Supermassive Blockchain
National University of Singapore（新加坡国立大学）
本文提出一种解耦状态执行的架构，设计出一种新型存储可扩展的BFT协议，实现传统BFT协议的确定性安全属性，通过擦除编码确保状态可用性，降低网络开销。
2026-03-25 cs.DC
Challenges and pitfalls of partitioning blockchains
区块链近年来备受关注。这种巨大的普及引起了许多担忧，区块链系统的可扩展性是一个常见的问题。在本文中，我们试图了解以太坊，一个完善的区块链系统，将如何应对分片。分片是一种提高分布式系统可扩展性的流行技术。为了理解分片将如何影响以太坊，我们将以太坊区块链建模为图，并评估了五种划分图的方法。我们使用三个指标来分析结果：分片之间的平衡，涉及多个分片的事务数量，以及在系统重新分区时跨分片重新定位的数据量。
2018-05-09 cs.DC
Advancing Blockchain Scalability: A Linear Optimization Framework for Diversified Node Allocation in Shards
针对区块链分片的安全节点分配难题，本文提出评估所有权、硬件与地理分布并满足去中心化目标的线性优化框架，以最小化资源消耗，且已在 ICP 社区应用。
2024-05-08 cs.DC
The Difficulty in Scaling Blockchains: A Simple Explanation
区块链已经变得非常受欢迎，并在国家和国际研究和创新议程的名单上名列前茅。这在一定程度上是由许多有趣的应用程序引起的，再加上完全去中心化和高可扩展性的承诺（等等）。然而，实现这一承诺在技术上要求极高，需要大量的科学努力，迄今为止还没有取得压倒性的成功。在本文中，我们提供了一个外行人的描述，这可能是实现区块链的一个基本障碍，它结合了可扩展性，高事务处理能力，并且确实是完全分散的。
2021-03-02 cs.DC
The Confluence of Blockchain and 6G Network: Scenarios Analysis and Performance Assessment
智能城市、医疗保健和虚拟现实等新兴高级应用对第六代（6G）移动网络提出了更具挑战性的要求，包括对改进的保密性、更高的完整性、不可否认性、身份验证和访问控制的需求。虽然区块链以其固有的特性被普遍认为是6G功能标准最具颠覆性的技术推动者之一，但对于区块链是否、何时以及如何在6G场景中使用还没有全面的研究。现有的研究缺乏在6G场景中使用区块链的性能评估方法。因此，我们从应用层中抽象出七种细粒度的6G可能性，并研究了这项工作中6G场景的原因，内容和时间问题。此外，我们还提供了一种评估基于区块链的6G场景的性能和可扩展性的方法。总之，我们进行了全面的实验，以评估Quorum区块链和6G场景的性能。实验结果表明，通过适当的设置，联盟区块链可以满足性能和可扩展性要求。
2022-07-11 cs.DC
BlockRaFT: A Distributed Framework for Fault-Tolerant and Scalable Blockchain Nodes
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）
BlockRaFT通过RAFT共识协议提升区块链节点的可扩展性和可靠性，采用状态化与非状态化操作分离策略，并引入并发Merkle树优化以提升性能。
2026-04-17 cs.DC
SoK: Scalability Techniques for BFT Consensus
随着区块链系统的发展，最近的许多研究工作都提出了分布式账本技术（DLT），该技术采用拜占庭容错（BFT）共识协议来决定将哪个块添加到账本旁边。值得注意的是，BFT共识可以提供高性能，能源效率和可证明的正确性属性，因此它被认为是创建高弹性和高性能区块链基础设施的有前途的构建块。然而，一个主要的持续挑战是使BFT共识适用于大规模环境。最近的大量工作通过开发新的想法来解决这一挑战，以提高BFT共识的可扩展性，从而为适应区块链需求的新一代BFT协议开辟了道路。在这项调查中，我们创建了一个关于最先进的BFT共识协议使用的新型可扩展性增强技术的知识系统化。为了进行比较，我们仔细分析了这些协议所做的努力、假设和权衡。
2023-03-20 cs.DC
JaxNet: Scalable Blockchain Network
