（1）基于分片的工作量证明（PoW）区块链协议，以及（2）基于分片的权益证明（PoS）区块链协议。这两个类别实现了良好的性能（即，具有合理延迟的良好吞吐量），但提出了安全问题。本文着重分析了第二类证券的安全性。更具体地说，我们计算提交错误块的概率，并通过计算失败的年数来衡量安全性。最后，为了证明所提出的模型的有效性，我们进行了数值分析，并评估所获得的结果。
2021-08-12 cs.CR
An AI Based Super Nodes Selection Algorithm in BlockChain Networks
在区块链系统中，特别是比特币等加密货币，通过在所有节点之间达成共识协议来解决双重支出和拜占庭将军问题。最先进的协议包括工作量证明、权益证明和委托权益证明。Proof-of-Work敦促节点在密码谜题解决竞赛中证明其计算能力（以哈希率衡量）。另外两个考虑到每个节点的权益量，甚至在委托权益证明中设计投票。然而，这些框架都存在耗电量大、将整个区块链引向中心化系统等缺点，本文基于人工智能技术，提出了一种利用节点间几乎互补信息的概念框架、基本理论和研究方法论。并设计了一种特殊的卷积神经网络和动态阈值，分别得到超级节点和随机节点，以达到共识。实验结果表明，该框架结合了工作量证明、权益证明和委托权益证明的优点，避免了复杂的哈希运算和垄断。此外，它在安全性和交易确认速度方面优于三种最先进的共识框架。
2018-08-01 cs.CR
Bitcoin-Enhanced Proof-of-Stake Security: Possibilities and Impossibilities
本文证明了无外部信任的PoS链存在固有安全问题，提出Babylon协议通过将PoS检查点提交至比特币以解决这些安全挑战，并实验验证了能将质押提款延迟缩短至5小时内且年成本低于1万美元。
2025-02-01 cs.CR
Zero-Knowledge Proofs in Sublinear Space
Carnegie Mellon University School of Computer Science（卡内基梅隆大学计算机科学学院）
零知识证明允许在不泄露私人信息的情况下验证计算。然而，现有系统需要与计算大小成比例的内存，这在历史上限制了在大规模应用以及移动和边缘设备上的使用。据我们所知，我们通过开发第一个证明系统来解决这个根本瓶颈，该系统具有主流密码结构的次线性内存要求。我们的方法使用空间高效的树算法在块中处理计算，将内存从线性缩放减少到平方根缩放-从$Θ(T)$到$O(\sqrt{T} + \log T \log\log T)$，计算大小为$T$ -同时通过恒定数量的流传递保持相同的证明生成时间。对于广泛使用的线性多项式承诺方案（KZG/IPA），我们的方法产生相同的证明和验证时，使用相同的参数和哈希只有聚合承诺到挑战生成，保持证明的大小和安全性。基于哈希的系统也实现了平方根内存扩展，尽管证明结构略有不同。这一进步使日常设备上的零知识证明成为可能，并使以前不可行的大型计算可验证，从根本上使隐私保护计算的访问民主化。空间效率高的零知识证明系统为重塑数字系统中建立信任的方式创造了机会--从使人们能够广泛参与去中心化网络，到使可验证的科学计算以前所未有的规模实用。
2025-09-17 cs.AI cs.CR
StakeCube: Combining Sharding and Proof-of-Stake to build Fork-free Secure Permissionless Distributed Ledgers
我们的工作重点是在权益证明设置中设计一个可扩展的无许可区块链。特别是，我们使用分布式哈希表作为构建块来设置随机分片，然后利用分片架构以有效的方式验证块。我们结合了由利益相关者分片运行的可验证拜占庭协议和块验证协议，以保证分叉发生的概率可以忽略不计。我们施加诱导扰动，使分片对eclipse攻击具有鲁棒性，我们依靠UTXO硬币模型来保证任何利益相关者的行为都可以被任何人安全地验证。我们的协议适用于自适应对手，并没有超出拜占庭协议所需的同步假设。
2019-07-11 cs.CR cs.DC
Analysis on Blockchain Consensus Mechanism Based on Proof of Work and Proof of Stake
