SP-Chain: Boosting Intra-Shard and Cross-Shard Security and Performance in Blockchain Sharding
针对现有区块链分片协议安全不足或性能牺牲大的问题,提出SP-Chain分片系统,通过两阶段并发投票、无偏领导者轮换和证明辅助跨分片机制提升双维度安全与性能,4000节点恶意环境下达万级TPS和7.6秒确认延迟。
2025-07-30 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
A $p/2$ Adversary Power Resistant Blockchain Sharding Approach
Blockchain Sharding是一种区块链性能增强方法。通过将区块链拆分为多个并行运行的委员会(分片),它有助于提高交易吞吐量,减少所需的计算资源,并提高参与者的奖励期望。最近,已经提出了几种可以容忍高达$n/2$拜占庭节点($n/2$安全级别)的灵活分片方法。然而,这些方法具有三个主要缺点。首先,在非分片区块链中,节点可以具有不同的权重(权力或股权)来创建共识,因此对手需要控制总权重的一半才能操纵系统($p/2$安全级别)。在区块链分片中,所有节点都具有相同的权重。因此,只有在诚实的参与者创建尽可能多的节点的假设下,$n/2$安全级别区块链分片才能达到$p/2$安全级别。其次,当一些节点离开系统时,其他节点需要频繁地从一个分片到另一个分片重新分配,以保持安全级别。这对系统性能有不利影响。第三,虽然一些$n/2$方法可以保持与多达$n/2$拜占庭节点的数据完整性,但是它们的系统可以在较少数量的拜占庭节点时停止。本文提出了一种$p/2$安全级别的区块链分片方法,该方法不需要诚实的参与者创建多个节点,当一些节点离开系统时,需要较少的节点重新分配,并且可以防止系统停止。我们的实验表明,我们的新方法在安全性、交易吞吐量和灵活性方面优于现有的区块链分片方法。
2023-02-03 cs.CR 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
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
A Flexible n/2 Adversary Node Resistant and Halting Recoverable Blockchain Sharding Protocol
区块链分片是解决区块链去中心化和高性能(交易吞吐量)之间困境的一种很有前途的方法。区块链分片系统的主要挑战是如何在一个子群体(分片)中对一个声明做出决定,同时确保整个人群都能识别这个声明。也就是说,挑战在于阻止一个没有全局大多数节点但在碎片内拥有大多数节点的对手。大多数区块链分片方法只能在$n$节点系统中的最多$n/3$邪恶节点的分片内达成正确的共识。有一种区块链分片方法可以防止对手在全球没有$n/2$节点时做出错误的决定。然而,如果对手控制的节点数量较少,系统可能会停止达成共识(陷入僵局)。在本文中,我们提出了一种改进的区块链分片方法,可以承受$n/2$敌对节点并从死锁中恢复。恢复是通过动态调整分片的数量和分片大小来完成的。性能分析表明,我们的方法具有较高的性能(事务吞吐量),同时需要很少的带宽同步。
2020-03-23 cs.CR 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
ScaleSFL: A Sharding Solution for Blockchain-Based Federated Learning
基于区块链的联邦学习在过去几年中获得了极大的兴趣,随着对数据隐私的日益关注,机器学习的进步和区块链创新。然而,安全性和可扩展性方面的差距阻碍了实际应用程序的开发。在这项研究中,我们提出了ScaleSFL,这是一个可扩展的基于区块链的分片解决方案,用于联邦学习。ScaleSFL通过分离链下联邦学习组件来支持互操作性,以便验证模型更新,而不是控制整个联邦学习流程。我们使用Hyperledger Fabric将ScaleSFL实现为概念验证原型系统,以证明该解决方案的可行性。我们提出了一个性能评估的结果收集,通过Hyperledger卡尺基准工具进行模型创建。我们的评估结果表明,分片可以线性提高验证性能,同时保持高效和安全。
2022-04-04 cs.CR cs.DC