今天的世界是根据价值和价值组织起来的。全球经济需要一种分散的单一全球货币。比特币是这一需求的部分解决方案，但它存在可扩展性问题，这使其无法被大规模采用。此外，比特币的通货紧缩性质促使人们囤积和投机比特币，而不是将其用于日常交易。我们提出了一种基于工作量证明的可扩展、分散的加密货币。该解决方案涉及在封闭网络中使用一种机制来奖励矿工，该机制与他们维护网络的努力成比例。该设计引入了一种新的方法来解决基于合并挖掘的区块链网络中的可扩展性问题。
2020-10-28 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
Microchain: a Light Hierarchical Consensus Protocol for IoT System
虽然大规模物联网（IoT）使许多新的应用变得可行，如智能城市，但IoT也带来了对数据可靠性，安全性和隐私的新担忧。区块链技术的快速发展依赖于一个去中心化、不可变和分布式的账本系统来进行交易数据审计，为解决物联网中的问题提供了一个有前景的解决方案。区块链和智能合约支持的物联网应用安全机制吸引了学术界和工业界越来越多的兴趣。然而，将面向加密货币的区块链技术集成到物联网系统中会遇到可扩展性、存储容量、安全性和隐私性方面的巨大挑战。特别地，区块链网络的性能显著依赖于共识机制的性能，例如，在数据机密性、事务吞吐量和网络可扩展性方面。在本章中，深入回顾了最先进的区块链网络，从吞吐量、可扩展性和安全性方面确定了设计物联网网络共识机制的关键矩阵。为了展示为物联网系统设计可扩展的轻量级区块链协议的案例研究，引入了微链框架，并在物理网络环境中实现了概念验证原型。实验结果验证了将微链集成到物联网系统中的可行性。
2019-12-21 cs.DC
QPQ 1DLT: A system for the rapid deployment of secure and efficient EVM-based blockchains
有限的可扩展性和交易成本是阻碍分布式账本技术（DLT）更广泛采用的一些关键问题。以太坊区块链尤其如此，到目前为止，它一直是采用率最高的生态系统。在过去的几年里，已经尝试了相当多的解决方案，特别是在以太坊方面。它们中的大多数都采用了从区块链主网卸载交易的方法，也就是第1级（L1），连接到单独的网络。这些系统统称为2级（L2）系统。在缓解可扩展性问题的同时，L2的采用引入了额外的缺点：用户必须相信L2系统已经正确执行了事务，或者相反，需要高计算能力来证明事务的正确性。此外，需要大量的技术知识来建立和管理这样一个L2系统。为了解决这些限制，我们提出了1DLT：一种新的系统，可以快速和不信任地部署基于以太坊虚拟机的区块链，从而克服这些缺点。
2022-08-16 cs.DC
Blockchain and Smart-contracts Modeled in a SwarmESB Ecosystem
区块链已经成为一种可信和安全的分布式交易分类账，同时也是去中心化的，分布式的，其合法性不受可信机构的保证。自从比特币出现以来，区块链已经知道了许多基于P2P架构的实现。本文介绍了如何将区块链和智能合约技术集成到SwarmESB生态系统中。SwarmESB是一个帮助构建分布式应用程序的框架，它受益于隐私和可伸缩性特性。我们的提案不仅可以灵活地构建基于微服务的应用程序，还可以通过对示例Dapp进行建模来构建采用区块链和智能合约的去中心化应用程序。
2018-09-28 cs.DC
Enabling Blockchain Scalability and Interoperability with Mobile Computing through LayerOne.X
互操作性和可扩展性目前是阻碍区块链技术大规模采用的瓶颈。该项目的主要目标是开发一个可互操作和可扩展的网络，以促进真正分散的，无需许可的和安全的区块链以及实现微验证的区块链。Layer-One.X是一个真正去中心化的账本，它利用了para-sharding、有向无环图、参与证明共识机制、移动计算、Flash合约和核心脚本。还解释了包括代币组学在内的概念框架以及一些用例。该框架促进了每秒交易需求的增长，从而通过代币化实现小额支付和价值转移。
2021-09-30 cs.CR cs.DC
Gromit: Benchmarking the Performance and Scalability of Blockchain Systems
越来越多的区块链系统实现与对这些解决方案的性能特征进行系统比较的研究仍然有限形成鲜明对比。这样的研究对于评估新的共识协议及其实现所引入的基本权衡至关重要。这些性能限制通常使用专门的基准测试框架进行分析，重点关注区块链系统的共识算法。然而，设计选择的比较评估需要宏观基准，以便在系统层面对区块链进行统一和全面的性能评估，而不是孤立组件的性能指标。为了解决这一研究空白，我们实现了Gromit，这是一个用于分析区块链系统的通用框架。Gromit将每个被测系统视为一个事务结构，客户端将事务发送给验证器。我们使用Gromit进行了迄今为止最大的区块链研究，涉及七个具有不同共识模型的代表性系统。我们确定这些系统的峰值性能与合成工作负载的事务吞吐量和可扩展性，并表明事务吞吐量不随验证器的数量而扩展。我们探讨了受试系统对网络延迟的鲁棒性，并揭示了许可区块链的性能对网络条件高度敏感。
