GHAST: Breaking Confirmation Delay Barrier in Nakamoto Consensus via Adaptive Weighted Blocks
从中本聪的比特币系统开始，区块链技术已经证明了在互联网规模的分散各方之间建立安全共识的巨大能力，即，而不依赖于任何集中的可信方。如今，区块链系统在各个领域都得到了应用。但是，性能越来越成为一个瓶颈，特别是当不允许的参与是完全分散保留。在这项工作中，我们提出了一个新的共识协议名为GHAST（贪婪最重自适应子树），它组织块在树图结构（即，具有嵌入的树的有向非循环图（DAG）），其允许快速且并发的块生成。GHAST协议同时实现了算法上有界的活性保证和低确认延迟。更具体地，对于最大延迟$d$和远离50%的对抗计算能力，GHAST保证在$O(d\cdot \log(1/\varepsilon))$的时间段之后以置信度$\ge 1-\varepsilon$进行确认。当没有可观察到的攻击时，GHAST只需要$3d$时间就可以在与比特币中的六块确认相同的置信水平下实现确认，而比特币中的$360d$大约需要$360d$。
2020-06-01 cs.CR cs.DC
Prism Removes Consensus Bottleneck for Smart Contracts
现有的无许可智能合约平台（如以太坊）的性能受到共识层的限制。Prism是一种新的工作量证明共识协议，可证明在物理限制下实现吞吐量和延迟，同时保留最长链协议的强有力保证。本文报告了在Prism上实现两个智能合约虚拟机EVM和MoveVM的实验结果，并证明共识瓶颈已经消除。代码可以在https://github.com/wgr523/prism-smart-contracts上找到。
2020-06-13 cs.DC
Direct Acyclic Graph based Ledger for Internet of Things: Performance and Security Analysis
基于有向无环图（DAG）的账本和相应的共识算法已被确定为物联网（IoT）的有前途的技术。与区块链中已经广泛使用的工作量证明（PoW）和权益证明（PoS）相比，设计在DAG结构上的共识机制（简称DAG共识）可以克服资源消耗高、交易费用高、交易吞吐量低、确认延迟长等缺点。然而，对DAG共识的理论分析是一个有待探索的领域。为此，基于最典型的DAG共识之一Tangle，我们研究了网络负载对基于DAG的账本的性能和安全性的影响。考虑到网络负载的不稳定性，我们首先提出了一个马尔可夫链模型来捕捉动态负载条件下的DAG共识过程的行为。关键绩效指标，即，基于所提出的模型，分析了累积权重和确认延迟。然后，我们利用一个随机模型来分析一个成功的双重支出攻击在不同的网络负载制度的概率。结果可以提供对DAG共识过程的深入理解，例如，网络负载如何影响确认延迟和成功攻击的概率。同时，我们还展示了安全级别和确认延迟之间的权衡，这可以为基于达格的分类账的实际部署提供指导。
2020-05-17 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
Robustness of the Tangle 2.0 Consensus
在本文中，我们研究了在拜占庭环境中的缠结2.0共识协议的性能。我们使用一个基于代理的仿真模型，结合了缠结2.0共识协议的主要功能。我们的实验结果表明，缠结2.0协议是强大的诱饵和开关攻击的对手的33%的投票权的理论上限。我们进一步表明，Tangle 2.0中的通用硬币机制对于强大对手的鲁棒性是必要的。实验结果表明，该协议在典型场景下的确认时间可以达到1s左右，且非冲突事务的确认时间不受冲突的影响.
2022-08-24 cs.DC
Blockchain BFT Protocol for Complete Asynchronous Networks
以太坊研究团队为以太坊2.0提出了一系列Casper区块链共识协议。在文献中已经表明，用于以太坊2.0的信标网络的Casper Friendly Finality Gadget（Casper FFG）无法在部分同步网络（如互联网环境）中实现活性属性。Casper区块链共识协议（CBC Casper）的“构造正确”系列已被提议作为以太坊2.0区块链未来版本的最终小工具。遗憾的是，CBC Casper既没有构造性的终结性规则，也没有令人满意的活性性质，并且通常认为CBC Casper不能在异步网络中实现活性性质。本文提出了第一个概率CBC Casper协议，该协议在完全异步网络中实现了对（n-1）/3拜占庭参与者的活性性质。
2020-12-09 cs.CR cs.DC
The latest gossip on BFT consensus
本文介绍了Tendermint，一个新的协议，用于在分布式网络中的对抗条件下排序事件。这个问题通常被称为拜占庭容错（Byzantine Fault Tolerant，BFT）共识或原子广播，近年来由于基于区块链的数字货币（如比特币和以太坊）的广泛成功而引起了人们的极大关注，这些数字货币在没有中央权威的公共环境中成功地解决了这个问题。Tendermint对该主题的经典学术工作进行了现代化，并通过依赖节点之间的对等八卦协议简化了BFT算法的设计。
2019-11-22 cs.DC
3-Slot-Finality Protocol for Ethereum
针对以太坊现有Gasper协议最终确认延迟长、易遭MEV攻击等问题，提出结合部分同步最终确认组件与动态可用共识协议的方案，实现3时隙最终确认，提升网络安全性与交易效率。
2024-11-01 cs.DC
Goldfish: No More Attacks on Ethereum?!
