BMS: Secure Decentralized Reconfiguration for Blockchain and BFT Systems
长寿命区块链和拜占庭容错（BFT）系统的重新配置带来了根本的安全挑战。在最先进的权益证明（PoS）区块链的情况下，权益重新配置允许所谓的远程攻击，这可能导致分叉。类似地，通常基于BFT的许可区块链系统在内部重新配置，这使得它们容易受到类似的“我仍然在这里工作”攻击。在这项工作中，我们提出了BMS（区块链/BFT会员服务），为BFT和区块链系统提供安全和动态的重新配置服务，防止远程和类似的攻击。特别是：（1）我们为许可区块链提出了一个根BMS，作为以太坊智能合约实现，并评估了它对最近提出的Mir-BFT协议的重新配置，（2）我们讨论了我们的BMS如何扩展到PoS区块链，以及它如何将PoS股权解除绑定时间从几周/几个月减少到几分钟，（3）我们讨论了BMS对分层部署以及多个根BMS的可能扩展。
2021-09-08 cs.CR cs.DC
YAC: BFT Consensus Algorithm for Blockchain
在异步接收事件并受到拜占庭故障影响的去中心化系统中，共识是许多现实应用程序的常见问题。去中心化系统的进步，如分布式账本（即，区块链）技术，只会增加在去中心化系统中找到状态机复制共识的性能和安全解决方案的重要性。YAC是一种实用的分散式共识算法，它解决了经典拜占庭容错共识算法中存在的消息传递效率低和强领导者等问题。该算法是开源的，目前用于为Hyperledger Iroha区块链项目提供拜占庭容错共识。我们提供了安全性和活性的证明，以及实证结果表明，我们的算法可以扩展到几十个验证同行。
2018-09-03 cs.DC
Towards Improving the Performance of BFT Consensus For Future Permissioned Blockchains
许可型区块链越来越多地在企业用例中被考虑，其中许多不需要地理分布，甚至由于立法而不允许。示例包括全国范围的网络，如Alastria，或使用基于云的平台（如IBM Blockchain Platform）部署的网络。我们预计这些区块链最终将在高带宽和低延迟的现代网络环境中运行，以及服务器中的高级可编程硬件加速器。尽管人们对BFT共识算法重新产生了兴趣，提出了各种针对许可区块链的建议，但相关工作并没有针对快速网络进行优化，也没有纳入硬件加速器-我们认为这样做从长远来看会有回报。为此，我们重新实现了开创性的PBFT算法的方式，使我们能够测量不同的配置的协议。通过这一点，我们探讨了各种常见的优化策略的好处，并表明该协议不太可能饱和超过10 Gbps的网络，而不依赖于专门的基于硬件的卸载。我们讨论了在高速网络环境中降低许可区块链中共识成本的两种具体方法，即卸载到智能物联网和在独立FPGA上实现协议。
2020-07-24 cs.DC
A lightweight BFT consensus protocol for blockchains
我们提出了一个通用的共识框架，可以轻松地将可定制的拜占庭容错共识算法引入现有的（委托）权益证明区块链。我们证明了协议的安全性的假设下，少于1/3的验证者是拜占庭。该框架还允许共识参与者选择主观决策阈值，以便即使在拜占庭验证器的比例较大的情况下也能获得安全性。此外，如果少于1/3的验证器崩溃，则显示协议的活性。在此基础上，我们提出了一种基于Lisk生态系统的拜占庭容错共识算法Lisk-BFT。Lisk-BFT集成了现有的区块提议机制，只需要在区块中添加两个整数，并且不需要额外的消息。该协议很简单，如果少于1/3的验证器是拜占庭的，则在静态验证器的情况下提供安全性。对于动态变化的验证者的情况下，我们证明了协议的安全性，假设拜占庭验证者的数量和诚实的验证者的数量，可以改变一次的界限。我们进一步证明了Lisk-BFT协议的活性小于1/3的崩溃验证器。
2021-05-04 cs.DC
Proteus: A Scalable BFT Consesus Protocol for Blockchains