2022-08-24 cs.DC cs.PF
MITOSIS: Practically Scaling Permissioned Blockchains
可扩展性仍然是采用许可区块链技术进行大规模部署的最大挑战之一。与非许可部署相比，许可区块链通常表现出较低的可扩展性-但代价是可扩展性差。提出了各种解决方案来捕获“两全其美”，同时针对低延迟和高可扩展性，最突出的技术是区块链分片。然而，大多数现有的分片方案都利用了无权限模型的特性，因此仅限于加密货币应用。我们提出了MITOSIS，这是一种实际上提高许可区块链可扩展性的新方法。我们的系统允许动态创建区块链，因为更多的参与者加入系统，以满足实际的可扩展性要求。至关重要的是，它能够将现有的区块链（及其参与者）分成两部分-让人想起有丝分裂，细胞分裂的生物过程。MITOSIS继承了许可区块链的低延迟，同时通过并行处理保持高吞吐量。我们系统中新创建的链是完全自主的，可以选择自己的共识协议，但它们可以相互交互以共享信息和资产-满足高水平的互操作性。我们分析了MITOSIS的安全性，并通过实验评估了我们的解决方案在Hyperledger Fabric上实例化时的性能。我们的研究结果表明，MITOSIS可以移植到现有的许可区块链（如Hyperledger Fabric）中，只需很少的修改和可管理的开销。
2021-09-21 cs.CR 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
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
We might walk together, but I run faster: Network Fairness and Scalability in Blockchains
基于区块链的分布式账本（DLs）承诺通过使其真正民主来改变现有的金融体系。在过去的十年中，区块链技术已经出现了许多新的应用，从银行业到房地产。然而，为了被普遍采用，区块链系统必须是可扩展的，以支持大量交易。随着我们增加DL系统的吞吐量，底层对等网络可能面临多个级别的挑战以跟上需求。由于网络容量不同，与速度较快的节点相比，速度较慢的节点将处于相对劣势，这可能会对其收入产生负面影响。为了量化它们的相对优势或劣势，我们引入了两种网络公平性的度量，$p_f$，领先的概率和$α_f$，发布公平性。我们发现，随着区块链规模的扩大，这两个指标都会恶化，这意味着速度较慢的节点在较高的吞吐量下面临劣势。这导致速度更快的节点获得的奖励超过了他们应得的份额，而速度较慢的节点（网络质量较慢）获得的奖励更少。因此，区块链系统的公平性和可扩展性并不齐头并进。在理性矿工的环境中，缺乏公平性会导致矿工偏离“最长链规则”或削弱，这将降低区块链对拜占庭对手的弹性。因此，公平性不仅是区块链系统的理想属性，而且对于区块链的安全性至关重要，任何可扩展的区块链协议都必须确保公平性。
2021-02-19 cs.DC cs.NI
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
StableShard: Stable and Scalable Blockchain Sharding with High Concurrency via Collaborative Committees
Great Bay University（大湾区大学）；Institute of High Performance Computing, A*STAR（A*STAR高性能计算研究所）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）
StableShard通过协作委员会实现稳定且可扩展的区块链分片，提高并发性并确保安全性和活性。
2025-12-20 cs.DC
A Blockchain-Enabled Framework for Storage and Retrieval of Social Data
针对多来源社交数据的安全存储与检索问题，提出基于区块链的框架，聚焦溯源与智能合约安全，并通过HLF实验验证其可行性与效率。
2025-03-26 cs.DC
An End-to-End Performance Comparison of Seven Permissioned Blockchain Systems
本文以可复现的端到端方法评估七种许可链系统在不同参数设置下的性能，揭示了各系统的特性与局限，为区块链性能优化研究奠定基础。