提出Goldfish协议，作为LMD GHOST的替代品，通过新颖协调机制抵御攻击，确保重组韧性和快速确认，结构相似且实验证明实用。
2023-12-30 cs.CR cs.DC
Wonderboom -- Efficient, and Censorship-Resilient Signature Aggregation for Million Scale Consensus
TU Wien（维也纳工业大学）；Common Prefix；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学与技术研究院）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Aarhus University（奥胡斯大学）
本文提出Wonderboom协议，首次实现百万级验证者高效签名聚合，速度提升32倍，同时提供比现有协议更高的安全保障，并通过模拟工具验证其在最坏情况下的性能。
2026-05-17 cs.CR cs.DC
Slipstream: Ebb-and-Flow Consensus on a DAG with Fast Confirmation for UTXO Transactions
Slipstream是一种基于DAG的BFT共识协议，提供乐观和最终两种排序，支持快速UTXO交易确认，并在同步下三轮确认交易，创新解决双花问题。
2025-04-22 cs.DC cs.DS
Consensus Power Inequality: A Comparative Study of Blockchain Networks
该研究基于2022-2024年数据，用基尼系数等指标对比五大区块链的共识权力不平等情况，发现不同网络差异显著，还分析了驱动因素并建立评估框架，为公平网络设计提供参考。
2025-06-17 cs.CR cs.DC
Leader Confirmation Replication for Millisecond Consensus in Private Chains
基于私有链的物联网（IoT）系统确保了跨组织数据共享的安全性。作为私有链中广泛使用的共识模型，基于领导者的状态机复制（SMR）模型在物联网区块链应用中遇到了性能瓶颈，其中大规模生成非事务性传感器数据。我们分析了物联网私有链系统，发现由于高延迟和客户端请求频率，领导者保持了太多的连接，这导致共识性能和效率较低。为了应对这一挑战，我们提出了一种新的解决方案，以保持低的请求延迟和高的每秒事务（TPS）：复制非事务性数据的追随者和确认的领导者，以实现非冲突SMR，而不是所有的领导者。我们的解决方案，命名为领导者确认复制（LCR），使用新提出的未来日志和确认信号，以实现非事务性数据复制的追随者，从而减少领导者的网络流量和请求延迟的事务性数据。此外，设计了生成复制策略，以保证LCR在满足成员变化时的可靠性和一致性。我们评估了LCR与不同的集群大小和网络延迟。实验结果表明，在ms网络延迟（2-30）的环境下，LCR的TPS比Raft高1.4 - 1.9倍，事务数据响应时间减少40%-60%，网络流量减少20%-30%，而从站的网络流量和CPU开销可以接受。此外，LCR显示了高可移植性和可用性，因为它不改变领导人的数量或选举过程。
2021-09-17 cs.DC cs.NI
Analyzing Reward Dynamics and Decentralization in Ethereum 2.0: An Advanced Data Engineering Workflow and Comprehensive Datasets for Proof-of-Stake Incentives
本研究从以太坊Beacon链收集共识奖励数据，运用Shannon熵、Gini指数等多种不平等指数分析奖励分布与去中心化程度，并公开数据集与代码以促进区块链系统评估与改进研究。
2024-02-17 cs.CR cs.CY cs.DB
An overview of the efficiency and censorship-resistance guarantees of widely-used consensus protocols
本文综述了现有共识与无共识协议在抗审查性和效率方面的表现，并提出一种基于领导者协议构建兼具抗审查与高效特性的新方法。
2025-08-18 cs.DC
Solida: A Blockchain Protocol Based on Reconfigurable Byzantine Consensus
去中心化的加密货币比特币取得了巨大的成功，但也遇到了许多挑战。挑战之一是确认时间过长。另一个挑战是在协议的某些步骤缺乏激励，引起了对交易扣留，自私挖掘等的担忧。为了解决这些挑战，我们提出了Solida，一种基于可重构拜占庭共识的去中心化区块链协议，通过工作量证明增强。Solida在确认时间方面改进了比特币，并提供了安全性和活性，假设对手控制的总采矿能力不到（大约）三分之一。
