Exact Byzantine Consensus Under Local-Broadcast Model
本文考虑了在本地广播通信模型下同步系统中实现精确拜占庭共识的问题。节点之间通过消息传递进行通信。通信网络被建模为无向图，每个顶点代表系统中的一个节点。在本地广播通信模型下，当任何节点发送消息时，其通信图中的所有邻居都可靠地接收消息。这种通信模型是由无线网络驱动的。在这项工作中，我们提出了必要和充分条件的基础通信图，以实现精确的拜占庭共识下的本地广播通信模型。
2018-11-21 cs.DC
On Byzantine Broadcast in Loosely Connected Networks
我们考虑的问题，可靠地广播信息的多跳异步网络，是拜占庭式的故障。大多数现有的方法为完美可靠的广播提供了条件（所有正确的节点都传递真实的消息，而不是其他），但它们需要高度连接的网络。最近提出了一种只提供概率保证（正确的节点以高概率传递真实消息）的方法，用于松散连接的网络，如网格和环面。然而，所提出的解决方案需要每个节点的特定初始化（包括全局知识），这在自组织网络中可能很难或不可能保证-例如，无线传感器网络，特别是如果它们容易发生拜占庭故障。在本文中，我们提出了一个新的协议提供保证，松散连接的网络，不需要这样的全球知识依赖的初始化。更详细地说，我们给出了一种方法来确定一组节点是否总是在任何执行中传递真实的消息。然后，我们给出了环网中完全可靠广播的条件。最后，我们提供实验评估我们的解决方案，并确定随机分布的拜占庭故障的数量比可以容忍的，对于一个给定的正确的广播概率。
2012-09-05 cs.CR cs.DC
Asynchronous Byzantine Reliable Broadcast With a Message Adversary
本文考虑了异步认证系统中的可靠广播问题，在该系统中，n个进程使用签名消息进行通信，最多t个进程可以任意行为（拜占庭进程）。另外，对于由正确的（即，非拜占庭）进程，消息对手可以阻止多达d个正确进程接收m。(This消息攻击者捕获网络故障，例如短暂断开、无声流失或消息丢失。）考虑到这种“双重”对抗性上下文，并假设n > 3t + 2d，提出了一种可靠的广播算法。有趣的是，当没有消息对手（即，d = 0），则该算法在两个通信步骤中终止（因此，在这种情况下，该算法在拜占庭容限和时间效率方面都是最优的）。然后表明，条件n > 3t + 2d是必要的，以实现可靠的广播在拜占庭进程和消息对手的存在下（无论底层系统是丰富的签名或没有）。
2022-05-20 cs.DC
Multi-hop Byzantine Reliable Broadcast with Honest Dealer Made Practical
我们重新拜占庭宽容可靠广播诚实经销商算法在多跳网络。为了容忍任意分布在网络上的拜占庭故障节点，如果消息未被认证（例如，数字签名不可用），则先前的解决方案需要通过网络发送阶乘数量的消息。我们提出的修改，保留原始未经认证的协议的安全性和活性属性，同时大大降低了他们观察到的消息复杂性时，模拟几类图拓扑结构，可能开放给他们的就业。
2019-09-12 cs.DC
Trading off $t$-Resilience for Efficiency in Asynchronous Byzantine Reliable Broadcast
本文提出了一种简单有效的可靠广播算法，用于由$n$进程组成的异步消息传递系统，其中多达$t<n/5$可以任意行为（拜占庭进程）。该算法需要两个通信步骤和$n^2-1$消息。当比较Bracha的算法，这是弹性最佳（$t<n/3$），需要三个通信步骤和$2n^2-n-1$消息，所提出的算法显示了一个有趣的通信效率和$t$弹性之间的权衡。
2021-09-28 cs.DC
Broadcast Using Certified Propagation Algorithm in Presence of Byzantine Faults
我们探讨了认证传播算法（CPA）[6，1，8，5]在解决具有局部有界拜占庭故障的广播中的正确性。CPA允许节点仅使用关于网络拓扑的本地信息。我们提供了一个严格的必要和充分条件的网络拓扑结构的正确性CPA。据我们所知，这项工作是第一个解决公开问题[8]。我们也给出了这个结果的一些简单的推广
2013-10-23 cs.DC
Byzantine Agreement with Faulty Majority using Bounded Broadcast
Byzantine Agreement是在[Pease，Shostak，Lamport，80]中提出的一种广泛使用的可靠分布式协议。它模拟广播，尽管网络中存在故障方，传统上只使用私有单播链路。在这种情况下，拜占庭协议要求超过2/3的缔约方遵守。[Fitzi，Maurer，00]，为任何服从多数的人构建了一个拜占庭协议，该协议基于一个额外的原语，允许同时向任何两方传输。他们提出了将这些结果推广到更广泛的渠道和更少的合规方的问题。我们证明了2f < kh条件是实现广播与h兼容和f故障方使用k-cast信道的必要和充分条件。
2003-12-25 cs.DC
Tame the Wild with Byzantine Linearizability: Reliable Broadcast, Snapshots, and Asset Transfer
本文形式化了拜占庭线性化这一正确性条件，用于判定并发对象能否抵御拜占庭故障，并基于寄存器系统研究了可靠广播、原子快照和资产转移等对象的拜占庭容错模拟，证明了在 $f<\ rac{n}{2}$ 条件下存在 $f$-容错实现。
2024-06-04 cs.DC
Using Throughput-Centric Byzantine Broadcast to Tolerate Malicious Majority in Blockchains