2023-11-26 cs.DC
SBvote: Scalable Self-Tallying Blockchain-Based Voting
去中心化电子投票解决方案代表了电子投票领域的一个有前途的进步。电子投票的范例之一，自计票方案，提供了强有力的保护选民的隐私，同时使整个投票过程的可验证。去中心化的智能合约平台成为不可变的公告板的有趣的实际实例，该方案需要保持其属性。现有的基于智能合约的方法采用自计算方案（如OVN或BBB投票），由于其可扩展性限制，仅适用于董事会投票场景。我们工作的目标是在现有解决方案的基础上实现可扩展性，而不会失去隐私保证和可验证性。我们提出了SBvote，这是一种基于区块链的自计票投票协议，选民数量可扩展，因此适合大规模选举。对我们的概念验证实现的评估表明，该协议的可扩展性仅受底层区块链平台的限制。我们在两个公共智能合约平台上评估了SBvote的可扩展性- Gnosis和Harmony。尽管受到区块链平台吞吐量的限制，SBvote可以容纳数百万选民的选举。
2022-06-13 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
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
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
A Pub-Sub Architecture to Promote Blockchain Interoperability
区块链技术的成熟导致了异构性，其中多个解决方案专门用于特定的用例。虽然不同区块链网络的发展显示了区块链的巨大潜力，但孤立的网络导致了数据和资产孤岛，限制了这项技术的应用。区块链互操作性解决方案对于使分布式账本充分发挥其潜力至关重要。这些解决方案允许区块链支持资产和数据传输，从而开发创新应用程序。本文提出了一种新的基于发布/订阅架构的许可区块链互操作性解决方案。我们实现了这个平台的原型，以显示我们的设计的可行性。我们通过实现不同发布者和订阅者网络的示例来评估我们的解决方案，例如Hyperledger Besu，这是一个以太坊客户端，以及两个不同版本的Hyperledger Fabric。我们提出了整个网络的性能分析，表明其限制和瓶颈。最后，我们讨论了平台在不同场景下的可扩展性和可伸缩性。我们的评估表明，我们的系统可以处理的吞吐量在数百个事务每秒的顺序。
2021-01-29 cs.DC
Towards Scalable Cross-Chain Messaging
针对区块链跨链中继的无许可并发导致的性能、可扩展性和安全问题，本文提出一种协调独立中继器的新协议，并分析设计权衡，为改进跨链中继服务奠定基础。
2023-10-16 cs.DC
Properties of Decentralized Consensus Technology -- Why not every Blockchain is a Blockchain
区块链技术和应用领域的研究正在快速增长。虽然中本聪的比特币白皮书已经有十年的历史了，但该领域仍然可以被视为不成熟和处于早期阶段。目前在这一领域的研究缺乏一个共同的知识和共识，用于描述技术及其属性的术语。与此同时，这项研究正在挑战比特币核心概念的基本方面。值得质疑的是，所有这些新方法是否仍然可以被描述为区块链技术。我们建议使用术语“去中心化共识技术”作为一般类别。去中心化共识技术包括去中心化账本和非账本技术。区块链技术只是分散式账本技术的多种实现之一。此外，我们确定了去中心化共识技术的三个主要特征：去中心化，不信任和最终达成共识的能力。根据具体实现的用例，必须考虑以下附加属性：隐私，参与激励，不可逆性和不变性，操作目的，确认时间，交易成本，外部化交易和计算的能力以及可扩展性的可能性。
2019-07-22 cs.DC
LogStamping: A blockchain-based log auditing approach for large-scale systems
本文提出LogStamping框架，结合区块链与IPFS混合存储及智能合约，实现大规模系统日志的防篡改、实时处理和可扩展审计。
2025-09-19 cs.CR cs.DC
Decentralizing Permissioned Blockchain with Delay Towers
人们对无许可区块链的兴趣越来越大，这揭示了其潜在的可扩展性问题。许可型区块链提供高交易吞吐量和低延迟，同时损害去中心化。在寻求一个分散的，可扩展的区块链结构，即，为了在无许可的环境中提供许可区块链的可扩展性，我们提出了L4 L，以鼓励在许可的Libra网络上进行去中心化，而不影响其可持续性。L4 L采用延迟塔，--利用可验证延迟功能的拼图塔--用于在无许可设置中建立身份。延迟塔由于其顺序执行而无法并行化，使其成为生态友好的替代品。我们还讨论了替换参与共识的验证器以促进合规行为的方法。我们的评估发现，在许可网络上实现去中心化的成本几乎可以忽略不计。此外，延迟塔为现有的无许可共识机制提供了一种替代方案，而无需空投或预售代币。
