HuangLab 并不高产，但足够专注：近5年专注于区块链分片 (Blockchain Sharding) 理论与技术架构。
2026年2月5日，中山大学软件工程学院黄华威研究组 (HuangLab) 在区块链分片技术领域最新的一篇论文 ShardCutter（一种兼顾交易负载均衡与低跨分片交易率的分片协议）被计算机网络领域的顶刊 IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN) 接收。ToN 是计算机网络领域的 CCF-A 期刊，发表网络系统、协议、架构等前沿研究。
接收论文信息
Huawei Huang, Jian Zheng, Xuanye Zhu, Yue Lin, Ting Cai, Lu Zhou, Zibin Zheng, Song Guo, “ShardCutter: A Blockchain Sharding Protocol achieving Transaction Workload Balance across State Shards,” IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN), vol. 34, pp. 3393-3407, 2026.
关键词：区块链分片、账户迁移、负载均衡、社区感知划分
论文预印本下载 可下载文档包括黄老师亲自组织撰写的：
第一轮投稿 Cover letter，网盘访问链接:
https://pan.baidu.com/s/1MSI-0-yN0-bwmqcn7LC9Pg?pwd=1234
第一轮投稿 Statement: summary of changes，网盘访问链接:
https://pan.baidu.com/s/143tF7BamAkZI49BU0bb6Sg?pwd=1234
第二轮返修的 Response letter，网盘访问链接:
https://pan.baidu.com/s/1kVDUEwo0VDtpKPRImG05tA?pwd=1234
论文预印本，网盘访问链接:
https://pan.baidu.com/s/1PbxETVES8zQqIXaVOJ-tEQ?pwd=1234
也可在 HuangLab 公众号（ID: Huang-Lab）后台发送消息 “shardcutter”，获取4份文档的 zip 压缩文档下载链接。
投稿时间线
- 第一轮投稿日期：2024 Apr.08.
- 第一轮审稿期 10 个月.
- 第一轮结果：Major revision, 2025.Feb.11.
- 第一轮返修日期： 2025 May 09.
- 第二轮审稿期 9 个月.
- 接收日期：2026 Feb.05.
论文背景与动机
区块链分片技术被视为提升区块链可扩展性的重要技术分支，但在实际部署中面临两大挑战：
- 高跨分片交易比例：导致系统吞吐量下降与通信开销增加；
- 分片间负载不均衡：部分“热分片”拥堵，部分“冷分片”闲置，限制系统扩展性。
传统分片方案（如 Monoxide [NSDI’19]）在账户分配时未考虑账户间的交易关联性，导致跨分片交易率高、负载不均。
本研究基于真实以太坊交易数据集进行动机实验，发现：
- 当分片数增加时，跨分片交易率接近100%；
- 分片区块链中存在明显交易负载不均现象，部分分片持续拥堵。
核心贡献
本文提出 ShardCutter 分片协议，包含两大核心模块：
模块 1. 社区感知账户划分算法（CLPA）
将账户划分问题建模为图社区检测问题，提出约束标签传播算法（CLPA），在降低跨分片交易率的同时，保持分片间负载均衡。
模块 2. 精细化账户迁移机制（Partial Lock）
提出一种“部分锁定 (fine-tuned partial lock)”机制，在账户迁移过程中仅锁定付款交易（payer TXs），允许收款交易（payee TXs）继续执行，显著缩短交易确认时间，提升系统流动性。
安全性与性能分析
通过理论证明与实验验证，ShardCutter 在以下方面优于现有方案：
- 吞吐量提升：比 Monoxide 提升约40%；
- 跨分片交易率降低：比 LBF 降低约60%；
- 负载均衡性最佳：分片间队列长度标准差最低；
- 交易确认延迟降低：比 Full Lock 机制缩短约30%。
实验验证
研究团队在开源区块链分片测试平台 BlockEmulator 上实现了 ShardCutter 协议，并使用真实以太坊交易数据进行大规模实验验证。
实验结果表明：
- ShardCutter 在吞吐量、延迟、跨片交易率、负载均衡性等方面均优于 Monoxide、Metis、LBF 等基线方案；
- 支持动态账户迁移，系统在迁移过程中仍保持高可用性与一致性。