在Bitcion的白皮书中，Satoshi Nakamoto描述了一种无需第三方机构即可实现点对点在线支付的比特币系统。在支撑起这一神奇的应用场景，颠覆了传统的中心化体系后，区块链技术引起了全球的关注，引发了区块链共识算法的研究热潮，并产生了大量的创新应用。尽管随着区块链产品和应用的迭代，各种共识算法不断进化，但工作量证明（POW）和Skake证明（POS）算法仍然是共识算法的核心。本文讨论了区块链共识机制中的POW和POS两种算法，分析了两种共识机制的优势和存在的问题。由于共识机制是区块链技术的主要焦点，影响因素较多，本文讨论了目前存在的问题和一些改进思路，并选择了一些典型算法进行了较为系统的介绍。此外，还讨论了与安全性和性能相关的一些重要问题。本文为区块链共识机制的研究提供了很好的参考。
2022-09-23 cs.CR
Private Attacks in Longest Chain Proof-of-stake Protocols with Single Secret Leader Elections
最近有人提出了单一秘密领导者选举，作为权益证明（PoS）区块链的改进领导者选举机制。然而，它们提供的安全收益尚未量化。在这项工作中，我们提出了一个基于单一秘密领导人选举（SSLE）的PoS最长链协议的比较-每轮选举一个领导人-与基于概率领导人选举（PLE）的协议-其中一个领导人是根据预期选出的。我们的分析表明，当考虑私有攻击时-最长链协议上最严重的攻击-使用SSLE获得的安全性是实质性的：对于33%或25%的对手，解决时间减少了大约25%。此外，当考虑研磨攻击，我们发现，安全阈值增加了10%（从0.26在PLE的情况下，0.36在SSLE的情况下）和结算时间减少了大约70%，为20%的对手在SSLE的情况下。
2021-09-15 cs.CR
Formal Barriers to Longest-Chain Proof-of-Stake Protocols
大多数现有加密货币的安全性是基于一个名为工作量证明的概念，在这个概念中，用户必须解决一个计算困难的加密难题来授权交易（“一个计算单位，一票”）。这导致在硬件和电力上的巨大支出，以便收集与交易授权相关的奖励。权益证明是一种替代概念，它选择用户授权与其财富成比例的交易（“一枚硬币，一票”）。这两种范式的某些方面是相同的。例如，在权益证明中获得投票权就像在工作量证明中一样有货币成本：一个硬币不能像一个计算单位那样容易被复制。然而，有些方面是根本不同的。特别是，正是因为权益证明是无浪费的，偏离不存在固有的资源成本（通常称为“无利害关系”问题）。与之前的工作相比，我们专注于激励驱动的偏离（如果这样做可以产生更高的收入，任何参与者都会偏离），而不是对抗性腐败（对手可能会接管网络的很大一部分，但其余的参与者会遵守协议）。本文的主要结果是设计激励兼容的权益证明加密货币（不适用于工作量证明）的几个正式障碍。
2018-09-18 cs.CR cs.GT
Verilay: A Verifiable Proof of Stake Chain Relay
区块链中继方案可以在不需要可信中介的情况下实现跨链状态证明。这是通过在目标区块链上应用源区块链的共识验证协议来实现的。现有的链式继电器允许验证使用工作量证明（PoW）协议创建的块。由于PoW需要高能耗，有限的吞吐量，并且没有保证的最终性，因此权益证明（PoS）区块链协议越来越受欢迎，以解决这些缺点。我们提出了Verilay，这是第一个链中继方案，可以验证产生最终块的PoS协议，例如以太坊2.0，Cosmos和Polkadot。该概念不需要更改源区块链协议或验证器操作。区块提议者的签名由目标区块链上的专用中继智能合约验证。与基本的PoW链中继相比，Verilay只需要提交一个区块头的子集，以保持完全的可验证性。这产生了增强的可扩展性。我们提供了一个原型实现，便于在以太坊虚拟机（EVM）内验证以太坊2.0信标链报头。我们的评估证明了以太坊1.0主网的适用性，并证实与PoW链中继更新相比，只需要一小部分交易成本。
2022-01-21 cs.CR
Selfish Behavior in the Tezos Proof-of-Stake Protocol
权益证明共识协议带来了复杂的建模挑战。我们分析了最近更新的Tezos权益证明协议，并证明在某些条件下，理性的参与者会被激励做出不诚实的行为。在这样做的过程中，我们提供了一个理论分析的可行性和盈利能力的块窃取攻击，我们称之为自私的背书，一个具体的攻击实例以前只在理论上考虑。我们提出并分析了Tezos协议的一个简单的变化，它显着降低了这种不诚实行为的（已经很小的）盈利能力，并引入了一个新的延迟和奖励计划，可证明是安全的长度为1和长度为2的自私背书攻击。我们的框架提供了一个模板，用于分析其他权益证明实现的自私行为。