2022-03-18 cs.DC cs.MA
Advanced DAG-Based Ranking (ADR) Protocol for Blockchain Scalability
针对区块链吞吐量低、可扩展性差的问题，提出基于DAG的高级排名（ADR）协议，通过节点验证、DAG账本构建和排名算法提升性能，在超100节点集群上验证优于IOTA和ByteBall，适用于物联网。
2025-08-06 cs.CR cs.DB cs.DC
Redefining Hybrid Blockchains: A Balanced Architecture
City University of Hong Kong（香港城市大学）
本文提出一种新颖的混合区块链架构，通过节点隔离、容器化、网络与计算层分离及Kafka发布-订阅网络等策略，平衡可扩展性、治理与去中心化，实现每秒超1000笔交易，为政企采用提供经济可行的稳健框架。
2026-10-20 cs.CR cs.DC
Accelerating Blockchain Scalability: New Models for Parallel Transaction Execution in the EVM
本文针对 Ethereum 顺序处理导致的扩展瓶颈，提出由三种独立方法构成的新方案，通过策略性预定交易状态访问及引入基于 gas 的激励机制，实现 EVM 内最大程度的并行交易执行。
2025-04-02 cs.CE cs.DC cs.GT
Stability and Scalability of Blockchain Systems
区块链范式提供了一种用于对等（P2P）网络上的内容传播和分布式共识的机制。虽然这种模式已被广泛采用的行业，它还没有被仔细分析，在其网络规模方面的对等点的数量。区块链系统的应用，如加密货币和物联网，需要这种形式的网络扩展。在本文中，我们提出了一个新的随机网络模型的区块链系统。我们确定了一个称为\emph{one-endedness}的结构属性，我们证明这在任何区块链系统中都是可取的，因为它与对等体之间的分布式共识直接相关。我们证明了网络的随机稳定性足以证明区块链的一端性。我们进一步确定，我们的模型属于一类网络模型，称为单调可分模型。这使我们能够建立稳定区域的上界和下界。稳定性的界限取决于P2P网络通过其电导的连通性，并允许我们分析区块链系统在大型P2P网络上的可扩展性。我们使用来自比特币网络的合成数据和真实数据来验证我们的理论见解。
2020-12-19 cs.DC cs.IT cs.SI
BlockSDN: Towards a High-Performance Blockchain via Software-Defined Cross Networking optimization
Shenzhen Graduate School Peking University（北京大学深圳研究生院）；The Fifth Electronic Research Institute of MIIT（工业和信息化部第五研究所）
BlockSDN通过软件定义交叉网络优化，显著提升区块链的可扩展性和性能。
2025-10-09 cs.DC cs.NI
Cyberphysical Blockchain-Enabled Peer-to-Peer Energy Trading
网络物理系统中集中式架构模型的可扩展性和安全性问题有很大的潜力可以通过基于区块链的分布式模型来解决，分散式能源交易系统利用各种来源并有效协调能源，以确保可用资源的最佳利用。它通过使用物联网（IoT）、云计算和网络系统等技术管理物理、社会和商业基础设施来实现这一目标。在网络物理系统的背景下，解决了区块链能源交易的重要性，本文全面概述了P2P能源交易和利用区块链来提高效率和整体性能，包括分散程度，可扩展性和系统的安全性。三种基于区块链的能源交易模式被提出来克服技术挑战和市场障碍，以更好地采用这种颠覆性技术。
2020-04-20 cs.DC cs.GT
Layer 2 Blockchain Scaling: a Survey