区块链的容错性通常由它在系统中可以容忍的“对抗能力”的一部分$f$来表征。尽管近年来区块链设计进展迅速，但现有的区块链系统仍然只能容忍低于$0.5$的$f$。实际可用的区块链能容忍恶意的大多数吗？$f$高于$0.5$？本文对这一问题给出了肯定的回答。我们首先注意到，众所周知的不可能性{ \em拜占庭共识}对于$f$高于$0.5$并不延续到区块链。为了容忍$0.5$之上的$f$，我们使用{ \em拜占庭广播}，而不是拜占庭共识，作为区块链的核心。然而，这样做的一个主要障碍是，由此产生的区块链可能具有极低的吞吐量。为了克服这个中心的技术挑战，我们提出了一种新的拜占庭广播协议OverlayBB，它可以容忍$f$以上$0.5$，同时实现良好的吞吐量。以OverlayBB为核心，我们提出了一种名为BCube的新型权益证明区块链的设计、实现和评估。BCube可以容忍恶意的多数，同时实现实际可用的事务吞吐量和确认延迟在我们的实验与$10000$节点和$f = 0.7$。据我们所知，BCube是第一个可以实现这些属性的区块链。
2021-11-16 cs.CR cs.DC
Parameterizable Byzantine Broadcast in Loosely Connected Networks
我们认为在多跳异步网络中的可靠广播信息的问题，尽管存在拜占庭故障：一些节点是恶意的，任意的行为。我们专注于非加密解决方案。大多数现有的方法给出了完美可靠广播的条件（所有正确的节点提供良好的信息），但需要高度连接的网络。最近提出了一种概率方法来处理松散连接的网络：拜占庭故障是随机分布的，正确的节点以高概率传递好的信息。第一种解决方案要求节点最初知道它们在网络上的位置，这在自组织或动态网络中可能是困难的或不可能的。第二种解决方案放宽了这一假设，但拜占庭式的容忍保证要弱得多。在本文中，我们提出了一个参数化的广播协议，不需要节点有任何知识的网络。我们给出了一种确定性技术来计算一组始终提供真实信息的节点，以应对给定的拜占庭故障集。然后，我们使用这种技术来实验评估我们的协议，并表明它显着优于以前的解决方案具有相同的假设。重要免责声明：这些结果尚未在国际会议或期刊上发表。这只是一份技术报告，介绍了中间和不完整的结果。这些结果的一般化版本可能正在提交中。
2013-12-08 cs.DC cs.DS cs.NI
Byzantine Consensus under Local Broadcast Model: Tight Sufficient Condition
在这项工作中，我们考虑拜占庭共识下的本地广播模型的无向通信图。在经典的点对点通信模型中，在$G$的边缘$uv$上的两个节点$u, v$之间交换的消息是私有的。这使得一个有故障的节点可以向不同的邻居发送相互冲突的信息，这种特性称为模糊性。相反，在这里考虑的本地广播通信模型中，由节点$u$发送的消息被其所有邻居相同地接收。这种对广播消息的限制即使对于故障节点也提供了非模糊性。在先前的结果[10，11]中，表明在本地广播模型中，通信图必须是$(\lfloor 3f/2 \rfloor +1)$ -连接的，并且具有至少$2f$的度以实现拜占庭共识。在这项工作中，我们表明，这个网络条件是紧的。
2019-01-15 cs.DC
Byzantine Broadcast in Point-to-Point Networks using Local Linear Coding
拜占庭广播（BB）的目标是允许一组无故障节点在存在拜占庭故障节点的情况下就源节点想要广播给它们的信息达成一致。我们考虑设计有效的算法BB在{ \em同步}点到点网络，在每个通信链路的传输速率是有限的，其“链路容量”。特定BB算法的吞吐量被定义为在不违反链路容量约束的情况下，使用该算法每单位时间可以可靠地广播到所有无故障节点的平均比特数。给定网络中的BB的{ \em capacity}然后被定义为在所有可能的BB算法上给定网络中的所有可实现的BB吞吐量的上确界。我们开发了NAB --一个网络感知的拜占庭广播算法--用于由$n$节点组成的任意点对点网络，其中故障节点的数量至多为$f$，$f<n/3$，并且网络连通性至少为$2f+1$。我们还证明了拜占庭广播的容量上界，并得出结论，NAB可以实现吞吐量至少1/3的容量。当网络满足一个附加条件时，NAB可以达到至少1/2的吞吐量。据我们所知，NAB是第一个可以在任意点对点网络中实现拜占庭广播（BB）容量的恒定比例的算法。
2012-05-02 cs.DC
Reliable Broadcast in Dynamic Networks with Locally Bounded Byzantine Failures
在任何分布式系统或网络中，确保可靠的通信，尽管可能有恶意的参与者，是一个主要目标。在本文中，我们调查的可能性，可靠的广播在一个动态的网络，其拓扑结构可能会演变，而广播正在进行中。特别是，我们适应认证传播算法（CPA），使其工作在动态网络和我们目前的条件（在底层动态图），使安全和活性属性的可靠广播。我们还探讨了评估这些条件的复杂性，为各类动态网络。
2018-11-05 cs.DC
Good-case Early-Stopping Latency of Synchronous Byzantine Reliable Broadcast: The Deterministic Case (Extended Version)
本文考虑拜占庭可靠广播（BRB）的良好情况延迟，即，当最初的发送者是正确的时候，正确的过程传递消息所花费的时间。这个时间在实际分布式系统的性能中起着至关重要的作用。虽然近年来在这个问题上取得了重大进展，但进展主要集中在异步算法或随机算法上。相比之下，在大多数拜占庭故障下的确定性同步BRB的好情况下的延迟很少被研究。特别是，不知道是否可以获得低于t + 1轮的最坏情况界限的良好情况延迟。这项工作回答了这个开放的问题，并提出了一个确定性的同步拜占庭可靠的广播，实现了良好的情况下的延迟max（2，t + 3 -- c）轮，其中t是拜占庭进程的数量上界和有效正确的进程的数量。