2020-04-08 cs.CR cs.GT
Encrypted, Anonymized System for Protected Health Information Verification Built via Proof of Stake
数字健康通行证（DHP），数字验证检疫和疫苗接种状态的系统，如纽约IBM Excelsior Pass，展示了一种合法的手段来实现COVID-19“真正消除”治疗策略所提供的一些好处-专注于完全消除病例，而不是投入更多资金控制疾病的进展。当前DHP的实施需要基于区域的控制和受保护的健康信息（PHI）的中央存储，这对在具有不兼容的数据管理系统和缺乏标准化的患者隐私控制的不同司法管辖区的广泛使用造成了挑战。在这项工作中，通过一种新的两阶段握手机制更新区块链权益证明共识，提出了一种分散式PHI存储和验证的机制。拟议的机制在用于支持DHP时，允许个人在任何司法管辖区普遍验证其检疫和检测，同时允许他们独立移动的权利和保护他们的潜在危险。给出了协议的实现细节，并通过Monte-Carlo仿真证明了该协议在只有923个参与者的情况下可以承受1%的干扰攻击：进一步验证了其稳定性。
2022-04-29 cs.CR
e-PoS: Making Proof-of-Stake Decentralized and Fair
依赖于工作量证明（PoW）的区块链应用程序越来越变得能源效率低下，碳足迹惊人。相比之下，节能的替代共识协议，如权益证明（PoS），可能会导致区块链系统中的中心化和不公平。为了应对这些挑战，我们提出了一个基于PoS的区块链系统的模块化版本，称为epos，通过将挖掘机会扩展到更广泛的利益相关者来抵制网络资源的集中化。此外，epos利用内置的系统操作，通过惩罚恶意实体来促进公平的采矿实践。我们通过理论分析和仿真验证epos的可实现目标。我们的研究结果表明，epos确保了公平性和去中心化，并且可以应用于现有的区块链应用程序。
2021-01-01 cs.CR cs.DC
Proof-of-Stake Mining Games with Perfect Randomness
本文研究具有完美外部随机性的最长链权益证明协议中的矿工激励问题，证明策略性矿工在32.5%权益时可优于诚实矿工但在30.8%时不能，并刻画了无限状态MDP的正递归最优策略。
2021-12-14 cs.CR cs.GT econ.TH
Casper the Friendly Finality Gadget
我们介绍Casper，这是一个基于工作量证明的终结性系统，它覆盖了现有的工作量证明区块链。Casper是结合权益证明算法研究和拜占庭容错共识理论的一种部分共识机制。我们介绍了我们的系统，证明了一些可取的功能，并显示防御远程修订和灾难性的崩溃。Casper覆盖层提供了几乎所有的工作链证明，并提供了额外的区块恢复保护。
2019-01-22 cs.CR
Formalizing Nakamoto-Style Proof of Stake
容错分布式系统将对单个参与方的信任转移到参与协议的大多数参与方。这使得基于区块链的加密货币成为可能：它们允许各方在没有可信第三方的情况下就交易的总顺序达成一致。要信任分布式系统，协议的安全性和实现的正确性必须是无可争议的。我们提出了第一个机器检查证明，保证安全性和活性的共识算法。我们使用基础证明助手Coq验证了一个权益证明（PoS）Nakamoto风格的区块链（NSB）协议。特别是，我们认为一个PoS NSB在一个同步网络与一组静态的损坏方。我们定义执行语义，这种设置和证明链增长，链质量，共同前缀，这意味着安全和活性。
2021-05-18 cs.CR cs.LO
The Cost of Secure Restaking vs. Proof-of-Stake
Offchain Labs；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文比较了安全重质押与权益证明协议的资本效率，分析了重质押图安全条件及转换为PoS协议所需的额外质押，并探讨了聚合PoS协议为重质押图的节省效果。
2026-03-12 cs.CR econ.TH
Defending Against Malicious Reorgs in Tezos Proof-of-Stake