区块链技术受到可扩展性的巨大限制的影响，从而对性能产生影响。本讨论旨在分析当前可用的第二层解决方案的最新技术水平，以克服这些局限性，既侧重于理论和实践方面，又突出了所研究框架之间的主要差异。这部作品的结构基于三个主要部分。特别是，第一部分是关于技术、可伸缩性问题和第二层解决方案的介绍性部分。第二部分代表了讨论的核心，由三个不同的小节组成，每个小节都详细分析了各自的解决方案（Lightning Network、Plasma、Rollups）;每个解决方案的分析都基于它如何影响区块链技术和第二层的五个关键方面：可扩展性、安全性、去中心化、隐私、费用和小额支付（鉴于后两者的高度相关性，将其放在一起分析）。最后，第三部分包括一个表格摘要，后面是一个用例的详细描述，该用例专门用于对所提出的框架进行实际评估。工作结果符合预期：所有解决方案都有效地提高了可扩展性。一个关键的澄清是，在所有可能的应用领域中，这三种方法中没有一种方法优于其他方法，采用每一种方法的后果是不同的。因此，选择取决于应用程序上下文，并且必须在前面提到的方面之间找到折衷。
2021-07-22 cs.CR cs.DC
Scaling Blockchains Without Giving up Decentralization and Security
公共区块链应该能够在节点数量和交易工作负载方面进行扩展。区块链可扩展性三难困境已经被非正式地证实。这与可扩展性，安全性和分散性有关，指出这些方面的任何改进都应该对其他两个方面中的至少一个产生负面影响。事实上，尽管有大量的研究和实验努力，所有已知的方法都是权衡。我们从理论上描述了一种新的区块链架构，只要提供相应的节点比例增量，该架构就可以扩展到任意高的工作负载。我们表明，在合理的假设下，我们的方法不需要权衡安全性或分散。据我们所知，这是第一个反驳三难推理的结果，考虑到区块链的所有架构元素的可扩展性，而不仅仅是共识协议。虽然我们的结果目前只是理论上的，但我们相信，我们的方法可能会激发显着的实际贡献。
2020-06-04 cs.CR cs.DC cs.DS
Performance Tuning and Scaling Enterprise Blockchain Applications
区块链的可扩展性可能是复杂和昂贵的。随着企业开始采用区块链技术来解决业务问题，人们担心区块链应用程序是否能够支持生产系统的交易需求。事实上，作为区块链应用程序基础的多个分布式组件和协议使得性能优化成为一项重要的任务。区块链性能优化和可扩展性需要一种方法来降低复杂性和成本。此外，现有的性能结果通常缺乏生产应用程序的需求、负载和基础设施。在本文中，我们首先开发了一种方法来优化企业区块链应用程序的性能，以提高性能和交易容量。该方法应用于基于区块链的企业应用程序（利用Hyperledger Fabric）进行性能调整和优化，目标是弥合实验室和生产部署系统性能之间的差距。然后，我们展示了对内部部署和云部署的性能测试的广泛结果和分析，在这些测试中，我们能够将应用程序从30 TPS扩展到3000 TPS，而无需分叉Hyperledger Fabric源代码并保持合理的基础设施占用空间。我们还提供区块链应用程序和平台建议，以提高性能。
2019-12-24 cs.DC cs.PF
Evaluating the Red Belly Blockchain
在本文中，我们提出了迄今为止对区块链系统最广泛的评估。为了在4大洲10多个国家的服务器上实现可扩展性，我们彻底重新审视了拜占庭容错区块链和签名验证。由此产生的区块链被称为红腹区块链（RBBC），提交了由无权限节点发出的超过10万笔交易。这些交易通过由许可节点运行的部分同步共识在几秒钟内被分组到块中。它通过保证所有参与者以确定性的方式在链的任何给定索引处决定唯一块来防止双重支出。我们比较了传统的拜占庭容错的替代品和最近的随机化解决方案的RBBC的性能。在具有低端机器的相同地理分布环境中，我们注意到两个有趣的比较：（i）RBBC吞吐量可扩展到数百台机器，而联盟区块链使用的经典3步基于领导者的BFT状态机无法扩展到40个相同配置的节点;（ii）RBBC保证事务在3秒内完成，并经历随机化延迟的三分之一-HoneyBadgerBFT这样的解决方案可以提供。这种经验评估表明，区块链的可扩展性可以在不牺牲安全性的情况下实现。
2018-12-31 cs.CR cs.DC
XLPN: Efficient and Scalable Cross-Ledger Protocols for the Topological Consortium of Permissioned Blockchains
虽然越来越多的特定于应用程序的区块链或分类账正在实施和部署，但这些分类账之间的信息交换仍然是一个悬而未决的问题。现有的交叉账本协议（XLPs）表现出各种限制，例如可扩展性、活跃性、效率等。本文提出了一种新的XLP，即XLPN-22，它为账本联盟引入了一个全局拓扑，以实现更高的跨账本数据交换效率和可扩展性。在这项工作中，我们证明了XLPN-22的安全性和活性，并分析了它的理论复杂性。我们还在SciChain账本上实施了XLPN-22，并在多达128个节点，8个账本和16，000个交易上进行了评估。实验结果表明，XLPN-22的性能分别比VLDB-20和PODC-18提高了18- 50%和64- 84%.