2023-03-10 cs.DC
Byzantine Broadcast Under a Selective Broadcast Model for Single-hop Wireless Networks
本文在一个新的模型{\em选择广播模型}下研究了一个老问题{\em Byzantine容错广播}（BB）。新模型介于文献中的两个传统模型之间。特别是，它允许无故障节点利用广播信道的好处（可靠广播模型的一个功能），并允许故障节点同时向不同的邻居发送不匹配的消息（点对点模型的一个功能）。{ \em选择性广播}模型由无线信道上的{ \em定向}传输的可能性激发。我们提供了一个新的模式下的单跳无线网络的结果的集合。首先，我们提出了一个算法{ \em多值} BB是顺序最优的比特复杂度。然后，我们提供了一个算法，旨在实现BB有效的消息复杂度。第三，我们确定了一些下界的比特和消息的BB问题的复杂性在{ \em选择性广播模型}。最后，我们提出了一个猜想的“精确”的比特复杂度的下限BB下的{ \em选择性广播}模型。
2015-01-31 cs.DC
Scalable Byzantine Reliable Broadcast (Extended Version)
拜占庭可靠广播是一个强大的原语，它允许一组进程就来自指定发送方的消息达成一致，即使某些进程（包括发送方）是拜占庭的。现有的广播协议，这种设置规模差，因为他们通常建立在具有强大的交集保证，这导致在线性的每进程通信和计算复杂性的法定系统。我们将拜占庭可靠广播抽象推广到概率设置，允许其每个属性以固定的，任意小的概率被违反。我们利用这些宽松的保证，在协议中，我们取代法定人数与随机样本。与法定人数相比，样本的大小要小得多，这使得设计更具可扩展性。我们获得了第一个拜占庭可靠广播协议的对数每进程通信和计算复杂度。我们对我们的协议进行了完整和彻底的分析，推导出其每个属性被破坏的概率界限。在我们的分析中，我们介绍了一种新的一般技术，我们称之为对手装饰。Adjunct decorators允许我们对拜占庭对手的最优策略做出声明，而无需做出任何额外的假设。我们还介绍了阈值传染，通过系统与拜占庭进程的消息传播模型。据我们所知，这是第一次正式的概率广播协议的拜占庭故障模型的分析。我们数值计算表明，几乎可以忽略不计的故障概率可以实现与现实的安全参数。
2020-02-19 cs.DC
Byzantine Reliable Broadcast with Causal Ordering
University of Bern（伯尔尼大学）
针对拜占庭故障下可靠广播缺乏因果排序的问题，提出基于联合观察的完整定义及高效协议，容忍最优故障数，实现因果排序。
2026-09-16 cs.DC
Improved Extension Protocols for Byzantine Broadcast and Agreement
拜占庭广播（BB）和拜占庭协议（BA）是分布式计算中的两个最基本的问题和重要的组成部分，提高它们的效率是理论工作者和实践工作者共同关心的问题。在本文中，我们研究了BB和BA的扩展协议，解决具有$l$位的长输入的BB/BA的协议，其使用比$l$单个位实例更低的成本。我们提出了新的协议，提高了通信复杂性性，在几乎所有的设置：认证BA/BB与$t<n/2$，认证BB与$t<(1-ε)n$，未经认证的BA/BB与$t<n/3$，和异步可靠广播和BA与$t<n/3$。新协议在几个方面具有优势和意义。首先，与以前的结果相比，它们在更宽的输入大小范围内实现了$Θ(nl)$的最佳通信复杂性。第二，认证扩展协议实现了最佳的通信复杂性给定的当前最好的可用的BB/BA协议的短消息。第三，据我们所知，我们在该环境中的异步和认证协议是该环境中的第一个扩展协议。
2020-10-05 cs.CR cs.DC
Byzantine Agreement, Broadcast and State Machine Replication with Near-optimal Good-case Latency
本文研究了同步认证环境下拜占庭协议、广播和状态机复制的\textit{good-case latency}问题。好情况延迟度量捕获当所有非故障方具有相同输入时（或在BB/SMR中，当发送者/领导者没有故障时）达成协议所需的时间。前面的结果意味着一个下限，表明任何拜占庭协议或广播协议容忍超过$n/3$故障必须有一个良好的情况下至少$Δ$的延迟，其中$Δ$是假设的最大消息延迟边界。我们的第一个结果是我们称之为$1Δ$的一系列协议，它们具有接近最优的良好情况延迟。我们提出了一个协议$1Δ$-BA，解决了拜占庭协议的同步和认证设置与接近最佳的好的情况下的延迟$Δ+2δ$和最佳的弹性$f<n/2$，其中$δ$是实际的（未知的）延迟界。然后，我们扩展我们的协议，并提出了$1Δ$-BB和$1Δ$-SMR拜占庭容错广播和状态机复制，分别在相同的设置和相同的好情况下的延迟$Δ+2δ$和$f<n/2$容错。我们的$1Δ$-SMR上限改善了当前最佳解决方案Sync HotStuff（每个命令获得$2Δ$的良好情况延迟）与$Δ$的良好情况延迟下限之间的差距。最后，我们调查较弱的同步设置的概念，并说明如何通过这些模型的$1Δ$方法。
2020-12-19 cs.CR cs.DC
Oracular Byzantine Reliable Broadcast [Extended Version]