与区块链中的工作量证明（PoW）相比，拜占庭容错（BFT）共识具有更高的吞吐量。但是基于BFT的协议在网络中的副本数量方面存在可扩展性问题。这种限制的主要原因是BFT协议的二次消息复杂度。以前，所提出的解决方案提高了正常操作的BFT性能，但一旦协议观察到一定数量的故障，则会回落到二次消息复杂度。这使得协议性能不可预测，因为它不能保证网络将面临一定数量的故障。结果，这样的协议仅在条件有利时是可扩展的（即，故障的数量小于给定阈值）。为了解决这个问题，我们提出Proteus，一个新的基于BFT的共识协议，它选择一个子集的节点$c$作为根委员会。Proteus保证了稳定的性能，而不管网络中的故障数量如何，并且它将典型的基于BFT的协议的二次消息复杂度改进为$O(cn)$，其中$c<<n$用于大的$n$。因此，当$c$渐近地小于$n$时，消息复杂度保持较小并且小于二次方，并且这有助于协议即使在视图改变过程（根委员会的改变）期间也提供稳定的性能。我们的视图更改过程与典型的BFT协议不同，因为它取代了整个根委员会，而不是取代其他协议中的单个主委员会。我们在$200$ Amazon $EC2$实例上部署并测试了我们的协议，并使用两种不同的基线BFT协议（PBFT和Bchain）进行比较。在这些测试中，我们的协议在吞吐量和延迟方面超过基线$2\times$。
2019-04-26 cs.DC
LinSBFT: Linear-Communication One-Step BFT Protocol for Public Blockchains
本文介绍了LinSBFT，这是一种拜占庭容错（BFT）协议，在生产中每秒处理超过2000个智能合约交易。LinSBFT适用于一个无需许可的公共区块链系统，其中没有公钥基础设施，基于经典的PBFT，有4个改进：（\romannumeral 1）LinSBFT实现了$O(n)$最坏情况下的通信量，与PBFT的$O(n^4)$相比;（\romannumeral 2）LinSBFT对协议的领导者进行随机轮换，以降低领导者遭受拒绝服务攻击的风险;以及（\romannumeral 3）LinSBFT的每次运行最终确定一个块，其对于在协议的一次运行中诚实而在另一次运行中不诚实的参与者是鲁棒的，并且参与者的集合是动态的，其被周期性地更新。（\romannumeral 4）LinSBFT通过同步机制帮助延迟节点赶上，保证节点的活性。此外，在普通情况下，LinSBFT只涉及单轮投票，而不是PBFT中的两轮投票，这减少了通信开销和确认时间，并采用\emph{proof-of-stake}方案来奖励所有参与者。使用从以太坊获得的数据进行的大量实验表明，LinSBFT始终显著优于现有的区块链生产BFT协议。
2020-07-15 cs.DC
AlphaBlock: An Evaluation Framework for Blockchain Consensus Protocols
共识协议在平衡区块链系统的安全性和效率方面发挥着关键作用。在本文中，我们提出了一个区块链共识协议的评估框架，称为AlphaBlock。在这个框架中，我们比较了拜占庭容错（BFT）共识和中本共识（NC）的整体性能。BFT共识是通过多轮来自绝对多数的法定人数投票达成的，而NC是通过附加块的隐式投票积累可信度来达成的。AlphaBlock结合了Hotstu BFT（HBFT）和权威证明（PoA）的关键概念，作为BFT和NC的案例研究。使用这个框架，我们将HBFT和PoA的吞吐量和延迟与实际网络和区块链配置进行了比较。我们的研究结果表明，在大多数情况下，由于HBFT中没有分叉，HBFT的性能优于PoA。此外，我们还发现了一组AlphaBlock的最优配置，为提高区块链共识算法的性能提供了参考。
2020-07-27 cs.DC
Scaling Blockchain Consensus via a Robust Shared Mempool
由于区块链，人们对拜占庭容错（BFT）系统的兴趣重新抬头。然而，许可区块链使用的基于领导者的BFT共识协议具有有限的可扩展性和鲁棒性。为了缓解BFT共识中的领导者瓶颈，我们引入了Stratus，一个强大的共享内存池协议，它将事务分发从共识中分离出来。我们的想法是让副本以分布式方式传播事务，并让领导者只提出事务ID。Stratus使用可证明可用广播（PAB）协议来确保引用事务的可用性。我们通过将其与最先进的基于BFT的区块链协议集成来实现和评估Stratus，并在LAN和WAN设置中评估这些协议。我们的研究结果表明，基于Stratus的协议实现高达$5\sim20\times$更多的吞吐量比他们的本地同行在一个网络中有数百个副本。此外，Stratus的性能在存在网络入侵、拜占庭攻击者和不平衡工作负载的情况下会优雅地下降。我们的设计提供了易于使用的API，以便其他遭受领导者瓶颈的BFT系统可以使用Stratus。