区块链的目的是不可变的，因此能够通过链重组（恶意重组）删除交易的攻击者可以执行有利可图的双重花费攻击。我们研究了攻击者可以在Tezos权益证明协议中执行reorgs的速率。例如，具有40%的抵押权的攻击者能够以平均每天一次的速度执行20个块的恶意重组，并且随着抵押权增长超过40%，攻击概率超线性地增加。此外，Tezos协议的攻击者提前知道何时会出现攻击机会，并可以使用此知识来安排交易以进行双重花费。我们表明，在特定情况下，Tezos协议可以进行调整，以防止深度reorgs。例如，我们证明了协议参数，减少了两个数量级的长度为20重组机会的40%的攻击者。我们还观察到优化深度重新组织的鲁棒性（可能是净利润的昂贵偏差，因为它们可以实现双重支出）和自私挖掘的鲁棒性（即使没有双重支出，通常也会导致短期重新组织的挖掘偏差）之间的权衡。也就是说，能够最好地抵御一种攻击的参数会使另一种攻击变得容易。最后，我们开发了一种方法，仅使用公开可用的信息来监控Tezos区块链的健康状况。
2020-09-11 cs.CR
Flashback: Enhancing Proposer-Builder Design with Future-Block Auctions in Proof-of-Stake Ethereum
针对以太坊MEV威胁共识安全的问题，该研究将未来区块提议者纳入PBS博弈模型，提出更优的拍卖机制，经合成与真实数据验证可实现更高利润均衡，为PoS以太坊拍卖机制优化提供依据。
2024-05-15 cs.CR
Incentives Against Power Grabs or How to Engineer the Revolution in a Pooled Proof of Stake System
权益证明（PoS）区块链系统，特别是那些允许利益相关者在“资产池”中组织自己的系统，已经成为部署大规模分布式账本的一个引人注目的范例。一个数据池运行一个参与PoS协议的节点，并可能代表大量较小的利益相关者。虽然这种池化PoS操作从各个角度来看都是有吸引力的，但它也表现出一个显著的缺点，到目前为止，据我们所知，还没有得到充分的理解或研究。PoS运营要有效，而不是导致次优的独裁或卡特尔式配置，应该使利益相关者能够以与他们的激励措施相一致的方式撤销和重新委托他们的股份。然而，鉴于资产池运营商正是那些决定哪些交易将被记录在分类账中的实体，他们很可能形成一个卡特尔，并审查他们想要的任何交易，例如那些试图调整当前资产池阵容的交易。通过这种方式，发生了一场权力争夺战，在那里，利润池卡特尔延续了对PoS系统的控制。我们首先对PoS系统中上述问题的出现进行建模和正式观察，然后描述一种反审查机制，该机制利用账本的底层加密功能和点对点网络的性质来传播信息而不受抑制。我们提供了一个彻底的博弈论分析这一机制，发现各种类型的纳什均衡，这表明，“革命”，即，在所涉参与者的效用函数中，在适当和合理的条件下，可以激励联营成员撤回对审查卡特尔的支持以及联营经营者退出的战略决定。
2021-11-16 cs.CR cs.GT
Proof-of-Social-Capital: A Consensus Protocol Replacing Stake for Social Capital
Brno University of Technology（布尔诺理工大学）；Slovak University of Technology in Bratislava（布拉迪斯拉发斯洛伐克科技大学）
本研究提出基于社会资本的新型区块链共识协议，通过整合零知识证明、可验证凭证等技术防范女巫攻击，提升去中心化公平性与隐私性，为去中心化系统开发提供新思路。
2026-07-28 cs.CR cs.DC
Ethereum Proof-of-Stake under Scrutiny
本文审视以太坊合并后的权益证明共识协议，分类了危及活性的攻击并发现补丁协议的新攻击，通过提出新型形式化方法证明其具备安全性但仅有概率性活性。
2023-09-14 cs.CR cs.DC
Bitcoin-IPC: Scaling Bitcoin with a Network of Proof-of-Stake Subnets
Bitcoin Scaling Labs（比特币扩展实验室）；Common Prefix（共同前缀）
比特币-IPC通过允许无许可创建完全可编程的权益证明层2链（子网络）来扩展比特币，提高交易吞吐量，同时不修改比特币L1。
2026-10-01 cs.CR cs.DC
Proof of Trusted Execution: A Consensus Paradigm for Deterministic Blockchain Finality
本文提出PoTE共识范式，通过可信执行实现确定性区块链最终性，解决传统PoW和PoS的效率与安全问题。