拜占庭可靠广播（Byzantine Reliable Broadcast，BRB）是一种基本的分布式计算原语，其应用范围从通知到异步支付系统。出于实际的考虑，我们研究客户端-服务器拜占庭可靠广播（CSB），BRB的多镜头的变种，其接口之间的广播客户端和提供服务器分裂。我们提出草案，CSB的最佳弹性实现。与大多数BRB实现一样，Draft保证了异步环境中的活动性和安全性。然而，在良好的条件下，Draft实现了无与伦比的效率。在同步的时刻，没有拜占庭式的不当行为，并且在无限多个广播客户端的限制下，草案服务器以$0$签名验证的渐进摊销成本和交换的$\log_2(c) + b$比特来递送$b$比特有效载荷，其中$c$是系统中的客户端的数量。这是传送有效载荷所需的信息理论最小比特数（$b$比特，假设它是压缩的），以及其发送方的标识符（$\log_2(c)$比特，枚举任何$c$元素集所必需的，并且如果广播频率是均匀的或未知的，则是最佳的）。这两项成果具有深刻的现实意义。真实世界的BRB实现经常被昂贵的签名验证或通信开销所困扰。相反，对于Draft来说，网络是极限：服务器可以像从可靠的Oracle接收有效载荷一样快地发送有效载荷。
2022-09-27 cs.DC
Byzantine Causal Reliable Broadcast with Constant Metadata Overhead
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
针对现有拜占庭因果可靠广播协议元数据开销线性增长的问题，本文通过修改Bracha算法，提出首个常数元数据开销（O(1)）且通信复杂度为O(n²)的BCRB算法，容忍f<n/3拜占庭故障。
2026-10-05 cs.DC cs.DS
Exact Byzantine Consensus on Arbitrary Directed Graphs under Local Broadcast Model
我们考虑同步系统中的拜占庭共识，其中节点由建模为有向图的网络连接，即，相邻节点之间的通信链路不一定是双向的。有向图模型的动机是无线网络，其中可能发生不对称的通信链路。在经典的点对点通信模型中，在通信链路上发送的消息在链路上的两个节点之间是私有的。这允许拜占庭故障节点模棱两可，即，向邻居发送不一致的信息。本文考虑了通信的本地广播模型，其中一个节点的传输被其所有传出的邻居相同地接收。这允许这样的邻居检测到故障节点的模棱两可的尝试，有效地剥夺了故障节点向不同邻居发送冲突信息的能力。先前的工作已经获得了充分和必要的条件，无向图能够实现拜占庭共识下的本地广播模型。在本文中，我们得到了紧条件有向图能够实现拜占庭共识与二进制输入下的本地广播模型。在该文件中获得的结果提供了深入了解沟通的方向性和达成共识的能力之间的权衡。
2019-11-13 cs.DC
Frugal Byzantine Computing
处理拜占庭失败的传统技术成本很高：数字签名成本太高，而使用$3f{+}1$副本又不经济（$f$表示拜占庭进程的最大数量）。我们寻求的算法，减少副本的数量$2f{+}1$和最小化的签名的数量。虽然第一个目标可以在信息和记忆模型中实现，但同时实现第二个目标是具有挑战性的。我们首先解决这个挑战的问题，可靠地广播消息。我们考虑这个问题的两个变体，一致广播和可靠广播，通常被认为非常接近。也许令人惊讶的是，我们在所需的签名方面建立了它们之间的分离。特别是，我们表明，一致的广播需要至少1个签名在某些执行，而可靠的广播需要$O(n)$签名在某些执行。我们提出了匹配的上限为两个原语内常数的因素。然后，我们转向共识的问题，并认为这种分离的问题，解决共识与拜占庭式的失败：我们提出了一个实用的共识算法，使用一致的广播作为其主要的通信原语。该算法适用于$n=2f{+}1$，并避免了常见情况下的签名--以前没有同时实现的属性。总的来说，我们的工作方法拜占庭计算在一个节俭的方式和激励使用一致的广播-而不是可靠的广播-作为一个关键的原始达成协议。
2021-08-03 cs.DC
Exact Byzantine Consensus on Undirected Graphs under Local Broadcast Model
本文考虑了二进制输入节点的拜占庭共识问题。这些节点通过一个表示为无向图的网络相互连接，并且假设系统是同步的。在经典的点对点通信模型下，众所周知[7]，以下两个条件是在存在多达$f$个拜占庭故障节点的情况下在$n$节点之间实现拜占庭共识的必要和充分条件：$n \ge 3f+1$和顶点连通性至少为$2f+1$。在经典的点对点通信模型中，有故障的节点有可能含糊其辞，即，向不同的邻居发送冲突的信息。这种模棱两可是可能的，因为一个节点发送给它的一个邻居的消息不会被其他邻居听到。本文考虑了本地广播模型。与点对点通信模型相反，在本地广播模型中，由节点发送的消息被其所有邻居相同地接收。因此，在本地广播模型下，节点发送冲突信息的尝试可以被其邻居检测到。在此模型下，我们证明了以下两个条件是拜占庭共识的充分必要条件：顶点连通度至少为$\lfloor 3f/2 \rfloor + 1$，最小节点度至少为$2f$ .可以看到，与点对点通信模型相比，本地广播模型对连接性和节点数量$n$的要求更低。我们将上述结果扩展到一个混合模型，该模型允许一些拜占庭故障节点模棱两可。该混合模型弥合了点对点和本地广播模型之间的差距，并有助于精确地描述模糊性和网络要求之间的权衡。
2019-05-27 cs.DC
RT-ByzCast: Byzantine-Resilient Real-Time Reliable Broadcast