2022-09-25 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
Fast B4B: Fast BFT for Blockchains
低延迟是部分同步拜占庭共识协议的期望属性之一。以前的协议已经通过两个通信步骤实现了共识，或者通过减少协议可以容忍的故障数量的界限（$f \leq \frac{n-1}{5}$），或者使用可信执行环境（TEE）等可信硬件。在本文中，我们提出了一种称为快速B4B的协议，该协议在两个通信步骤中实现了共识。快速B4B可以容忍部分BFT共识可以容忍的最大数量的故障（$f \leq \frac{n-1}{3}$）。此外，Fast B4B不需要使用任何可信硬件。这一成就的折衷是，在最多$f$次，一些节点可以恢复它们的块。我们表明，这种块的逆转不会损害协议的安全性，但它可能会在视图更改过程中产生少量的额外延迟。
2021-10-11 cs.DC
SplitBFT: Improving Byzantine Fault Tolerance Safety Using Trusted Compartments
部分同步系统中的拜占庭容错协议（Byzantine Fault Tolerant Agreement，BFT）通常要求3f + 1个节点容忍f个错误副本。由于其高吞吐量和终结性属性，BFT算法构建了最近许可区块链的核心。作为一个复杂且需要资源的基础设施，多家云提供商已经开始提供区块链即服务。这简化了许可区块链的部署，但将云提供商置于中央控制位置，从而质疑区块链的容错和去中心化特性及其底层BFT算法。本文介绍了SplitBFT，这是一种利用可信执行技术（TEE）（如英特尔SGX）来加强BFT系统的安全性和机密性保证的新方法，从而加强了对许可区块链基于云的部署的信任。与标准假设不同，SplitBFT承认受可信执行保护的代码可能会失败。我们通过将BFT协议的核心逻辑拆分和隔离到多个隔间中来解决这个问题，从而形成更具弹性的架构。我们将SplitBFT应用到传统的实用拜占庭容错算法（PBFT）中，并使用SGX对其进行评估。我们的研究结果表明，SplitBFT只增加了一个合理的开销相比，非划分的变体。
2022-05-24 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
From Byzantine Replication to Blockchain: Consensus is only the Beginning
区块链的普及导致人们对拜占庭容错（BFT）状态机复制协议的兴趣重新抬头。然而，关于这个主题的大部分工作都集中在底层共识协议上，强调它们缺乏可扩展性，而其他微妙的限制则没有得到解决。这些限制与维护持久区块链而不是预写日志的影响以及以分散方式重新配置副本集的要求有关。我们使用数字硬币区块链应用程序和BFT-SMaRt（一种流行的BFT复制库）来证明这些限制。我们展示了如何在概念层面上以协议不可知的方式解决这些问题，以及如何通过实现基于BFT-SMaRt的区块链平台SMaRtChain来解决这些问题。与BFT-SMaRt之上的简单实现相比，SMaRtChain将我们的数字硬币应用程序的性能提高了8倍。此外，SMaRtChain在确保其区块链的强大耐用性时，分别实现了比Tendermint和Hyperledger Fabric更好的吞吐量$8\times$和$33\times$。
2020-04-30 cs.CR cs.DC
Blockguard: Adaptive Blockchain Security
我们考虑根据其重要性改变区块链交易的安全性的问题。这种自适应安全性是通过使用可变大小的共识委员会来实现的。为了提高业绩，这些委员会同时运作。我们提出了两个算法，允许自适应安全性，形成并发的可变大小的共识委员会的需求。一种是基于单个联合区块链，另一种是基于单独的分片区块链。对于委员会内的共识，我们的算法可以使用各种可用的拜占庭鲁棒容错算法（BFT）。我们实现同步BFT、异步BFT和工作量证明共识。我们彻底评估我们的自适应安全算法的性能。
2019-07-30 cs.CR cs.DC