2017-11-18 cs.CR cs.DC cs.GT
Interactive Visualization of Proof-of-Work Consensus Protocol on Raspberry Pi
University of Zurich（苏黎世大学）；Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）
在Raspberry Pi上实现一个可交互可视化证明工作量共识协议的区块链网络原型，用于教育和展示区块链基础概念。
2025-11-25 cs.DC
When is Spring coming? A Security Analysis of Avalanche Consensus
Avalanche是一种区块链共识协议，具有极低的延迟和高吞吐量。这迅速建立了相应的令牌作为顶级加密货币。Avalanche通过用随机抽样机制代替工作量证明来实现这些非凡的指标。该协议也不同于比特币，以太坊和许多其他协议，因为它形成了一个有向无环图（DAG）而不是链。它并不对所有事务进行完全排序，而是在它们之间建立偏序，并接受DAG中满足特定属性的事务。这种并行性被广泛认为是一种提高共识效率的技术。尽管它的成功，雪崩共识缺乏一个完整的抽象规范和匹配的正式分析。为了解决这个缺点，这项工作首先提供了一个详细的制定雪崩通过伪代码。这包括原始白皮书中省略的功能或文档中仅模糊解释的功能。其次，本文给出了一个通用的广播协议，只命令相关的事务的意义上的雪崩履行的形式属性的分析。最后但并非最不重要的是，分析揭示了一个影响协议活性的漏洞。还提出了解决该问题的可能的解决方案。
2022-10-07 cs.DC
Orthrus: Accelerating Multi-BFT Consensus through Concurrent Partial Ordering of Transactions (Extended Version)
本文提出Multi-BFT协议Orthrus，通过部分排序加速交易确认并为需要严格排序的交易保留全局排序，结合交易划分与托管机制确保一致性与高并发，在广域网实验中延迟最高降低87%。
2025-03-02 cs.DC cs.PF
Microchain: A Hybrid Consensus Mechanism for Lightweight Distributed Ledger for IoT
最近有报道称，物联网应用的区块链和智能合约支持的安全机制适用于城市、金融和网络服务。然而，由于现有区块链（如比特币和以太坊）中的功耗密集型和低吞吐量共识机制，将区块链技术集成到资源受限的物联网平台中仍然存在挑战。在本文中，微链，基于一个混合的信用证明（Proof-of-Credit，Voting-based Chain Finality，VCF）共识协议，被提出来为物联网系统提供一个安全的，可扩展的，轻量级的分布式账本。通过使用抗偏置随机协议和加密排序算法，随机选择节点子集作为最终委员会来执行共识协议。混合共识机制依赖于一种纯粹的权益证明（PoS）协议来确定参与者是否有资格在给定信用分配的公平初始分配的情况下提出区块。基于投票的链终结性协议负责通过解决冲突的检查点并选择唯一的链来完成块的历史。一个概念验证原型的实现和测试的物理网络环境。实验结果验证了Micorchain能够为物联网应用提供部分分散，可扩展和轻量级的分布式账本协议。
2019-09-24 cs.DC
Ethereum's Proposer-Builder Separation: Promises and Realities
本文研究以太坊提议者-构建者分离（PBS）方案的实际效果，发现其导致构建者和中继高度集中化，虽能提升验证者区块收益但反而加剧审查，且中继承诺兑现不可靠。
2023-09-24 cs.DC
The Attack of the Clones Against Proof-of-Authority
在本文中，我们探讨了最近提出的基于权威证明的区块链共识的漏洞和对策。工作量证明区块链，如比特币和以太坊，在理论和经验上都很容易受到双重支出攻击。这就是拜占庭容错共识算法在区块链环境中流行的原因，因为它们能够容忍n个参与者中有限数量的攻击者。我们通过描述以太坊的两个主流实现中存在的Aura和Clique协议，形式化了最近提出的具有拜占庭容错性的权威证明共识算法。然后，我们介绍了克隆攻击，并展示了如何将其应用于这些协议中的一个恶意节点的双重花费。我们的研究结果表明，克隆攻击Aura总是成功的，而同样的攻击Clique的速度大约是两倍，并且在大多数情况下都能成功。
2019-09-25 cs.CR cs.DC cs.NI