论文返修小插曲
本文属于基于研究组之前两篇会议论文扩展的一个期刊版长文。两篇前期会议论文分别是发表在 SRDS 2022 的 “Achieving scalability and load balance across blockchain shards for state sharding” [1] 与 发表在 INFOCOM 2024 的 “Account migration across blockchain shards using fine-tuned lock mechanism” [2]。
读者可能会有一个疑问：为何要把之前两篇会议论文的部分内容综合在一起发表到一个期刊版本呢？事实上，尽管我们在第一轮投稿时已经把背后的原因详细写到了 Cover Letter 与 Statement: Summary-of-changes 两份文档中，但在审稿过程中一个审稿人仍然进一步问了这个问题，如下图所示。
可能有些读者朋友也会遇到这种情况：如何基于两篇甚至多篇之前的会议论文(阶段性研究成果) 发表一篇综合的“长文”。这里我就以这篇刚被接收的论文为案例，把这样做的原因解释清楚，给大家一个参考。
具体来说，我在针对第一轮审稿结果返修的 response letter 中的回复如下（已翻译）。
审稿人意见 2-2：“承接上文，我想一个根本性问题是，为何将两篇会议论文整合为一篇期刊扩展版。若为系统集成之目的（如技术白皮书），这尚可接受；但若两篇原始方案之间缺乏足够的协同效应或新增功能，此举则意义不大。”
回复： “感谢您提出的深刻见解。通过与我们分别发表于 SRDS 2022 [1] 和 INFOCOM 2024 [2] 的两篇相关会议论文进行对比，可以看出本期刊扩展文章并非简单合并那两篇会议论文。我们在本期刊版本中，旨在完整阐述如何在实现一个真实的区块链分片系统的背景下，实现跨分片的工作负载均衡。
账户迁移是实现跨区块链分片工作负载均衡的途径。然而，相关文献中的其他作者均假设区块链账户可以某种方式在分片间迁移。与前人研究不同，我们没有做出这种假设。因为我们认识到真正的挑战在于：区块链系统如何实现账户的跨分片迁移？这正是在约三年前，我们团队在实现一个名为BrokerChain的区块链分片系统（脚注1）（其技术研究论文 [3] 已于2025年3月发表在IEEE/ACM ToN）时遇到的实际工程问题。通过对现有文献进行全面调研，我们发现无论是文献还是GitHub上，都缺乏任何实际的实现或解决方案。迫于无奈，我们于三年前开始着手研究这一工程难题，并陆续产出了上述两篇会议论文作为阶段性的研究成果。目前，我们团队已解决了这一工程问题。我们认为有责任让全球学界同行了解我们的进展，因此提交了这篇期刊扩展文章，以分享我们在应对账户跨分片迁移挑战方面的综合经验。此外，我们的解决方案代码已在GitHub项目（脚注2）上开源。
在本扩展稿件中，我们展示了采用所提ShardCutter协议完整架构的最新实验结果。相较于先前 INFOCOM 2024 论文 [2] 中的评估结果，本期刊扩展版本呈现了考虑更多维度的新实验结果，例如：i) 在图12、13和14中，通过调节多个参数（即交易到达率和分片数量）获得的吞吐量和交易延迟性能；以及 ii) 在图15、16和17中，所提 ShardCutter 协议实现的工作负载均衡效果。”
- 脚注1: https://broker-chain.com/
- 脚注2: https://github.com/HuangLab-SYSU/block-emulator/tree/Fine-tune-lock
回复中提到的3篇参考文献以及详细介绍文章如下：
- [1] C. Li, H. Huang, Y. Zhao, X. Peng, R. Yang, Z. Zheng, and S. Guo, “Achieving scalability and load balance across blockchain shards for state sharding,” in Proc. of the 41st International Symposium on Reliable Distributed Systems (SRDS’22). IEEE, 2022, pp. 284–294. 《区块链动态分片协议 —— 分片区块链的可扩展性和分片间的负载均衡》
- [2] H. Huang, Y. Lin, and Z. Zheng, “Account migration across blockchain shards using fine-tuned lock mechanism,” in Proc. of IEEE 43rd International Conference on Computer Communications (INFOCOM), 2024, pp. 271–280. 《HuangLab 两篇区块链论文被 INFOCOM’24 接收》