CollaChain: A BFT Collaborative Middleware for Decentralized Applications
共享经济正在集中服务，导致互联网的滥用。我们可以列出数据黑客，全球中断甚至使用数据来操纵其所有者所造成的日益严重的损害。不幸的是，没有分散的网络，用户可以以安全的方式进行点对点交互。区块链激励参与者单独验证每一笔交易，并将他们的区块强加给网络。因此，智能合约请求的验证是计算密集型的，而关于唯一状态的协议并没有充分利用网络。在本文中，我们提出了Collachain，这是一种新的拜占庭容错区块链，与利用协作的最大DApps生态系统兼容。首先，执行智能合约的参与者合作验证交易，从而将现代区块链所需的验证数量减半（例如，Ethereum、Libra）。第二，共识的参与者合作将他们的区块提案组合成一个超级区块，从而随着系统增长到数百个节点而提高吞吐量。此外，Collachain为用户提供了在不下载区块链的情况下安全交互的可能性，因此允许通过移动设备进行交互。Collachain在性能上优于Concord和Quorum区块链，在Twitter DApp（去中心化应用程序）工作负载下，其吞吐量峰值为4500 TPS。最后，我们展示了Collachain的可扩展性部署在200个节点位于5大洲的10个国家。
2022-03-23 cs.DC
SURFACE: A Practical Blockchain Consensus Algorithm for Real-World Networks
SURFACE代表安全、自适应和相对无分叉的链扩展方法，是一种共识算法，专为现实世界的网络设计，并享有Nakamoto共识和拜占庭容错（BFT）共识的好处。在SURFACE中，每一轮都会随机选出一个委员会来验证和支持提议的新区块。委员会的规模可以根据底层网络进行调整，以使区块链在通信中具有合理的开销。因此，区块链通常可以实现高吞吐量和低延迟的快速概率确认。SURFACE还提供BFT机制，以在极端网络情况下（如大网络分区或受到大规模DDoS攻击）确保账本一致性。
2020-08-14 cs.DC
The quest for scaling BFT Consensus through Tree-Based Vote Aggregation
随着人们对区块链的商业兴趣越来越大，许可实现受到了越来越多的关注。不幸的是，现有的BFT共识协议是许可区块链的骨干，要么扩展性差，要么提供有限的吞吐量。这些算法中的大多数需要至少一个进程来接收和验证来自所有其他进程的投票，然后广播结果，这本质上是不可扩展的。一些算法通过使用聚合树来收集和验证投票来避免这个瓶颈。然而，据我们所知，这样的算法提供有限的吞吐量，并迅速降低故障的存在。在本文中，我们提出了\thesystem，第一BFT通信抽象，组织参与者在一棵树中进行可扩展的投票聚合，并在错误的运行，能够终止协议的最佳数量的重新配置（$f+1$）。我们精确地定义了哪些聚合树允许最佳的重新配置，并表明，与以前的协议不同，当使用这些配置，\thesystem的规模，以大量的进程和超过HotStuff的吞吐量高达38倍。
2021-03-22 cs.DC
A Performance Analysis of BFT Consensus for Blockchains
本文提出分析模型，针对崩溃故障研究 Istanbul BFT 和 HotStuff 共识协议在不同网络拓扑下的性能，推导定时器值与参与者等因素对共识时间的影响，并通过仿真验证，为协议建模提供指导。
2024-11-12 cs.DC cs.PF
FairLedger: A Fair Blockchain Protocol for Financial Institutions
金融机构目前正在研究许可区块链的技术。这方面的一个主要努力是Hyperledger，这是一个由Linux基金会主办的开源项目，得到了100多家公司的支持。许可区块链协议中的一个关键组件是一个拜占庭容错（BFT）共识引擎，它对交易进行排序。然而，目前可用的BFT解决方案在超级账本（以及在文献中）是不够的金融环境;他们不是为了确保公平或容忍自私的行为时，金融机构努力最大化自己的利润。我们提出了FairLedger，一个许可的区块链BFT协议，它是公平的，旨在处理理性行为，同样重要的是，易于理解和实现。我们协议的秘密武器是一种新的通信抽象，称为可检测的所有对所有（DA 2A），它允许我们检测偏离协议的参与者（拜占庭或理性），并惩罚他们。我们在Hyperledger开源项目中使用Iroha框架实现了FairLedger，这是其中最大的项目之一。为了评估FairLegder的性能，我们还实现了PBFT框架，并比较了两个协议。我们的研究结果表明，在无故障的情况下，FairLedger实现更好的吞吐量比Iroha的实现和PBFT在广域设置。