HiCoCS: High Concurrency Cross-Sharding on Permissioned Blockchains
HiCoCS通过复合键和虚拟子经纪人机制实现许可链上高并发跨分片交易的无冲突处理,并结合批处理、复合键复用与同态加密,将跨分片吞吐量提升3.5至20.2倍。
2025-04-08 cs.DC
A Scale-out Blockchain for Value Transfer with Spontaneous Sharding
比特币及其许多后继者都要求所有节点都能可靠地获取整个交易记录,以防止双重支出。最近,许多区块链被提出来通过让节点只获取整个交易集的一小部分来实现横向扩展吞吐量。然而,这些方案,例如,分片和链外技术遭受分散或容错能力的退化。在本文中,我们表明,完整的交易集是不是一个必要的,以防止双重支出,如果价值转移的属性是充分探讨。换句话说,我们证明了像比特币这样的价值转移分类账有可能在不牺牲安全性或去中心化的情况下进行扩展。首先,我们给出了价值转移分类账的形式化定义及其与一般数据库的区别。然后,我们引入了一个基于链下的方案,其中共享主链用于共识,每个节点有一个单独的链用于记录交易。提出了一个本地可执行的验证方案,具有不妥协的有效性和一致性。我们的设计的一个有益的结果是,节点将自发地尝试通过只提供所需的交易来降低其传输成本,以表明其交易是双重支出证明。因此,网络被分片,因为每个节点只获取部分事务记录,并且可以实现横向扩展的吞吐量,我们称之为“自发分片”。
2018-05-17 cs.DC
Fast Transaction Scheduling in Blockchain Sharding
本文针对区块链分片的交易调度问题,提出集中式、分桶式集中式及基于层次聚类的分布式三种调度器,证明了其近似/竞争比,仿真显示其延迟最高降3倍、吞吐量最高升2倍,是首个可证明快速的区块链分片交易调度算法。
2025-01-16 cs.DC
SpiralShard: Highly Concurrent and Secure Blockchain Sharding via Linked Cross-shard Endorsement
Southern University of Science and Technology(南方科技大学);Institute of High Performance Computing, A*STAR(新加坡科技研究局高性能计算研究所);School of Computing and Information Technology, Great Bay University(大湾区大学计算机与信息技术学院);Research Institute of Trustworthy Autonomous Systems, Southern University of Science and Technology(南方科技大学可信自主系统研究院);Peng Cheng Laboratory(鹏城实验室)
SpiralShard通过链接跨链背书协议,在保证安全性的前提下,通过配置更多更小的分片提高区块链分片的并发性与吞吐量。
2025-12-20 cs.CR cs.DC
Investigating Sharding Advancements, Methodologies, and Adoption Potential in Hedera
针对区块链可扩展性挑战,本文研究分片技术在Hedera中的应用,分析现有分片技术的优劣后提出混合分片方案,通过本地与全局委员会划分及动态重配置提升跨分片交易效率与安全性,验证了其可行性与优势。
2025-09-23 cs.DC
An n/2 Byzantine node tolerate Blockchain Sharding approach
传统的区块链分片方法只能容忍多达n/3个节点成为对手,因为它们依赖于超几何分布来使失败(对手在全局上没有n/3个节点,但可以操纵分片的共识)难以发生。系统必须保持较大的Shard大小(Shard中的节点数量)以维持较低的故障概率,以便仅存在少量Shard。在本文中,我们提出了一种新的区块链分片方法,可以承受多达n/2的节点是坏的。我们将节点分为不同的类,每个Shard都有来自不同类的固定数量的节点。我们证明了这种设计比传统模型(只有一个类)更安全,并且可以显着减少碎片大小。通过这种方式,可以存在更多的Shard,并且可以大大增加事务吞吐量。改进后的区块链分片方法有望成为去中心化自治组织和去中心化数据库的基础。
2020-03-25 cs.CR cs.DC