2021-12-30 cs.DB cs.DC
A Mathematical Theory of Hyper-simplex Fractal Network for Blockchain: Part I
本文提出超单纯形分形网络拓扑的数学理论，通过将一维数据块折叠为N维单纯形几何结构，实现近无限可扩展性、分层共识与确定性快速路由，为下一代区块链架构奠定基础。
2024-10-01 cs.DC cs.NI
A Range-Based Sharding (RBS) Protocol for Scalable Enterprise Blockchain
Department of Software Engineering, ÉTS Montréal, Universite de Quebec, Canada（蒙特利尔高等技术学院，魁北克大学，软件工程系）
本文提出RBS协议，通过范围基于分片机制提升企业区块链的可扩展性，减少跨分片延迟，提高吞吐量和效率。
2025-09-13 cs.CR cs.DC
DEXON: A Highly Scalable, Decentralized DAG-Based Consensus Algorithm
区块链系统是一个复制的状态机，必须是容错的。在设计区块链系统时，通常会在去中心化、可扩展性和安全性之间进行权衡。在本文中，我们提出了一种新的区块链系统DEXON，它实现了高度的可扩展性，同时在现实世界的环境中保持分散和健壮。我们有两个主要贡献。首先，我们为区块链提供了一个高度可扩展的分片框架。该框架采用任意数量的单链并将其转换为\textit{blocklattice}数据结构，从而使\textit{high scalability}和\textit{low transaction confirmation latency}具有渐进最优的通信开销。其次，我们提出了一个单链协议的基础上，我们的新的可验证的随机函数和一个新的拜占庭协议，实现高分散和低延迟。
2018-11-19 cs.CR cs.DB cs.DC
A Formal Rebuttal of "The Blockchain Trilemma: A Formal Proof of the Inherent Trade-Offs Among Decentralization, Security, and Scalability"
Faculty of Business, University of Exeter（埃克塞特大学商学院）
该研究通过形式化分析、实证证据等方式反驳了区块链三难困境的论断，指出其存在语义含糊、理论误用等问题，重构Bitcoin模型证明可扩展性是工程结果，并提出区块链研究论断的评估标准。
2025-07-10 cs.AI cs.CR cs.DC
On and Off-Blockchain Enforcement Of Smart Contracts
在本文中，我们讨论了如何将传统的商业合同转换为智能合同--它们的电子等价物，可用于在运行时间系统地监控和执行合同权利，义务和禁令。我们解释说，新兴的区块链技术肯定是实现智能合约的一个有前途的平台，但我们认为，由于性能、可扩展性和一致性要求，以及语言表达能力和难以解决的成本问题，有很多应用程序的区块链是不够的。我们解释说，在某些情况下，不依赖区块链的集中式方法是一种更好的选择，因为它的简单性，可扩展性和性能。我们建议，在去中心化和透明度至关重要的应用程序中，开发人员可以有利地将这两种方法结合到混合解决方案中，其中一些操作由部署在区块链上的执行者执行，其余操作由部署在可信第三方上的执行者执行。
2018-05-02 cs.CR cs.CY cs.DC
A Trust and Reputation System for IoT Exploiting Distributed Ledger Technology
比特币的出现，以及随之而来的区块链，开启了一个去中心化的新时代。区块链使相互不信任的实体能够协同工作以实现共同目标。然而，目前的区块链技术缺乏可扩展性，这限制了它们在物联网（IoT）应用中的使用。互联网上的许多设备都具有计算和通信能力，以促进决策。这些设备将很快成为一个500亿节点的网络。此外，传感器即服务（SaaS）等新的物联网业务模式需要强大的信任和信誉系统（TRS）。在本文中，我们介绍了一种结合Tangle和区块链作为物联网TRS框架的创新分布式账本。Tangle和区块链的结合提供了前者的可维护性和后者的可扩展性。拟议的分类账可以处理大量的物联网设备交易，并促进低功耗节点的加入和贡献。采用分布式账本可以减轻许多威胁，例如粉饰攻击。结合支付和评级协议，所提出的方法为上层信誉算法提供了更干净的数据。
2021-11-26 cs.CR cs.DC
Understanding the Scalability of Hyperledger Fabric