2019-06-10 cs.DC
IBFT 2.0: A Safe and Live Variation of the IBFT Blockchain Consensus Protocol for Eventually Synchronous Networks
在这项工作中，我们提出了IBFT 2.0（伊斯坦布尔BFT 2.0），这是一个权威证明（PoA）拜占庭容错（BFT）区块链共识协议，它（i）确保立即终结，（ii）在最终同步网络模型中是健壮的，（iii）具有动态验证器集。顾名思义，IBFT 2.0建立在IBFT区块链共识协议的基础上，保留了所有原始功能，同时解决了我们之前的一项工作中描述的安全性和活跃度限制。在本文中，我们提出了一个高层次的描述IBFT 2.0协议和相关的鲁棒性证明。协议的正式规范和相关的正式证明将是一个单独的工作主体的主题。我们还设想了一个单独的工作，将提供详细的实施规范IBFT 2.0。
2019-09-23 cs.DC
Simulating BFT Protocol Implementations at Scale
拜占庭容错（BFT）状态机复制（SMR）协议的新型区块链生成专注于可扩展性和性能，以满足分布式账本技术（DLT）的要求，例如，分散化和地域分散。验证BFT协议实现的可扩展性和性能需要仔细评估。虽然真实协议部署的实验通常提供最佳的现实性，但它们成本高且耗时。在本文中，我们探索了对未修改的BFT协议实现的模拟，作为廉价且快速的协议评估方法：我们可以准确预测BFT协议的性能，同时通过实验扩展其环境，即，通过改变节点的数量或地理分布。我们的方法是资源友好的，并保留了应用程序的现实主义，因为现有的BFT框架可以简单地插入到模拟引擎，而不需要修改代码或重新实现。
2022-09-06 cs.DC
A Byzantine Fault-Tolerant Ordering Service for the Hyperledger Fabric Blockchain Platform
Hyperledger Fabric（HLF）是一个灵活的许可区块链平台，专为比特币和其他现有网络所解决的基本数字货币之外的业务应用而设计。HLF的一个关键属性是它的可扩展性，特别是支持用于构建区块链的多个订购服务。尽管如此，1.0版本于2017年初推出，没有实现拜占庭容错（BFT）订购服务。为了克服这一限制，我们在BFT-SMaRt状态机复制/共识库的基础上设计、实现并评估了HLF的BFT订购服务，还实现了广域部署的优化。我们的研究结果表明，使用我们的订购服务的HLF每秒可以实现多达一万笔交易，并在半秒内在区块链中写入交易，即使同行分布在不同的大陆。
2017-09-20 cs.CR cs.DC
Fault Independence in Blockchain
本文针对无许可区块链中缺乏故障独立性研究的问题，首次分析其影响，探讨副本配置多样性，用熵量化多样性并定义最优故障独立性。
2023-06-09 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
Permissioned Blockchain Through the Looking Glass: Architectural and Implementation Lessons Learned
自比特币诞生以来，分布式系统社区就对设计高效的区块链系统表现出了兴趣。然而，最初的区块链应用程序（如比特币）的吞吐量非常低，这促进了许可区块链系统的设计。这些许可的区块链系统采用经典的拜占庭容错（BFT）协议来达成共识。然而，现有的许可区块链系统仍然达到低吞吐量（大约10 K txns/s）。其结果是，现有的作品归咎于相关的BFT协议，并在开发优化的协议消耗资源的低吞吐量。我们认为，这种指责只是片面的。具体来说，我们提出了一个简单的问题：一个精心设计的系统，基于一个经典的BFT协议优于现代协议？我们表明，设计这样一个精心制作的系统是可能的，并说明，即使这样的系统采用三阶段协议，它可以优于另一个系统利用单阶段协议。这项工作要求我们剖析一个许可的区块链系统，并强调影响其性能的不同因素。基于我们的见解，我们提出了我们的企业级，高吞吐量的许可区块链系统ResilientDB的设计，该系统采用多线程深度管道，以平衡副本的任务，并为未来的设计提供指导。