The PoW Landscape in the Aftermath of The Merge
本文分析 Ethereum The Merge 后主要 PoW 网络的算力迁移，发现峰值至少吸纳原 Ethereum 41%算力、5个月后仍留存12%，表明转向 PoS 并未立即消除挖矿能耗。
2023-10-02 cs.CE cs.DC
Blizzard: a Distributed Consensus Protocol for Mobile Devices
我们介绍了Blizzard，一种拜占庭容错（BFT）分布式账本协议，旨在使移动设备成为共识过程中的一等公民。Blizzard引入了一种新颖的双层架构，让移动节点通过在线代理进行通信，并包括一个分散的匹配方案，以确保每个节点连接到一定数量的随机代理。通过数学分析，我们得到了一个保证安全的区域（即恶意节点和恶意代理的安全性得到保证的比率的集合）的暴雪协议。也显示出了活力。我们从吞吐量、延迟和消息复杂度三个方面分析了暴雪的性能。通过基于软件实现的实验，我们证明了暴雪能够在每个分片每秒数千个事务的数量级上实现吞吐量，以及亚秒级的确认延迟。
2022-01-06 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
Byzantine Consensus in the Common Case
模块化的方法来转换拜占庭共识协议到那些是快速和通信效率在常见的情况下。称为层的小而短的协议段是定制设计的，以在常见情况下优化性能。当与选择的拜占庭共识协议组成时，它们允许对组合协议在存在故障时的行为和在不存在故障时的性能进行相当大的控制。当在普通情况下运行无故障时，产生的协议在两轮中决定，并需要$2nt$位的通信。对于常见的情况下，假设所有的处理器建议1和没有发生故障，我们展示了一个转换，其中的决定是在一个回合，没有位的通信交换。由此产生的协议实现了更好的常见情况下的复杂性比所有现有的拜占庭共识协议。最后，在不发生常见情况的极少数情况下，对原始共识协议进行转换的复杂性增加了一小部分成本。在通常情况下允许时间和通信效率的这些层的关键成分是使用{ \it静默确认回合}，其是在没有任何通信的情况下可以获得相当多的相关信息的回合。
2019-05-15 cs.DC
A Secure Consensus Protocol for Sidechains
侧链技术被认为是一种有前途的解决方案，可以在可扩展性和互操作性方面加速当今的公共区块链。通过依靠主链的安全性，不同的侧链可以制定自己的规则来达成共识。虽然文献已经考虑了在侧链中使用共识协议的可能性，但到目前为止，还没有尝试为侧链定制具有高性能和形式安全性证明的共识协议。为了填补这一空白，我们介绍了Cumulus，一个低开销，高效，安全可证明的侧链协议。Cumulus利用智能合约来确保每轮只有一个在侧链中提出的区块会在主链上执行，从而以有效的方式达成共识。给出了Cumulus的形式化规范，保证了Cumulus的安全性和活跃性，而无需客户端的任何在线要求。在安全性分析方面，给出了通用可组合安全模型下的形式化安全定义和证明。作为概念证明，我们实现了Cumulus并在以太坊测试网中对其进行了评估。
2019-11-16 cs.CR cs.DC
New kids on the block: an analysis of modern blockchains
在比特币成为第一个广泛使用的加密货币五年后，区块链受到了行业和研究界的极大兴趣。现代区块链提供名称注册和智能合约等服务。有些采用新的共识形式，例如权益证明而不是工作量证明。然而，到目前为止，这些区块链的研究相对较少，尽管它们转移了大量资产。在本文中，我们探讨了三种具有代表性的现代区块链--以太坊、Namecoin和Peercoin。我们的重点是将它们与比特币的纯货币用例区分开来的功能。我们从交易和使用模式的角度调查了区块链的活动，发现了这个过程中的一些奇怪之处。对于以太坊，我们最感兴趣的是它提供的智能合约功能。我们还对智能合约设计疏忽所带来的问题进行了简要分析。在Namecoin的情况下，我们的重点是如何使用名称注册，并随着时间的推移而发展。对于Peercoin，我们对权益证明的使用很感兴趣，因为这种共识算法的理解很少，但却被用来转移相当大的价值。最后，我们将上述内容与底层对等网络的基本特征联系起来。我们为以太坊提供了一个爬虫，并给出了网络大小的统计数据。对于Peercoin和Namecoin，我们发现网络的规模相对较小，自举过程较弱。
2016-06-21 cs.CR cs.DC
Gosig: Scalable Byzantine Consensus on Adversarial Wide Area Network for Blockchains