2025-12-10 cs.CR
Network Participation and Accessibility of Proof-of-Stake (PoS) Blockchains: A Cross-platform Comparative Analysis
本研究基于五项指标比较分析了11个PoS区块链的开放性，发现Solana和Avalanche开放性较高，BNB Chain等较低，Ethereum在参与成本上占优但资本集中度高，并指出许可链转型需重视开放性。
2023-05-22 cs.CR cs.CY cs.DC
STAKESURE: Proof of Stake Mechanisms with Strong Cryptoeconomic Safety
本文提出STAKESURE保险机制，通过形式化分析PoS区块链的腐败成本与收益、推导更紧上界并设计新确认规则，实现强加密经济安全性，确保诚实交易者不损失资金且受害方得到充分补偿。
2024-01-11 cs.CR cs.NI
MRL-PoS: A Multi-agent Reinforcement Learning based Proof of Stake Consensus Algorithm for Blockchain
针对区块链中现有共识算法难以识别所有恶意节点的问题，提出基于多智能体强化学习的MRL-PoS权益证明共识算法，通过奖惩机制和持续训练提升网络安全性与可靠性。
2023-12-14 cs.CR cs.DC
StakeDag: Stake-based Consensus For Scalable Trustless Systems
不可信的系统，例如那些被赋予区块链的系统，在系统中提供信任，而不管其参与者的信任如何，他们可能是诚实的或恶意的。权益证明（PoS）协议和基于DAG的方法已经成为比工作量证明（PoW）更好的共识替代方案。本文介绍了一种新的模型，所谓的\emph{\stakedag}，它的目的是在基于DAG的不可信系统的PoS共识。我们解决了一个一般模型的无信任系统中，参与者区分他们的利益或信任：用户和验证。用户是没有假定信任的正常参与者，验证者是具有已建立信任的高配置参与者。然后，我们提出了一个新的家庭的基于DAG的共识协议$\mathfrak{S}$，在DAG上的Lachesis协议~ \cite{lachesis01}。具体来说，我们提出了一个基于协议$S_ϕ$，利用参与者的股份作为验证权重，以实现更安全的分布式系统与实用的拜占庭容错（pBFT）在无领导的异步有向无环图（DAG）。然后，我们提出了一个通用的异步DAG为基础的分布式系统的桩模型。
2019-07-05 cs.CR cs.DC
Linear Consistency for Proof-of-Stake Blockchains
通过最长链规则（由比特币推广）维护的区块链数据结构是共识算法的强大算法工具。这样的算法实现了链中块的一致性，作为它们从链末端开始的深度的函数。虽然对比特币的分析保证了深度为$O(k)$的区块与错误$2^{-k}$的一致性，但最先进的权益证明（PoS）区块链对$k$具有二次依赖性：这些协议，例如Ouroboros（Crypto 2017），Ouroboros Praos（Eurocrypt 2018）和Sleepy Consensus（Asiacrypt 2017），只能确定深度$Θ(k^2)$是足够的。这种二次缺口是否是PoS的内在限制--由于诸如无风险问题之类的问题--一直是一个紧迫的开放问题，因为部署的PoS区块链进一步依赖于协议正确性的一致性。我们给出了一个区块链动态的公理化理论，该理论允许对最长链规则进行严格的推理，并在广泛的一般性上实现$Θ(k)$对深度的依赖，以实现一致性错误$2^{-k}$。特别是，我们第一次证明了PoS协议可以匹配工作量证明协议的线性一致性。我们分析了相关的随机过程，给出了这个过程的临界泛函的递归关系，并推导出在两个独立同分布的尾界。和鞅设置通过相关的生成函数。
2019-11-22 cs.CR cs.DM
Weighted Voting on the Blockchain: Improving Consensus in Proof of Stake Protocols