2020-04-27 cs.DB cs.DC
Validated Strong Consensus Protocol for Asynchronous Vote-based Blockchains
本文提出一种validated strong BFT共识模型及异步协议，解决异步投票区块链的可扩展性问题，在不依赖阈值签名下实现线性视图更改，使其具备与部分同步区块链同等的简洁性与效率。
2024-12-24 cs.CR cs.DC
Lachesis: Scalable Asynchronous BFT on DAG Streams
本文介绍了Lachesis共识协议和Fantom Opera平台的核心技术和关键概念，该平台具有无许可、无领导和EVM兼容的特点。我们介绍我们的新协议，所谓的Lachesis，分布式网络实现拜占庭容错（BFT）~ \cite{lachesis01}。Lachesis协议中的每个节点都在一个本地块DAG上运行，即\emph{OPERA DAG}。针对事务的低终结时间（TTF），我们的通用模型考虑高速但异步事件的DAG流。我们将权益证明（PoS）集成到Lachesis协议的DAG模型中，以提高性能和安全性。我们的无信任系统的一般模型利用参与者的权益作为他们的验证力量~ \cite{stakedag}。Lachesis的共识算法使用Lamport时间戳、图形分层和并发常识来保证事件块和事务的一致总排序。此外，Lachesis协议允许新节点动态加入Opera网络。Lachesis通过将本地历史划分为检查点（所谓的epoch）来优化DAG存储和处理时间。我们还提出了一个模型，以提高利益分散，网络的安全性和活性~ \cite{stairdag}。Fantom的Opera平台建立在我们新颖的Lachesis协议之上，是一个公共的、无领导的、异步的BFT、第一层区块链，具有确定性的最终性。因此，Lachesis协议通过利用具有逻辑时间排序的异步偏序集而不是区块链来适用于分布式账本。我们还提出了我们…
2021-08-04 cs.DC
Dissecting the Performance of Chained-BFT
许可区块链采用拜占庭容错（BFT）状态机复制（SMR），以就不断增长的线性有序交易日志达成一致。结合数十年来对BFT SMR和区块链（即Chained-BFT或cBFT）的研究，出现了一种新的范式，用于直接构建区块链协议。链式BFT协议具有统一的提议投票机制，而不是多个不同的投票阶段，具有一组投票和提交规则来保证安全性和活性。然而，不同的投票和提交规则在不同的工作负载、网络条件和拜占庭攻击下会对性能产生不同的影响。因此，对拟议的协议进行公平比较是一项挑战，现有工作尚未解决这一问题。我们通过研究一系列cBFT协议来填补这一空白，并采用双管齐下的系统方法。首先，我们提出了一个评估框架，竹，cBFT协议的快速原型，其中包括有用的基准设施。为了验证竹，我们引入了一个分析模型，使用排队论，这也提供了一个背面的信封指导解剖这些协议。我们使用Bamboo构建了多个cBFT协议，我们是第一个公平比较三个代表（即，HotStuff、双链HotStuff和Streamlet）。我们在各种参数和场景下评估了这些协议，包括两种尚未在文献中广泛讨论的拜占庭攻击。我们的发现揭示了有趣的权衡（例如，响应性与分叉弹性）之间的不同cBFT协议及其设计选择，这为开发人员和研究人员提供了对该协议家族的设计和实现的见解。
2021-03-01 cs.CR cs.DC
Scalable Byzantine Consensus via Hardware-assisted Secret Sharing
对区块链技术的兴趣激增，重新激发了对有效拜占庭共识方案的研究。特别是，区块链社区一直在寻找方法，将传统的拜占庭容错（BFT）协议有效地集成到区块链共识层中，允许各种金融机构安全地商定交易顺序。然而，现有的BFT协议由于其$O(n^2)$消息复杂度而只能扩展到数十个节点。在本文中，我们提出了FastBFT，一个快速和可扩展的BFT协议。FastBFT的核心是一种新颖的消息聚合技术，它将基于硬件的可信执行环境（TEE）与轻量级秘密共享原语相结合。将该技术与几种其他优化（即，乐观执行、树形拓扑和故障检测），FastBFT即使在大规模网络中也能实现低延迟和高吞吐量。通过系统的分析和实验，我们证明了FastBFT具有更好的可扩展性和性能比以前的BFT协议。