今天的网络物理系统面临着各种障碍，以实现其预期的目标，即，通信的不确定性和故障，相对于网络和无线设备的集成度的增加，阻碍了同步需要满足实时的【形】最后期限。此外，由于这些系统至关重要，因此也面临着重大的安全威胁。这种威胁组合会增加物理伤害的风险。本文通过研究如何建立第一个实时的【形】拜占庭可靠广播协议（RTBRB）来解决这些问题，该协议能够容忍网络的不确定性、故障和攻击。以前的文献描述了实时的【形】可靠广播协议，或异步（非实时的【形】）拜占庭协议。我们首先证明了使用传统的分布式计算范例来实现RTBRB是不可能的，其中，即使在最强大的故障检测器的帮助下，过程的错误/故障检测机制也与广播算法本身解耦。我们规避这种不可能性，提出RT-ByzCast，一种算法的基础上聚合数字签名在一个滑动的时间窗口，并赋予流程自崩溃的能力，以掩盖和绑定的损失。我们表明，RT-ByzCast（i）操作实时的【形】通过证明正确的进程广播的消息在一个已知的有界延迟内交付，（ii）是可靠的，通过证明正确的进程使用我们的算法崩溃自己的概率可以忽略不计，即使消息丢失率高达60%。
2018-07-03 cs.DC
Limiting Byzantien Influence in Multihop Asynchronous Networks
我们考虑的问题，可靠地广播信息的多跳异步-异步网络是受拜占庭故障。也就是说，网络中的某些节点可能会表现出任意（以及潜在的恶意）行为。现有的解决方案为所有正确节点之间的广播提供了确定性保证，但是要求通信网络是高度连接的（通常，需要2k + 1连接，其中k是网络中拜占庭节点的总数）。在本文中，我们研究的可能性拜占庭容忍可靠广播之间的大多数正确的节点在低连接网络（通常，具有恒定的连接网络）。更详细地说，我们提出了一个新的广播协议，是专门为低连接网络设计的。我们提供了足够的条件，正确的节点使用我们的协议，可靠地进行通信，尽管拜占庭的参与者。我们目前的实验结果表明，我们的方法是特别有效的，在低连通性网络时，拜占庭节点是随机分布的。
2012-01-27 cs.DC cs.DS cs.NI
Let It TEE: Asynchronous Byzantine Atomic Broadcast with $n \geq 2f+1$
本文改编DAG-Rider，利用TEE提供USIG实现异步拜占庭原子广播，在$n\geq 2f+1$下仅增加常数消息大小，并保持简洁性。
2023-11-16 cs.DC
Byzantine Reliable Broadcast with Low Communication and Time Complexity
本文提出一种降低拜占庭可靠广播通信与计算复杂度的新机制，给出两种异步网络算法，将开销因子降至2并实现最优时间复杂度2，并通过优化在正常运行下达到3/2，同时证明3/2是该类算法的下界。
2025-01-03 cs.DC
An efficient validated asynchronous byzantine agreement protocol using committee
本文提出一种基于随机子集委员会的可验证异步拜占庭共识协议，仅让部分参与方广播请求以降低消息和计算开销，并通过理论分析证明其高效性。
2025-01-01 cs.DC
Dynamic Byzantine Reliable Broadcast [Technical Report]
可靠广播是一种通信原语，直观地保证分布式系统中的所有进程都传递相同的消息集。这个原语吸引人的原因是双重的：（i）我们可以在完全异步的环境中确定性地实现它，不像共识和全序广播这样更强大的原语，然而（ii）可靠的广播足够强大，可以实现支付系统等重要应用。本文所解决的问题是动态可靠广播，即，允许进程加入或离开系统。该属性对于长寿命应用程序（旨在高度可用）来说是理想的，但在之前的异步可靠广播协议中已被排除。我们在一般的对抗性（即，拜占庭）环境。我们介绍了第一个规范的动态拜占庭可靠广播（DBRB）原语，是服从异步实现。然后，我们提出了一个算法实现此规范在异步网络。我们的DBRB算法确保如果系统中的任何正确进程广播消息，则每个正确进程都传递该消息，除非它离开系统。此外，如果一个正确的进程传递了一条消息，那么每个没有表达离开系统意愿的正确进程都会传递这条消息。我们假设系统中超过$2/3$的进程在任何时候都是正确的，这在我们的上下文中是严格的。我们还表明，如果系统中只有一个进程可能失败-它只能通过崩溃失败-那么就不可能实现更强的原语，确保如果系统中的任何正确进程广播或传递消息，那么系统中的每个正确进程都传递该消息-包括那些离开的进程。
2020-11-20 cs.DC
Chop Chop: Byzantine Atomic Broadcast to the Network Limit
本文提出拜占庭原子广播系统Chop Chop，通过新型认证内存池和名为蒸馏的批处理技术，在64台服务器上实现每秒4360万条消息吞吐量，比现有方案高两个数量级。
2024-08-28 cs.CR cs.DC
Byzantine Causal Reliable Broadcast (BCRB) with Constant-Size Message Metadata
University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
本文提出拜占庭因果可靠广播协议，解耦因果排序与BRB层，实现常数大小元数据和$\mathcal{O}(n^2)$通信复杂度，并分析概率安全性边界。
2026-09-22 cs.DC cs.DS
Fast Byzantine Total Order Broadcast
HES-SO Valais-Wallis（瓦莱州应用科学大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）
本文提出Flutter，首个拜占庭总顺序广播实现，其广播到交付延迟为2Δ+ε时间单位，在所有进程正确且网络同步的情况下，本地时钟良好同步。与现有协议相比，Flutter的最坏情况延迟是准最优的，且具有确定性、无领导者、无签名特性，具备抗量子能力，假设部分同步和至少5f+1个服务器。
2026-05-20 cs.DC
Optimizing Communication in Byzantine Agreement Protocols with Slim-HBBFT