On the Efficiency of Dynamic Transaction Scheduling in Blockchain Sharding
研究区块链分片中交易在线到达的动态调度问题,基于局部敏感分解提出无状态和有状态模型下的高效调度算法,并证明其竞争比接近理论最优下界。
2025-08-13 cs.DC
BlockEmulator: An Emulator Enabling to Test Blockchain Sharding Protocols
School of Software Engineering, Sun Yat-Sen University(中山大学软件学院);Cyberspace Institute of Advanced Technology, Guangzhou University (Huangpu)(广州大学(黄埔)先进技术网络空间研究院)
针对缺乏区块链分片系统协议测试平台的问题,研发了轻量级仿真平台BlockEmulator,支持通过分层模块低代码实现新协议,经验证结果准确且可测多类指标,已在GitHub开源。
2026-09-17 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
An Efficient and Robust Committee Structure for Sharding Blockchain
如今,分片被认为是将传统区块链协议从低可扩展性中拯救出来的一种有前途的方法。然而,这种技术也带来了一些潜在的风险和巨大的通信开销。设计不当可能会导致不同委员会之间的状态不一致。此外,不幸的是,由跨分片事务引起的通信开销降低了系统的性能。在本文中,我们首先总结了所有分片区块链设计者面临的五个基本问题。对于每一个问题,我们讨论其关键挑战,并提出我们建议的解决方案。为了打破绩效瓶颈,我们提出了一个声誉机制来选择领导者。在我们的设计中的信誉反映了每个节点的诚实的计算资源。此外,我们引入了一个裁判委员会和部分集在每个委员会,并设计了一个恢复过程中的情况下,领导者是恶意的。在这个设计下,我们证明了恶意的领导者不会伤害系统,并且会被驱逐。此外,我们进行了一系列的模拟来评估我们的设计。结果表明,根据信誉度选择领导者可以显著提高系统的性能。
2021-12-31 cs.CR cs.DC
A Generic Sharding Scheme for Blockchain Protocols
本文介绍了一个通过分片扩展区块链协议的形式化通用框架。该框架是模块化的,可以根据不同的需求或假设集进行调整。我们证明了通过遵循我们的方案(具有正确的模块)获得的分片协议与非分片协议具有相同的安全性和活性保证。证明是通用的,依赖于某些组件的明确定义的规范。这为通过遵循所提出的方案获得的分片协议的正确性的简单证明奠定了基础。该框架并没有留下作为一个模糊的规范,一些高层次的结构,明确的使用证明了它的碎片Algorand。作为这种具体构造的一部分,引入了将节点分配给分片的防篡改机制。该机制采用可验证的随机函数构造,能够安全地抵御强大的自适应攻击。
2019-09-03 cs.CR cs.DC
A Two-Layer Blockchain Sharding Protocol Leveraging Safety and Liveness for Enhanced Performance
针对现有区块链分片协议抗攻击不足、吞吐量受限的问题,提出含控制与处理分片的双层两阶段协议Reticulum,通过分层投票提升吞吐量与抗攻击性,实验验证其优于现有方案。
2024-07-12 cs.CR cs.DC
Near-Optimal Stability for Distributed Transaction Processing in Blockchain Sharding
针对区块链分片的分布式事务稳定性问题,提出单领导者与多领导者两种调度器,其稳定注入速率界与最优值仅差多对数因子,显著优于此前分布式场景的最优结果。
2025-09-02 cs.DC
Cob: a consensus layer enabling sustainable sharding-based consensus protocols
在本文中,我们探讨了上下文的应用程序的Cob,最近推出的拜占庭容错共识协议。Cob被证明是一个无领导的共识协议,它对要观察和记录的事件列表的每个组件并行执行共识过程。我们展示了如何使用Cob来定义可扩展和可持续区块链的共识层。这一层用于设计共识协议,该协议基于分片作为实现可扩展性的手段,并基于时隙中的时间碎片(分配给被指示创建新块的节点)作为减少维护分布式账本所需的计算量和通信量的手段。我们解释了为什么Cob是一个可行的候选人,通过引入一个辅助区块链,我们命名为同步链来实现这样的共识层。