现有的拜占庭容错（BFT）协议在联盟区块链场景中面临重大挑战。一方面，我们可以对底层互联网的可靠性和安全性做一些假设。另一方面，联盟区块链上的应用需要一个像比特币一样可扩展的系统，但提供更高的性能以及可证明的安全性。我们提出了一个新的BFT协议，Gosig，它结合了基于密码的秘密领导人选择和多轮投票的协议层与实现层的优化，如基于流言的消息传播。特别是，Gosig即使在完全由对手控制的网络中也能保证安全性，同时通过易于实现的网络连通性假设提供可证明的活性。在一个由分布在五大洲14个城市的140台Amazon EC2服务器组成的广域测试平台上，我们发现Gosig每秒可以完成4,000多笔交易，交易确认时间不到1分钟。
2018-02-05 cs.DC
SoK: Speedy Secure Finality
Indian Institute of Technology, Roorkee（印度技术学院鲁尔凯分校）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
本文调研了快速最终性协议的设计现状，介绍了核心理论原语，并分析了3槽最终性协议在平衡快速最终性与工程约束方面的贡献。
2026-01-13 cs.CR cs.DC
Scalable and Probabilistic Leaderless BFT Consensus through Metastability
本文介绍了一个家庭的领导拜占庭容错协议，建立在一个亚稳态机制，通过网络子采样。这些协议提供了一个强大的概率安全保证拜占庭对手的存在，而他们的并发和无领导的性质，使他们能够实现高吞吐量和可扩展性。与依赖于工作量证明的区块链不同，它们是静态和绿色的。与传统的共识协议不同，在传统的共识协议中，一个或多个节点通常处理每个决策的总节点数中的线性比特，没有节点处理超过对数比特。它不需要所有参与者的准确知识，并揭示了新的可能的权衡和安全性和活性的改进，以建立共识协议。本文介绍了雪协议族，分析了它的保证，并描述了如何使用它来构建一个互联网规模的电子支付系统，称为雪崩，这是在一个大规模的部署评估的核心。实验表明，该系统可以实现高吞吐量（3400 tps），提供低确认延迟（1.35秒），并与提供类似功能的现有系统相比具有良好的扩展性。对于我们的实现和设置，系统的瓶颈是在交易验证。
2020-08-24 cs.DC
Efficient Data Availability Sampling via Coded Distributed Arrays
University of Massachusetts Boston（马萨诸塞大学波士顿分校）
针对区块链数据可用性瓶颈，提出基于编码分布式数组的CDA方案，利用网络编码提升鲁棒性和效率，相比以太坊最新DAS方案RDA性能提升数倍。
2026-06-16 cs.DC
ExClique: An Express Consensus Algorithm for High-Speed Transaction Process in Blockchains
针对 Clique 共识因全区块通信延迟和轮外区块导致交易速度受限的问题，提出 ExClique 算法，通过压缩广播区块和禁止轮外区块，在 21 和 101 节点网络中分别提升 TPS 2.25 倍和 7.01 倍。
2025-01-25 cs.DC
Tolerating Disasters with Hierarchical Consensus
本文提出分层共识构造方法，结合集群确认与子组轮换，在全局共识组全为拜占庭节点时仍能安全运行，并将 HotStuff 与 Damysus 组合为分层地理复制区块链 ORION 1，吞吐量比 GeoBFT 高 20%。
2025-04-30 cs.DC
Automated Selfish Mining Analysis for DAG-Based PoW Consensus Protocols
针对DAG结构工作量证明协议中自私挖矿分析需手动构建MDP的问题，提出模块化通用攻击模型，自动推导并求解MDP，覆盖以太坊PoW、GhostDAG等协议。
2025-06-21 cs.CR cs.DC
Proof of Luck: an Efficient Blockchain Consensus Protocol
在本文中，我们提出了多个区块链共识原语和一个新的区块链系统的设计，所有这些都基于使用可信执行环境（TEE），例如支持Intel SGX的CPU。首先，我们展示了如何使用TEE为现有的工作量证明方案可以通过防止使用ASIC来公平地分配挖掘。接下来，我们使用时间证明和所有权证明共识原语扩展设计，以提高挖掘的能源和时间效率。进一步改进这些设计，我们提出了一个使用运气证明共识协议的区块链。我们的运气证明区块链使用TEE平台的随机数生成来选择共识领导者，它提供低延迟的交易验证，确定性的确认时间，可忽略的能耗和公平分布的挖掘。最后，我们讨论了一个潜在的保护高达一个恒定数量的妥协的TEE。