2018-11-14 cs.CR cs.DC
T-RBFT: A Scalable and Efficient Byzantine Consensus Based on Trusted Execution Environment for Consortium Blockchain
Xi’an University of Technology（西安工业大学）；Shaanxi Key Laboratory for Network Computing and Security Technology（陕西省网络计算与安全技术重点实验室）
本文提出T-RBFT，一种基于网络分片和可信执行环境的两层共识机制，通过动态分组和TEE辅助BFT协议提升联盟链的性能和可扩展性。
2026-04-17 cs.DC
RingBFT: Resilient Consensus over Sharded Ring Topology
最近联邦数据管理应用程序的激增带来了对存在恶意攻击的基础数据的安全性和副本的一致性的关注。在这个方向上，一个突出的解决方案是采用一个许可的区块链框架，该框架围绕传统的拜占庭容错（BFT）共识协议进行建模。任何联邦应用程序都希望其数据分散在全球各地，以实现更快的访问。但是，先前的工作表明，传统的BFT协议是缓慢的。这导致了分片复制区块链的兴起。如果客户端事务需要访问单个分片，则这些分片区块链的现有BFT协议是有效的，但如果存在需要访问多个分片的跨分片事务，则会面临性能下降。由于跨分片交易很常见，为了解决这个难题，我们提出了RingBFT，一种用于分片区块链的新型元BFT协议。RingBFT要求分片遵循环序，遵循处理、转发、重传的原则，同时保证分片之间的通信是线性的。我们对RingBFT与最先进的分片BFT协议的评估表明，RingBFT实现了高达18倍的吞吐量，优雅地扩展到近500个全球分布式节点，并实现了每秒120万个事务的峰值吞吐量。
2022-03-23 cs.CR cs.DB cs.DC
Strengthened Fault Tolerance in Byzantine Fault Tolerant Replication
拜占庭容错（BFT）状态机复制（SMR）是构建许可区块链系统的重要构建块。与Nakamoto Consensus相比，任何区块都可以在区块链中获得更高的保证，在BFT SMR中，任何提交的区块都是安全的，具有固定的弹性阈值。在本文中，我们研究加强容错（SFT）在BFT SMR部分同步下，它提供了逐渐增加的弹性保证（如中本共识）在一个乐观的时期，当网络同步和拜占庭故障的数量是小的。此外，即使在乐观期之后，已提交的块也可以容忍超过三分之一（高达三分之二）的腐败。与需要二次消息复杂度的现有最佳解决方案灵活BFT相比，我们的解决方案保持了最先进的BFT SMR协议的线性消息复杂度，并且只需要边际簿记开销。我们实现了我们的解决方案在开源的Diem项目，并给出实验结果，证明其效率在现实世界的情况下。
2021-01-11 cs.CR cs.DC
ONLAY: Online Layering for scalable asynchronous BFT system
本文提出了一个新的框架，即\emph{\onlay}，可扩展的异步分布式系统。在此框架下，我们提出了一个基于Lachesis协议\cite{lachesis01}的共识协议$L_ϕ$.在$L_ϕ$协议的核心部分，介绍了在无领导的异步有向无环图（DAG）中使用分层算法实现实用的拜占庭容错（pBFT）。此外，我们提出了新的在线分层算法的进化DAG跨节点。我们的新协议通过使用分配的层和具有逻辑时间排序的异步偏序集而不是区块链，在异步pBFT中实现了可确定的可扩展共识。由$L_ϕ$产生的部分排序是灵活的，但在分布式节点系统中是一致的。然后，我们提出了我们的基于分层的共识的正式模型。该模型是广义的，可以应用于抽象的异步基于DAG的分布式系统。
2019-05-13 cs.DC