2022-05-12 cs.DC
Divide and Scale: Formalization and Roadmap to Robust Sharding
针对区块链分片缺乏形式化基础的问题,提出首个鲁棒分片形式化框架与路线图,定义了一致性与可扩展性属性,明确了系统在自适应对手下的扩展极限,并据此分析了主流分片区块链的不足。
2023-05-22 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
RecAGT: Shard Testable Codes with Adaptive Group Testing for Malicious Nodes Identification in Sharding Permissioned Blockchain
针对分片许可链的节点脆弱性问题,提出融合分片可测码、身份证明协议与自适应群测试的RecAGT方案,可低开销高效识别恶意节点且适配各类分片许可链。
2023-12-12 cs.CR cs.DC
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
Transaction Placement in Sharded Blockchains
虽然许多研究人员采用分片的方法来设计可伸缩的区块链,但很少有人研究分片协议引起的事务放置问题。广泛使用的哈希放置算法将绝大多数交易呈现为跨分片。在本文中,我们分析了跨分片交易的高成本,并揭示了大多数比特币交易具有简单的依赖关系,并且在考虑交易依赖关系的放置算法下可以成为单分片。此外,我们还对目前最先进的分片区块链事务放置算法OptChain进行了案例研究,发现了其存在的不足,并提出了一个简单的修正方案,评估结果表明,该修正方案有效地帮助OptChain克服了该缺陷,并在特定负载下显著提高了系统性能。OptChain的作者在注意到我们的工作后对算法描述进行了一些修改。他们的更新算法并没有表现出的缺点下,本文所采用的工作负载。
2022-06-09 cs.DC
PolyShard: Coded Sharding Achieves Linearly Scaling Efficiency and Security Simultaneously
今天的区块链设计面临着一个三难困境,即没有一个区块链系统可以同时实现去中心化、安全性和性能可扩展性。对于当前的区块链系统,随着更多的节点加入网络,系统的效率(计算、通信和存储)最多保持不变。使区块链能够扩展效率的一个主要想法是分片的概念:不同的节点子集处理区块链的不同部分,从而减少每个节点的负载。然而,现有的分片提议通过损害信任来实现效率扩展-破坏给定分片中的节点将导致数据的相应部分的永久丢失。在本文中,我们通过展示一种用于区块链中编码存储和计算的新协议来解决三元悖论。特别是,我们提出了PolyShard:“多项式编码分片”方案,该方案实现了存储效率,系统吞吐量以及信任度的信息理论上限,从而实现了真正可扩展的系统。我们提供的模拟结果,数值上证明了性能的提高超过最先进的,和PolyShard系统的可扩展性。最后,我们讨论了潜在的增强功能,并强调在建立这样一个系统的实际考虑。
2020-01-24 cs.CR cs.DC cs.IT
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
Sedna: Sharding transactions in multiple concurrent proposer blockchains
Sei Labs;University of Portsmouth(朴茨茅斯大学);Mysten Labs;University College London(伦敦大学学院)
Sedna通过可验证无率编码解决多提案区块链中交易分发的三重困境,提升效率并减少MEV暴露。
2025-12-29 cs.CR cs.DC
AI-driven Predictive Shard Allocation for Scalable Next Generation Blockchains
本文提出PSAP协议,通过预测性分片分配提升区块链可扩展性,实验显示吞吐量提升2倍,延迟降低35%
2025-11-18 cs.DC