2017-03-16 cs.CR cs.DC
Bitcoin's Latency--Security Analysis Made Simple
简单的封闭形式的上界和下界的安全性的Nakamoto共识的确认深度，诚实和对抗块挖掘率的函数，和上界的块传播延迟。边界是指数的确认深度和适用于无论对手的攻击策略。对于比特币的参数来说，上限和下限之间的差距很小。例如，假设平均区块间隔为10分钟，网络延迟为10秒，对抗性挖矿能力为10%，广泛使用的6区块确认规则产生的安全违规概率为0.11%至0.35%。
2022-08-27 cs.CR cs.DC
Gatling: Rapid-Fire Consensus from Parallel Composition
a16z Crypto Research（a16z 加密研究）
提出Gatling协议，通过并行运行多个原子广播实例并交错提案调度，将提案间隔降至低于网络延迟，从而提升区块链共识性能。
2026-06-17 cs.CR cs.DC
Ira: Efficient Transaction Replay for Distributed Systems
Visa Research（Visa 研究院）
Ira通过在事务批次中传输紧凑的提示来加速备份回放，利用主节点已执行事务的知识优化回放效率，提升了Ethereum区块执行的缓存管理。
2026-08-05 cs.DB cs.DC
On the Limits of Consensus under Dynamic Availability and Reconfiguration
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；a16z Crypto Research（a16z 加密研究）
本文研究动态可用性与重配置（DAR模型）下的共识极限，推导纯DAR模型中实现共识的必要且充分对抗条件，并引入经权益证明区块链验证的额外特征以简化高效的启动组件。
2026-08-13 cs.CR cs.DC
Evolutionary Game for Consensus Provision in Permissionless Blockchain Networks with Shard
随着去中心化共识协议的发展，无需许可的区块链被认为是通用交易驱动的自治系统的一个有前途的推动者。然而，大多数流行的区块链网络都是建立在被称为工作量证明的密码谜题框架下的共识协议上的。这样的协议面临着交易处理瓶颈的固有问题，因为网络以非常高的延迟为代价实现了交易确认的分散共识。在本文中，我们研究了在具有分片共识的多个吞吐量可扩展区块链系统中的共识形成问题。具体而言，分片共识的协议设计不仅能够并行化处理器子组的事务验证过程，而且还引入了用于加速共识过程的拜占庭共识协议。通过允许不同的区块链征收不同水平的处理费用并具有不同的交易生成率，我们的目标是模拟现实世界中基于区块链的多服务提供生态系统。我们专注于在大量共识处理器的条件下区块链选择的动力学。因此，我们将各个处理器对区块链选择的演变建模为进化博弈。理论和数值分析提供有关的进化平衡和稳定性的处理器的策略在一般情况下。
2018-11-16 cs.CR cs.DC cs.GT
Odontoceti: Ultra-Fast DAG Consensus with Two Round Commitment
本研究提出Odontoceti超快速DAG共识协议，以20%容错率的安全权衡实现两轮通信确认，在真实网络下达300ms中位延迟与1万TPS，较现有生产协议延迟降20-25%，验证了低容错共识协议的区块链实用价值。
2025-10-28 cs.CR cs.DC
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
Pod: An Optimal-Latency, Censorship-Free, and Accountable Generalized Consensus Layer
Common Prefix（共同前缀）；IT University of Copenhagen (ITU)（哥本哈根信息技术大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
Pod是一种低延迟、无审查且可问责的共识机制，通过消除副本间通信和本地日志处理实现物理最优延迟，适用于交易确认和安全问责等场景。
2026-01-02 cs.CR cs.DC
Security Limits of Mining Before Validation in Nakamoto Consensus
Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学）；University of Warwick（华威大学）