Slim-HBBFT通过优化通信复杂性，改进原子广播协议的安全性和可靠性。
2025-11-20 cs.DC
Self-stabilizing Byzantine Fault-tolerant Repeated Reliable Broadcast
我们研究了一个著名的通信抽象称为拜占庭可靠广播（BRB）。这种抽象是容错分布式系统的设计和实现的核心，因为许多容错分布式应用程序需要在消息传递上具有可证明保证的通信。我们的研究重点是容错实现的消息传递系统，容易出现进程故障，如崩溃和恶意行为。在PODC 1983年，Bracha和Toueg，简称BT，解决了BRB问题。BT具有最佳的弹性，因为它可以处理t <n/3的拜占庭进程，其中n是进程的数量。目前的工作旨在设计一个更强大的解决方案比BT扩展其故障模型与自稳定，一个有力的概念容错。除了容忍拜占庭和通信故障之外，自稳定系统还可以在任意瞬时故障发生后恢复。这些故障表示违反了系统设计运行所依据的假设（假设算法代码保持完整）。我们建议，据我们所知，第一个自我稳定拜占庭容错（BFT）的解决方案，重复BRB在无签名的消息传递系统（以下BT的问题规范）。我们的贡献包括BT的自稳定变化，解决了异步系统的单实例BRB。我们还考虑了单实例BRB实例的回收问题。我们的无时间系统的自稳定BFT回收促进了预定义数量的BRB调用的并发处理，通过这种方式，可以作为自稳定BFT共识的基础。
2022-10-03 cs.DC
Two More Algorithms for Randomized Signature-Free Asynchronous Binary Byzantine Consensus with $t < n/3$ and $O(n^2)$ Messages and $O(1)$ Round Expected Termination
这项工作描述了两个随机的，异步的，基于轮的，二进制拜占庭容错共识算法的基础上[25]和[26]的算法。像[25]和[26]的算法一样，它们不使用签名，每轮使用$O(n^2)$消息（其中每个消息由轮数和恒定数量的比特组成），容忍高达三分之一的失败，并且在恒定数量的轮中具有预期的终止。第一种，像[26]一样，使用弱共同硬币（即可以在不同过程中以恒定概率返回不同值的硬币）来确保终止。该算法由每轮的$5$到$7$消息广播组成。描述了一种优化，其针对第一轮之后的轮将其减少到每轮的$4$到$5$广播。相比之下，[26]由每轮的$8$到$12$消息广播组成。第二个算法，如[25]，使用一个完美的共同硬币（即在所有非故障进程中返回相同值的硬币）用于终止和正确性。与[25]不同，它不需要公平的调度器来确保终止。此外，该算法由第一轮的$2$到$3$消息广播和随后各轮的$1$到$2$广播组成，而[29]由每轮的$2$到$3$广播组成。
2020-02-20 cs.DC
Amortized Asynchronous Byzantine Reliable Broadcast with Optimal Resilience
National University of Singapore（新加坡国立大学）
提出一种随机异步模型下的拜占庭可靠广播协议，通过平摊技术实现最优弹性和渐近最优通信复杂度，并证明完全异步网络中无法存在基于采样委员会的最优弹性协议。
2026-05-29 cs.DC
Aleph: Efficient Atomic Broadcast in Asynchronous Networks with Byzantine Nodes
近年来比特币和区块链技术的巨大成功提供了足够的证据，证明广泛采用通用加密货币系统不仅是一个遥远的愿景，而且可能在不久的将来成为现实。然而，比特币存在明显的缺点，如过度的电力消耗，不令人满意的交易吞吐量和大的验证时间（延迟），这表明需要一个新的，更有效的系统。我们提出了一个协议，其中一组节点维护和更新的线性排序的交易正在提交的用户。几乎每个加密货币系统的核心都有这样一个协议，正是这个协议的效率决定了系统的整体吞吐量和延迟。我们开发我们的协议的基础上建立的领域的异步拜占庭容错（ABFT）系统。这使我们能够在最严格的模型中正式推理正确性、效率和安全性，从而令人信服地证明我们解决方案的整体鲁棒性。我们的协议改进了Miller等人提出的最先进的HoneyBadgerBFT协议，在匹配最佳通信复杂性的同时降低了渐近延迟。此外，与上述相反，我们的协议不需要可信的经销商，这要归功于一种新的不可信的ABFT随机信标的实现。
2019-08-29 cs.CR cs.DC
Practical Byzantine Reliable Broadcast on Partially Connected Networks (Extended version)
本文针对部分连接网络中的拜占庭可靠广播问题，提出结合分层与跨层优化来改进 Bracha 和 Dolev 协议组合，仿真显示可显著降低信息传输量和延迟。
2024-02-26 cs.DC cs.DS cs.NI
From Hashgraph to a Family of Atomic Broadcast Algorithms
本文的目的是扩展有关Bracha-Toueg异步拜占庭容错共识算法和Baird的哈希图共识的思想。我们提出了一个家庭的原子广播算法，哈希图的共识是密切相关的。我们还做了初步的比较算法速度分析，表明该家族的一些成员严重优于哈希图共识。这些算法也可以很容易地用作权益证明共识的基础。在附录中，我们提供了一个扩展的哈希图八卦协议，有效地处理拜占庭故障信息交换节点之间。
2019-12-12 cs.DC
Near-Optimal Communication Byzantine Reliable Broadcast under a Message Adversary
针对异步系统中存在恶意节点和消息丢弃对手的可靠广播问题，提出MBRB算法，利用纠删码和认证片段降低通信复杂度至近最优，并保证多数正确节点重建消息。