Towards Scaling Blockchain Systems via Sharding
现有的区块链系统由于其分布式共识协议而扩展性很差。目前提高区块链可扩展性的尝试仅限于加密货币。在一般工作负载下扩展区块链系统(即,非加密货币应用)仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中,我们采取了一种原则性的方法来将分片应用于区块链系统,分片是一种经过充分研究和验证的扩展数据库的技术,以提高其大规模的交易吞吐量。然而,由于数据库和区块链之间故障模型的根本差异,这是具有挑战性的。为了实现我们的目标,我们首先提高拜占庭共识协议的性能,通过这样做,我们提高了单个分片的吞吐量。接下来,我们设计了一个高效的分片形成协议,利用可信的随机信标安全地将节点分配到分片中。我们依靠可靠的硬件,即英特尔SGX,实现共识和分片形成协议的高性能。第三,我们设计了一个通用的分布式事务协议,即使在事务协调器是恶意的,也能确保安全性和活性。最后,我们在本地集群和Google Cloud Platform上对我们的设计进行了广泛的评估。结果表明,我们的共识和分片形成协议在规模上优于最先进的解决方案。更重要的是,我们的分片区块链达到了高吞吐量,可以处理Visa级别的工作负载,并且是现实环境中有史以来最大的。
2019-03-12 cs.CR cs.DB cs.DC
Hydra: A Multiple Blockchain Protocol for Improving Transaction Throughput
提高交易吞吐量是去中心化支付系统面临的主要挑战之一。提高加密货币交易吞吐量的尝试通常是吞吐量和安全性之间的权衡,或者引入一个中心组件。我们提出了Hydra,一个分散的协议,提高了交易吞吐量,没有安全权衡,没有中央组件。我们的新方法将区块分布在多个区块链上。Hydra在交易吞吐量和最终性之间进行权衡,最终性是稳定区块链中交易记录所需的时间。我们严格分析了多区块链协议中的双重花费攻击。我们的分析表明,每秒的事务数可以显着增加,而最终性是在可接受的范围内。
2019-10-15 cs.DC
On Exploiting Transaction Concurrency To Speed Up Blockchains
共识协议目前是阻止区块链系统扩展的瓶颈。然而,我们认为交易执行对区块链的性能和安全性也很重要。换句话说,有足够的机会通过降低交易执行成本来加速和进一步保护区块链。我们的目标是了解通过利用区块链工作负载中可用的事务并发性,我们可以在多大程度上加速区块链。为此,我们首先分析了七个主要公共区块链的历史数据,即比特币,比特币现金,莱特币,狗狗币,以太坊,以太坊经典和Zilliqa。我们考虑两个指标的并发性,即每个块的单事务冲突率,和每个块的组冲突率。我们发现,基于UTXO的区块链比基于账户的区块链有更多的并发性,尽管前者的并发量低于预期。另一个有趣的发现是,一些具有较大区块的区块链比具有较小区块的区块链具有更多的并发性。接下来,我们提出了一个分析模型,估计事务执行速度给定的并发量。使用我们的实证分析结果,该模型估计,如果利用所有可用的并发,以太坊可以实现6倍的速度提升。
2020-07-14 cs.DC
Rainblock: Faster Transaction Processing in Public Blockchains
像以太坊这样的公共区块链使用Merkle树来验证从不受信任的服务器接收的交易,然后将其应用于区块链。我们的经验表明,这种区块链的低吞吐量是由于与使用Merkle树处理交易相关的I/O瓶颈。我们提出了RAINBLOCK,这是一种新的公共区块链架构,可以在不影响安全性的情况下提高吞吐量。RAINBLOCK通过在两个方面解决I/O瓶颈来实现这一点:首先,将事务处理与I/O解耦,并从关键路线中删除I/O;其次,通过为区块链定制存储来减少I/O放大。RAINBLOCK使用Merkle树的一种新变体,分布式分片Merkle树(DSM-TREE)来存储系统状态。我们使用基于公共以太坊跟踪(包括智能合约)的工作负载来评估RAINBLOCK,并显示RAINBLOCK在地理分布的环境中每秒处理2万笔交易,其中四个区域分布在三大洲。
2020-10-15 cs.DC
DRDST: Low-latency DAG Consensus through Robust Dynamic Sharding and Tree-broadcasting for IoV