Proof-of-Execution: Reaching Consensus through Fault-Tolerant Speculation
多方数据管理和区块链系统需要参与者之间的数据共享。为了提供弹性和一致的数据共享，事务引擎依赖于拜占庭容错共识（Byzantine FaultTolerant Consensus，BFT），它支持在故障和恶意行为期间进行操作。不幸的是，现有的BFT协议是不适合高吞吐量的应用，由于其高计算成本，高通信成本，高客户端延迟，和/或依赖于双路径和非故障客户端。在本文中，我们提出了证明的执行共识协议（PoE），克服了这些挑战。PoE的核心是无序处理和推测执行，这允许PoE在副本之间达成共识之前执行事务。通过这些技术，PoE可以在正常情况下降低BFT的成本，同时在所有情况下保证客户端的可靠共识。我们设想在高吞吐量多方数据管理和区块链系统中使用PoE。为了验证这一愿景，我们在高效的ResilientDB结构中实现了PoE，并根据几种最先进的BFT协议对PoE进行了广泛的评估。我们的评估表明，PoE实现高达80%的吞吐量比现有的BFT协议在故障的存在。
2021-02-23 cs.DB cs.DC
Mixed Fault Tolerance Protocols with Trusted Execution Environment
区块链系统是在存在故障的情况下设计、构建和运行的。有两种主要的故障模式，即崩溃故障和拜占庭故障。拜占庭容错（Byzantine fault tolerance，BFT）协议提供了更强的安全保障，因此被广泛应用于区块链系统。然而，它们的安全性保证是以牺牲性能和可扩展性为代价的。一些工作已经改进了BFT协议，可信执行环境（TEE）已被证明是一个有效的解决方案。然而，现有的这样的作品通常假设每个参与节点配备有TEE。对于其中参与者通常具有不同硬件配置的区块链系统，即，一些节点以TEE为特征，而其他节点不以TEE为特征，现有的基于TEE的BFT协议是不适用的。这项工作研究的设置，其中不是所有的参与节点功能TEE，根据我们提出了一个新的故障模型称为混合故障。在混合故障模型下，我们探索了一种设计高效分布式容错协议的新方法。通常，混合容错（MFT）协议假设$n$节点的网络，其中多达$f = \frac{n-2}{3}$可以经受混合故障。我们确定了两个关键原则，设计高效的MFT协议，即（i）优先考虑非模棱两可的节点在领导的协议，（ii）提倡使用公钥密码原语，允许认证的消息被聚合。我们通过规定MFT协议（即MRAft）来展示这些设计原则。我们使用英特尔SGX实现了MRAFT的原型，将其集成到CCF区块链框架中，进行了实验，并表明MFT协议可以获得与BFT协议相同的安全保证，同时仍然提供更好的性能（交…
2022-08-03 cs.CR cs.DC
Carnot: A highly Scalable and Responsive BFT Consensus protocol
提出Carnot，一种在部分同步模型下运行的响应式领导者BFT共识协议，通过将每个节点的认证器验证和聚合简化为O(log(N))，实现线速操作和即时最终性，可扩展至数十万节点，弥合经典BFT与区块链的差距。
2023-09-01 cs.DC math.PR
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
Scalable Performance Evaluation of Byzantine Fault-Tolerant Systems Using Network Simulation
本文提出一种无需修改代码即可接入现有 BFT 实现的高性能网络仿真方法，并通过云实验验证其在大规模下的性能预测准确性，进而评估 PBFT、HotStuff 和 Kauri。
2023-09-29 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
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
Securing Consensus from Long-Range Attacks through Collaboration
针对PoS/BFT区块链的长程攻击，提出协作力量（PoC）协议，通过矿工协作而非竞争来保护账本，保证公平性与问责性，且仅轻微降低吞吐量。
2025-08-07 cs.CR cs.DB cs.DC