权益证明（PoS）协议依赖于投票机制来就当前状态达成共识。如果增强的大多数staking节点（也称为验证器）同意提议的区块，则该区块将被附加到区块链。然而，这些协议仍然容易受到由偶然或恶意弃权的验证者引起的错误的影响。为了在保留PoS选择和奖励分配方案的同时防止此类故障，我们研究了验证委员会中的加权投票。我们将区块创建过程形式化，并引入验证者的投票配置文件，我们通过与验证者投票行为相关的乘法权重算法更新这些投票配置文件，并聚合区块链奖励。使用这个框架，我们利用加权多数投票规则，优化集体决策，无论是数字和分析，共识机制是更强大的，如果验证者的投票适当缩放。我们提出了潜在的问题和限制加权投票在不信任，分散的网络，并将我们的研究结果与当前的PoS协议的设计。
2021-07-18 cs.CR cs.GT
PoS-CoPOR: Proof-of-Stake Consensus Protocol with Native Onion Routing Providing Scalability and DoS-Resistance
针对预选举领导者的PoS共识协议易遭DoS攻击的问题，提出整合原生洋葱路由的PoS-CoPOR协议，结合权益加权选举与匿名化层隐藏提议者身份，6节点下吞吐量达110 tx/s，以较小性能代价实现强DoS抗性。
2025-10-06 cs.CR cs.NI
FedChain: Secure Proof-of-Stake-based Framework for Federated-blockchain Systems
在本文中，我们提出了FedChain，这是一种用于联邦区块链系统的新框架，可以在不同的区块链网络之间有效地传输令牌。特别是，我们首先介绍了一个联合区块链系统以及一个跨链传输协议，以促进链之间令牌的安全和分散传输。然后，我们为FedChain开发了一种新的基于PoS的共识机制，该机制可以满足严格的安全要求，防止各种区块链特定的攻击，并实现比其他现有共识机制更理想的性能。此外，Stackelberg博弈模型被开发来研究和解决FedChain系统中的中心化问题。此外，该博弈模型可以提高FedChain的安全性和性能。通过分析利益相关者和连锁经营者之间的相互作用，我们可以证明Stackelberg均衡的唯一性，并找到该均衡的精确公式。这些结果对于利益相关者确定其最佳投资策略以及链运营商设计最佳策略以最大化其利益和FedChain的安全保护尤为重要。仿真结果清楚地表明，FedChain框架可以帮助利益相关者最大化他们的利润和链运营商设计适当的参数，以提高FedChain的安全性和性能。
2021-01-29 cs.CR cs.GT
MaGPoS -- A novel decentralized consensus mechanism combining magnetism and proof of stake
我们描述了MaGPoS，这是一种新型的共识机制，非常适合基于去中心化区块链的协议。MaGPoS基于众所周知的纳米尺度磁性物理学和先前的权益证明实现的组合。这个系统已经被全世界数十万科学家研究了一百多年，使其具有共识机制所需的极端可靠性。我们从解释物理学开始，并研究使其特别有利于共识机制的属性。然后，我们将展示如何将物理模型应用于分散的节点网络，每个节点都有自己的区块链副本。在此之后，我们描述了分散网络中的节点将进行的一些示例计算，并提供了用于实现的伪代码。最后，我们讨论了该模型如何实现共识机制所期望的所有重要属性。
2019-06-16 cs.CR cs.DC physics.soc-ph
Cryptocurrency Egalitarianism: A Quantitative Approach
自从十年前比特币发明以来，许多加密货币已经出现。其中，工作量证明是实现共识的最常见机制，而一些硬币采用了“ASIC抗性”作为理想属性，声称更具“平等主义”，其中平等主义是指每个硬币参与创建新硬币的力量。虽然工作量证明共识在该领域占据主导地位，但几种新的加密货币采用了替代共识，例如权益证明，其中区块铸造机会基于货币所有权。对权益证明的一个核心批评围绕着它通过使富人更富有而不那么平等，而不是每个人都可以根据他们的计算能力平等贡献的工作量证明。在本文中，我们给出了加密货币的\emph{egalitarianism}的第一个定量定义。根据我们的定义，我们衡量了流行的加密货币的平等主义，这些加密货币（可能会或可能不会）采用ASIC抗性，其中包括比特币，以太坊，莱特币和门罗币。我们的模拟表明，正如预期的那样，ASIC的抵抗性增加了加密货币的平等主义。我们还测量了基于区块链的协议Ouroboros和混合权益证明/工作量证明加密货币Decred的平等主义。我们表明，在正确选择的参数下，基于加密货币的加密货币可以是完全平等的，这可能与民间传说相矛盾。