本文研究Nakamoto共识中验证前挖矿的安全极限，提出攻击并给出诚实链稳定增长的对手算力阈值，证明验证延迟是限制安全性的关键因素。
2026-09-25 cs.CR cs.DC
The Availability-Accountability Dilemma and its Resolution via Accountability Gadgets
对于拜占庭容错（BFT）共识协议的参与者是经济代理人的应用程序，最近的工作强调了问责制的重要性：识别可证明违反协议的参与者的能力。与此同时，能够在动态参与水平下达成共识，对于抵制审查是可取的。我们确定了一个可用性问责困境：在一个动态参与的环境中，没有协议可以同时负责安全和生活。我们通过构建一个可证明安全的最佳弹性问责制小工具来检查最长链协议，从而解决了这个困境，这样完整的分类账在动态参与下是活的，并且检查点前缀分类账是负责的。我们的问责制小工具的建设是黑盒，可以使用任何BFT协议，这是静态参与下负责。使用HotStuff作为黑盒，我们将我们的构造实现为以太坊2.0信标链的协议，我们对4000多个节点的互联网规模实验表明，该协议实现了所需的可扩展性，并且具有比当前解决方案Gasper更好的延迟，最近的攻击表明Gasper不安全。
2022-05-18 cs.CR cs.DC
Generalizing Weighted Trees: A Bridge from Bitcoin to GHOST
尽管今天人们对比特币和以太坊等加密货币有着巨大的兴趣，但对底层共识协议的许多方面却知之甚少。因此，对提高吞吐量或安全性（或两者）的协议的搜索仍在继续。比特币总是选择最长的链（即，工作最多的人）。当两个矿工同时扩展同一个区块时，可能会发生分叉，分叉的频率取决于区块在网络中传播的速度。在以太坊使用的GHOST协议中，分叉中涉及的所有区块都有助于安全性。然而，GHOST的贪婪链选择规则没有考虑块树中可用的全部信息，这导致了对其安全性的一些担忧。本文介绍了一个新的家庭的协议，称为介质，它考虑到整个块树的结构，根据其深度不同的加权块。比特币和GHOST是特例。该协议为比特币和GHOST的安全性带来了新的见解，并为开发网络和应用程序特定的协议铺平了道路，在这些协议中，分叉对链选择过程的影响可以控制。它表明，几乎所有的协议在这个家庭中实现严格更大的吞吐量比比特币（在相同的安全级别），并抵御攻击，可以安装对GHOST。
2021-08-30 cs.CR cs.DC
Correctness and Fairness of Tendermint-core Blockchains
Tendermint-core区块链（例如Cosmos）被认为是当今高能耗工作量证明区块链（如比特币和以太坊）的最可行的替代品之一。它们的特殊性在于，它们旨在在开放系统中提供强一致性（无分叉），该系统结合了两种成分：（i）一组验证器，通过实用拜占庭容错（PBFT）共识协议的变体生成块;（ii）选择策略，通过权益证明机制动态选择节点作为下一个块的验证器。然而，Tendermint底层算法正确的系统模型的确切假设和Tendermint验证的确切属性从未被正式分析过。本文的贡献是双重的。首先，在形式化Tendermint算法的同时，我们精确地描述了系统模型和Tendermint解决的确切问题。我们证明了在最终的同步系统中，Tendermint的修改版本解决了（i）在额外的假设下，一个单一块的验证的一次共识的变体和（ii）多个块的重复共识问题的变体。即使验证器集被拜占庭失败击中，这些结果仍然有效，前提是对于每个一次性共识实例，少于三分之一的验证器是拜占庭的。我们的第二个贡献涉及奖励机制的公平性。众所周知，在无需许可的区块链系统中，主要威胁是公地悲剧，如果奖励机制不充分，可能会导致系统崩溃。奖励机制至少必须公平，即按参与者的成绩按比例分配奖励。我们首次在区块链系统中证明，在基于重复共识的区块链中，当且仅当系统（最终）同步时，存在（最终）公平的奖励机制。我们还表明，原来的Tendermint奖…
2018-12-13 cs.DC cs.NI
Wireless Streamlet: A Spectrum-Aware and Cognitive Consensus Protocol for Edge IoT
College of Electronics and Information Engineering, Shenzhen University（深圳大学电子与信息工程学院）；School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学电子与光学工程学院）
Wireless Streamlet通过频谱感知和认知共识协议提升边缘物联网的通信效率和存储效率。
2026-02-07 cs.DC cs.IT math.IT