针对车联网高动态环境下跨分片交易与低延迟共识难题,本文提出 DRDST,通过 GSA 鲁棒动态分片、树状广播优化和改进 hashgraph 的 DAG 共识提升性能。
2024-12-06 cs.DC cs.NI
XOX Fabric: A hybrid approach to blockchain transaction execution
性能和可扩展性是区块链的主要关注点:无权限系统通常受到X共识算法的缓慢证明和网络每个节点上的顺序后序交易执行的限制。通过在参与者中引入少量的信任,Hyperledger Fabric等许可区块链系统可以受益于更高效的共识算法,并在网络节点的子集上使用并行预排序执行。特别是Fabric,已经被证明每秒可以处理数万个事务。但是,这种性能仅适用于无争用事务工作负载。如果许多事务都在争夺世界状态中的一小部分热键,那么有效吞吐量就会急剧下降。因此,我们建议XOX:一种新颖的双管齐下的事务执行方法,既可以最大限度地减少Fabric区块链中的无效事务,又可以最大限度地提高并发执行。我们的方法还可以防止客户端重新提交冲突的交易无意中拒绝服务攻击。即使在完全有争议的工作负载下,XOX每秒也可以处理超过3000个事务,所有这些事务都将被常规Fabric丢弃。
2020-03-09 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
Reinshard: An optimally sharded dual-blockchain for concurrency resolution
分散控制、低复杂性、灵活和高效的通信是旨在超越当前状态扩展区块链的架构的要求。这些属性可以通过减少账本大小和在区块链中提供并行操作来实现。分片是降低节点负担和提高性能的方法之一。然而,目前的解决方案缺乏在跨分片通信期间解决并发的功能。由于多个参与者属于不同的分片,处理并发操作对于优化分片至关重要。由于缺乏架构支持,这个问题变得突出,需要对跨分片通信达成额外的共识。受混合工作量证明/权益证明(PoW/PoS)的启发,如以太坊,混合共识和2跳区块链,我们提出了Reinshard,一种新的区块链,继承了混合共识的属性,以实现最佳分片。Reinshard使用PoW和PoS链对与PoS子链用于所有有效的链对,其中通过可验证延迟函数(VDF)实现混合共识。我们的架构提供了一个安全的方法来安排节点的碎片,并解决并发冲突使用VDF的延迟因素。Reinshard的适用性证明通过安全性和实验评估。一个实际的并发问题被认为是显示Reinshard在提供最佳分片的功效。
2021-09-15 cs.CR cs.DC cs.NI
Smart Red Belly Blockchain: Enhanced Transaction Management for Decentralized Applications
本文针对去中心化应用区块链的交易管理瓶颈,提出交易验证缩减与逐子块存储优化,并基于 SRBB VM 构建 Smart Red Belly Blockchain,在跨五大洲200节点实验中最高达4000 TPS。
2025-01-04 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
A position paper on GDPR compliance in sharded blockchains: rehash of old ideas or new interesting challenges?
分片已经成为解决区块链系统可扩展性问题的常用技术之一。为此,在文献中已经提出了用于区块链系统的各种分片技术。当分片区块链处理个人数据时,与分片区块链相关的数据控制者和数据处理者需要遵守通用数据保护条例(GDPR)。为此,本文首次尝试解决以下关键问题:由诸如分布式计算团体,分布式系统团体,数据库团体,身份和访问控制社区以及可靠性社区可以由数据控制者和数据处理者用于遵守GDPR对数据主体权利的要求,分片区块链?作为回答这个问题的一部分,本文认为有必要进行跨学科研究,以找到在分片区块链中实现数据主体权利的最佳解决方案。
2020-11-02 cs.CR 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
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
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