- [3] H. Huang, Z. Yin, Q. Chen, G. Ye, X. Peng, Y. Lin, Z. Zheng, and S. Guo, “BrokerChain: A Blockchain Sharding Protocol by Exploiting Broker Accounts,” IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN), vol. 33, no. 4, pp. 1930–1945, 2025. 《BrokerChain 扩展版论文发布》
此外，该审稿人的前一个问题也比较棘手，属于那种“我没看到你论文的创新点，请你说服我”的提问。我也在此将该质问与回复分享给读者朋友。
翻译对照如下。
审稿人意见 2-1：“本文提出了一种名为ShardCutter的区块链分片协议，旨在解决状态分片中的两个关键挑战：高跨分片交易比例和分片间工作负载不均衡。该协议引入了一种基于社群感知的账户划分算法，通过基于交易关联性优化账户分配来减少跨分片交易，以及一种经过精细调优的账户迁移机制。我有如下意见：相较于相关工作，本文的独特贡献较难辨识。据我理解，本文试图同时解决区块链分片中的多项性能与安全问题，包括：（1）跨分片工作负载均衡，（2）最小化跨分片交易，以及（3）提供实用的账户迁移方案。本文可以更加聚焦于最具挑战性的问题，并阐述所提方案如何以新颖的方式解决该问题。”
回复： 感谢您的审慎反馈。我们非常认同您对本研究工作的概括及对研究重点的判断。关于本文相较于相关工作的独特贡献，我们作如下说明：正如审稿人1所总结的（用审稿人1的赞美之词堵上审稿人2的嘴），我们提出协议的最重要贡献在于“填补了现有文献中的一个明显空白并为此空白做出了贡献”，即我们提出的 ShardCutter 协议仍允许迁移中的账户接收款项。在跨分片迁移过程中实现账户收款功能，对区块链分片系统而言极具挑战性。我们在现有文献及产业级区块链中均未发现可行的解决方案。这一特性为基于账户的区块链分片技术开辟了新路径，使得分片区块链（例如未来具备分片功能的以太坊版本）即使在分片重组重构期间，也能持续提升客户体验质量。
开源工具支持
本研究使用的实验平台 BlockEmulator 是 HuangLab 开发并开源的一款区块链性能测试工具，支持以太坊交易回放、多分片仿真、协议自定义、可二次开发等功能，已被全球90多个国家的研究者访问使用。
- BlockEmulator 主页：https://www.blockemulator.com/
- GitHub 仓库：https://github.com/HuangLab-SYSU/block-emulator
其技术论文 “BlockEmulator: An Emulator Enabling to Test Blockchain Sharding Protocols” 发表在 IEEE TSC，(截至2026Feb.8) 已得到53次引用。跳转了解：《区块链实验平台 BlockEmulator 投稿 TSC 的故事》。
展望
ShardCutter 协议为账户型分片区块链提供了一种高效、均衡、安全的解决方案，有望应用于下一代高性能区块链系统（如以太坊的未来版本）中。未来，团队将进一步探索智能合约分片、跨链分片等前沿方向，推动区块链技术的规模化落地。
致谢
感谢国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的支持。感谢所有合作者与 BlockEmulator 开源社区贡献者的共同努力。
研究团队
本文由中山大学软件工程学院黄华威教授研究组主导完成，研究组成员包括博士后、博士与硕士研究生、本科实习生。研究组长期专注于区块链分片、DeFi协议、分布式系统与协议等方向的研究，已在 IEEE/ACM ToN、INFOCOM、WWW、ICDCS、SRDS 等顶级会议与期刊发表多篇区块链论文。黄华威教授近些年从事区块链可扩展性、分片机制、区块链金融等领域的研究，著有《Blockchain Sharding: Theory and Practice》(Springer)、《From Blockchain to Web3 & Metaverse》(Springer)、《从区块链到Web3》(科普书) 等多部专著。
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