2019-07-04 cs.CR cs.CY
Unsealing the secrets of blockchain consensus: A systematic comparison of the formal security of proof-of-work and proof-of-stake
针对PoW与PoS共识形式化安全属性缺乏系统梳理的问题，通过对26篇文献的综述发现最长链规则PoW安全保障最强，PoS经混合方案解决安全-活性权衡后可达类似水平。
2024-01-31 cs.CR cs.DC
Empirical and Theoretical Analysis of Liquid Staking Protocols
本文首次分类流动性质押实现方式，分析主流流动性质押代币的历史表现，探究中心化、最大可提取价值及以太坊共识机制迁移的影响，发现质押奖励跟踪误差持续且无法用加密货币宏观变量解释。
2024-01-29 cs.CR
Securing Proof of Stake Blockchains: Leveraging Multi-Agent Reinforcement Learning for Detecting and Mitigating Malicious Nodes
本文提出MRL-PoS+共识算法，利用多智能体强化学习检测并消除PoS区块链中的恶意节点，通过惩罚-奖励机制有效抵御六种主要攻击，且不增加计算开销。
2024-12-08 cs.CR cs.DC
Time is Money: Strategic Timing Games in Proof-of-Stake Protocols
本文提出模型揭示诚实但理性的共识参与者可能通过延迟区块提议进行时序博弈以优化MEV捕获，并在以太坊上实证验证其存在但尚未被利用，量化时间边际价值显示未来潜力。
2023-05-15 cs.CR cs.GT
More (or Less) Economic Limits of the Blockchain
本文扩展了Budish（2018）的区块链可持续性框架，以考虑权益证明（除了工作量证明）共识机制和许可（节点数量固定）网络。它表明，一个经济上可持续的网络将涉及相同的成本，无论是工作证明或权益证明，虽然在后者的成本将采取非流动性的财政资源的形式。此外，它表明，调节节点的数量（如在许可网络中）不会导致额外的成本节省，否则无法通过在无许可（即，免费进入）网络。这表明许可网络将无法节省相对于非许可网络的成本。
2020-12-22 cs.CR
CoBRA: A Universal Strategyproof Confirmation Protocol for Quorum-based Proof-of-Stake Blockchains
TU Wien（维也纳工业大学）；Common Prefix；Mysten Labs；ISTA（奥地利科学技术研究所）
本文研究了基于准群的状态机复制协议在混合模型下的安全性，提出了一种通用策略证明确认协议CoBRA，能够容忍超过1/3的拜占庭节点和1/3的理性节点，同时通过引入最强链规则和交易量限制，确保交易最终性，并通过实证分析验证其在以太坊和Cosmos上的实用性。
2026-06-16 cs.CR cs.DC
Robust Blockchained Federated Learning with Model Validation and Proof-of-Stake Inspired Consensus
University of Delaware（特拉华大学）；Deakin University（迪肯大学）；University of Oulu（奥卢大学）
联邦学习（FL）是一种很有前途的分布式学习解决方案，它只交换模型参数而不泄露原始数据。然而，FL的集中式架构容易受到单点故障的影响。此外，FL不会检查本地模型的合法性，因此即使是一小部分恶意设备也会破坏全局训练。为了解决FL的这些鲁棒性问题，在本文中，我们提出了一个基于区块链的分散FL框架，称为VBFL，通过在区块链架构中利用两种机制。首先，我们引入了一种新的去中心化验证机制，使得本地模型更新的合法性由单个验证器检查。其次，我们设计了一个专用的权益证明共识机制，其中权益更频繁地奖励给诚实的设备，这通过增加它们指定附加到区块链的块的机会来保护合法的本地模型更新。我们对MNIST分类的仿真结果证实，在15%的恶意设备中，VBFL实现了87%的准确性，比Vanilla FL高7.4倍。
2021-01-09 cs.AI cs.CR cs.DC