2024-10-14 cs.DC
Who Needs Consensus? A Distributed Monetary System Between Rational Agents via Hearsay
我们提出了一种新的分布式货币系统，称为传闻，容忍拜占庭和理性的行为，而不需要代理达成共识执行的交易。最近的工作[5，10，15]表明，分布式货币系统不需要共识，并且可以使用具有较弱保证的广播原语（例如可靠广播）进行操作。然而，这些协议假设一些代理可能是拜占庭的，其余的代理是完全正确的。在货币体系中，代理人是具有经济利益的真实的人，对于这种货币体系的应用，代理人完全正确的假设可能过于强烈。我们扩大这一思路，削弱假设的正确性，而是采用容错模型，允许多达$t < \frac{N}{3}$代理拜占庭和其余的代理是合理的。一个理性的代理人是一个会偏离协议，如果它是在自己的最佳利益。在这个容错模型下，Hearsay实现了一个货币系统，在这个系统中，所有理性的代理人都能就已执行的交易达成一致。此外，Hearsay只要求每笔交易进行一次广播。为了激励理性的代理人在传闻中正确地行为，代理人因参与协议而获得交易费，并因明显偏离协议而受到惩罚。此外，Hearsay使用了一种名为RationalReliableBroadcast的新颖的广播原语，以确保代理可以在Hearsay的容错模型下广播消息。Rational Reliable Broadcast实现了与Byzantine Reliable Broadcast [7]等同的保证，但可以容忍理性代理的存在。为了表明这一点，我们证明，以下的理性可靠广播协议…
2021-04-15 cs.DC
A Simple and Efficient Asynchronous Randomized Binary Byzantine Consensus Algorithm
本文提出了一种简单有效的异步二进制拜占庭容错共识算法。在该算法中，非故障节点执行初始广播，然后执行一系列轮，每个轮由单个消息广播加上使用阈值签名的全局随机硬币的计算组成。每个消息都附有其有效性的加密证明。多达三分之一的节点可能是错误的，并且预期在恒定数量的轮中终止。描述了一种优化，其允许将轮消息加上硬币消息组合，从而将轮减少到单个消息延迟。在十个数据中心区域的重复数据上运行地理分布实验，显示平均延迟低至400毫秒。
2020-02-09 cs.DC
A Simple and Efficient Binary Byzantine Consensus Algorithm using Cryptography and Partial Synchrony
本文提出了一种简单有效的二进制拜占庭容错共识算法，该算法使用弱轮协调器和部分同步假设来保证算法的活性。在该算法中，非故障节点执行初始广播，然后执行一系列由单个消息广播组成的循环，直到终止。每个消息都附有其有效性的加密证明。在奇数轮中，可以决定二进制值1，在偶数轮中为0。多达三分之一的节点可以是故障的，并且在故障数量的恒定因子的若干轮内确保终止。实验表明，即使在部分初始不一致的情况下，分布在5大洲的300个Amazon EC2实例也可以在不到200毫秒的时间内完成终止。
2020-01-22 cs.DC
Making Evildoers Pay: Resource-Competitive Broadcast in Sensor Networks
考虑由n个正确设备组成的时隙单跳无线传感器网络（WSN），并且t=f*n Byzantine设备，其中f>=0是任何常数;也就是说，Byzantine设备的数量可能超过正确设备。存在希望通过单个信道将消息m递送到正确设备的可信发送者Alice。还有一个恶意用户Carol，他控制了t台拜占庭设备，并使用它们来破坏通信信道。对于常数k>=2，正确设备和拜占庭设备各自拥有O（n^{1/k}）的微薄能量预算，Alice和Carol各自拥有\tilde{O}（n^{1/k}）的有限预算，并且在时隙中发送或监听会产生单位成本。这种通用设置抓住了在资源稀缺和网络攻击的情况下保证通信的固有挑战。考虑到爱丽丝和卡罗尔的这种情况，我们要问：m的交流是否可行？如果可行，代价是什么？我们开发了一种协议，对于任意小的常数ε>0，确保至少（1-ε）n个正确的设备以高概率接收m。此外，如果Carol的设备花费T能量干扰信道，则Alice和正确的设备各自仅花费\tilde{O}（T^{1/（k+1）}）。换句话说，延迟m的传输迫使干扰器快速耗尽其能量供应，从而停止对网络的攻击。
2012-05-15 cs.DC cs.DS
From Bracha to Coded MBRB: Benchmarking Byzantine Reliable Broadcast Implementations
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；IMDEA Software Institute（IMDEA软件研究所）
本文实现并基准测试了 Bracha、AFRT 和 Coded MBRB 三种拜占庭可靠广播算法，通过大规模实验揭示其性能权衡，并提供可扩展的开源测试工件。
2026-09-09 cs.DC
Byzantine Eventual Consistency and the Fundamental Limits of Peer-to-Peer Databases
Sybil攻击，其中大量的对手控制的节点加入网络，是一个问题，许多对等数据库系统，需要昂贵的对策，如工作量证明。然而，有一类数据库应用程序在设计上对Sybil攻击免疫，因为它们可以容忍任意数量的Byzantine故障节点。在本文中，我们使用一个一致性模型，我们称之为拜占庭最终一致性（BEC）这一类的应用程序的特点。我们介绍了一种算法，保证BEC的基础上拜占庭因果广播，证明其正确性，并在原型实现中表现出接近最佳的性能。