区块链系统的快速增长导致人们对大规模理解和比较区块链性能的兴趣越来越大。在本文中，我们重点分析了Hyperledger Fabric v1.1的性能-最流行的许可区块链系统之一。之前的工作已经深入分析了Hyperledger Fabric v0.6，但系统的新版本发生了重大变化，需要进行新的分析。现有的工作基准系统的范围是有限的：一些只考虑小型网络，其他人认为系统的可扩展性，而不是整个只有部分。我们对Hyperledger Fabric v1.1进行了全面的性能分析。我们扩展了现有的基准测试工具，在许多服务器上进行实验，同时扩展系统的所有重要组件。我们的研究结果表明，Fabric v1.1的可伸缩性瓶颈在于执行和排序阶段之间的通信开销。此外，我们还证明了扩展用于排序阶段的Kafka集群不会影响整体吞吐量。
2021-07-21 cs.CR cs.DB cs.DC
RollupTheCrowd: Leveraging ZkRollups for a Scalable and Privacy-Preserving Reputation-based Crowdsourcing Platform
本文提出基于 zkRollups 的众包框架 RollupTheCrowd，通过链下存储和零知识证明实现隐私保护的信誉模型，并将 gas 消耗降低 20 倍，实验验证了其可扩展性和实用性。
2024-07-02 cs.CR cs.DC
Stampery Blockchain Timestamping Architecture (BTA) - Version 6
一种对一个或多个区块链中几乎无限数量的数据进行时间戳、锚定和认证的方法，专注于可扩展性和成本效益，同时通过使用加密证明来确保存在性、完整性和所有权，这些加密证明可由世界上任何人独立验证，而无需披露原始数据，也无需认证方的干预。
2017-11-13 cs.CR cs.DC cs.DS
Towards Efficient Integration of Blockchain for IoT Security: The Case Study of IoT Remote Access
蓬勃发展的物联网（IoT）市场引起了网络攻击者的极大兴趣。集中式基于云的物联网服务架构在安全性、可用性和可扩展性方面存在严重限制，并且容易受到单点故障（SPOF）的影响。最近，在区块链上提供物联网服务已经成为一种趋势，以提高安全性、隐私性和可靠性。然而，区块链的高成本，低吞吐量和长延迟的缺点使其不适合物联网应用。在本文中，我们回顾了现有的基于区块链的物联网解决方案，并提出了一个有效的区块链和物联网集成框架。根据该框架，我们设计了一种新型的区块链辅助的分散式物联网远程访问系统RS-IoT，该系统具有在不依赖任何可信第三方的情况下保护物联网设备免受零日攻击的优点。通过引入由智能合约执行的激励和惩罚措施，我们的工作实现了“经济方法”，以挫败大多数旨在获得金钱收益的攻击者。我们的工作提供了一个例子，说明如何使用区块链来确保去中心化环境中服务交易的公平性，并客观地惩罚不当行为。我们通过详细的安全分析来展示RS-IoT的安全性。最后，我们通过以太坊测试网区块链上的概念验证实现来展示其可扩展性，效率和可用性。
2019-11-30 cs.CR cs.DC cs.NI
Executable Models and Instance Tracking for Decentralized Applications -- Towards an Architecture Based on Blockchains and Cloud Platforms
University of Fribourg（弗里堡大学）
针对区块链上去中心化应用的可扩展性和执行指定复杂性问题，本文提出可执行模型作为高级抽象，研究其与智能合约耦合以追踪执行，并给出支持可扩展性和去中心化协调的架构。
2022-11-11 cs.DC cs.NI
SoK: Diving into DAG-based Blockchain Systems
区块链在加密货币市场和技术服务中发挥着重要作用。然而，高延迟和低可扩展性的限制阻碍了它们在经典设计中的采用和应用。已经提出了重建的区块链系统，以避免由线性序列块引起的竞争性交易的消耗。相反，这些系统以有向无环图（DAG）的形式构建交易/区块，并因此重新构建上层组件，包括共识，激励，\textit{etc.}基于DAG的区块链系统的承诺是实现快速确认（百万秒内完成交易）和高可扩展性（并行附加交易），而不会显着损害安全性。然而，这一领域仍然缺乏系统的工作，总结了DAG技术。为了弥合这一差距，知识系统化（SoK）提供了对基于DAG的区块链系统的全面分析。通过对开放源代码系统的解构和学术研究的回顾，总结了系统的主要组成部分和特征属性，并给出了建立DAG的方法。在此基础上，我们分析了几个领先系统的安全性和性能，然后讨论并比较了并发（扩展区块链）技术。我们进一步确定了开放的挑战，以突出基于DAG的解决方案的潜力，并指出其有前途的未来研究方向。
2022-10-29 cs.CR cs.DC cs.PF