2020-12-01 cs.CR cs.DB cs.DC
A Committee Based Optimal Asynchronous Byzantine Agreement Protocol W.P. 1
本文提出基于委员会的多值拜占庭协议（cMVBA），通过以概率1分析异步网络消息模式，在无需额外通信轮次下达成协议，优化了通信与计算效率。
2024-11-07 cs.CR cs.DC
Dynamic Probabilistic Reliable Broadcast
本文针对拜占庭可靠广播协议扩展性差的问题，提出一种基于动态见证者验证的概率可靠广播方案，利用流局部哈希函数动态选择见证者以容忍自适应对手，在保持低延迟和低通信复杂度的同时显著提升了扩展性。
2024-09-30 cs.DC
Reliable Broadcast in Practical Networks: Algorithm and Evaluation
可靠广播是保证在异步和易故障的网络系统中源节点能够可靠地将消息传播到所有非故障节点的重要原语。拜占庭可靠广播协议是由Bracha于1987年首次提出的，并在容错系统和协议中得到了广泛的应用。最近的几个协议已经改进了这些算法的轮和比特复杂度。受实际网络中的约束的启发，我们重新审视这个问题。特别是，我们使用加密哈希函数和擦除编码，以减少通信和计算的复杂性，简化协议的设计。我们还确定了拜占庭可靠广播协议的弹性（节点数），本地计算，轮复杂性和位复杂性方面的基本权衡。最后，我们还设计和实现了一个通用的测试框架，类似的通信协议。我们使用我们的框架来评估我们的协议。结果表明，我们的协议在实际网络中具有优越的性能。
2020-07-29 cs.DC
A Scalable Byzantine Grid
现代网络聚集了越来越多的节点。然而，它仍然难以增加每个节点的通道的数量，因此，网络的最大程度可能是有界的。这通常是网格拓扑网络中的情况，其中每个节点最多有四个邻居。在本文中，我们解决了以下问题：如果每个节点都有可能以不可预测的方式失败，我们如何才能保持一些全局的可靠性保证时，节点的数量不断增加的无界？更具体地说，我们考虑的问题或可靠地广播信息的异步网格在拜占庭故障的存在-也就是说，一些节点可能有一个任意的和潜在的恶意行为。我们的要求是，一个恒定的比例正确的节点仍然能够实现可靠的通信。现有的解决方案只能容忍一个固定数量的拜占庭故障，如果他们采用最坏情况下的布局方案。此外，如果我们假设一个恒定的拜占庭比率（每个节点有相同的概率是拜占庭），有一个致命的位置的概率接近1时，节点的数量增加，可靠性保证崩溃。在本文中，我们提出了第一个广播协议，克服了这些困难。首先，可以容忍的拜占庭故障的数量（如果它们采用最坏情况放置）现在随着节点数量的增加而增加。其次，我们能够容忍一个恒定的拜占庭比率，无论网格有多大。换句话说，网格变得可扩展。这一结果在超大型网络中具有重要的安全应用，其中每个节点都有给定的行为不端概率。
2012-10-17 cs.CR cs.DC cs.NI
An Approach to Optimizing the VABA Protocol Using $κ$-size Committee
针对异步多值拜占庭协议通信与计算开销高的问题，本文提出 eVABA，通过 κ 大小委员会式的选定子集广播来优化 VABA 协议。
2024-12-09 cs.DC
Self-stabilising Byzantine Clock Synchronisation is Almost as Easy as Consensus
我们给出了容错算法建立在分布式系统中的同步，其中每个$n$节点有自己的时钟。我们的算法在一个非常强的故障模型中运行：我们需要自稳定，即，系统的初始状态可以是任意的，并且可以存在多达$f<n/3$的正在进行的拜占庭故障，即，以任意方式偏离协议的节点。此外，我们假设节点的本地时钟可能以不同的速度（时钟漂移）和通信有界延迟。在这个模型中，我们研究了脉冲同步问题，其中的任务是保证最终所有正确的节点生成分离良好的局部脉冲事件（即，未标记的逻辑时钟节拍）。与以前的工作相比，我们实现了指数级的改善，在稳定时间和通信位的数量，并给出了第一次的子线性时间算法的问题：-在确定性的设置，国家的最先进的解决方案稳定的时间$Θ(f)$和每个节点广播$Θ(f \log f)$位每时间单位。我们以指数方式将每时间单位广播的比特数减少到$Θ(\log f)$，同时保持相同的稳定时间。- 在随机化设置中，现有技术的解决方案在时间上稳定$Θ(f)$，并且使每个节点每时间单位广播$O(1)$比特。我们以指数方式将稳定时间减少到$\log^{O(1)} f$，而每个节点每时间单位广播$\log^{O(1)} f$位。这些结果是通过一个递归的方法减少上述任务的自稳定脉冲同步的有界延迟模型中的非自稳定二进制共识的同步模型。一般来说，我们的方法在稳定时间和底层共识例程上的广播位方面引入了最多对数开销。
2019-06-11 cs.DC
Reaching Efficient Byzantine Agreements in Bipartite Networks
为了在部分连通网络上达成高效的确定性同步拜占庭协议，对传统的广播原语进行了扩展，并将其与一个通用的框架相集成。在此基础上，将Byzantine一致性推广到完全连通的二部网络和一些二部有界度网络。在一般的系统结构下，利用拜占庭杠杆降低和优化了拜占庭协议的复杂性。同时，为了在相同的系统结构下构造高效的不完全拜占庭协议，本文还对蝴蝶网络进行了二部模拟，并给出了二部有界度网络的一些更精细的性质。它表明，有效的现实世界的拜占庭协议系统可以建立与提供的算法具有足够高的系统假设覆盖率。同时，所提出的二部解决方案可以提高系统的可靠性，在一些开放的，异构的，甚至对抗性的环境。
2022-03-08 cs.DC
