HuangLab 更正公告：BlockEmulator TSC 论文公式 (5) 的一处笔误

2026 年 9 月 11日，一位来自广西师范大学的研一同学通过邮件联系黄华威教授，指出研究组发表在 IEEE Transactions on Services Computing（TSC）上的论文 “BlockEmulator: An Emulator Enabling to Test Blockchain Sharding Protocols” 第五章的公式 (5) 可能存在错误，并附上了自己的推导。

收到邮件后，黄老师立刻委派研究组博士生郑简进行了核查，确认了该同学的质疑成立、推导正确；黄华威老师随即回信，承认笔误并说明更正安排。为进一步核实笔误是否波及实验结果，研究组翻查了论文实验图的原始画图代码。幸运的是，研究组确认了实验图并不受影响。这里，我们正式向关注 HuangLab 的读者说明这次笔误的来龙去脉。

论文信息

Huawei Huang, Guang Ye, Qinglin Yang, Qinde Chen, Zhaokang Yin, Xiaofei Luo, Jianru Lin, Jian Zheng, Taotao Li, Zibin Zheng, “BlockEmulator: An Emulator Enabling to Test Blockchain Sharding Protocols,” IEEE Transactions on Services Computing (TSC), Vol. 18, No. 2, pp. 690–703, 2025.（CCF-A 类期刊，DOI: 10.1109/TSC.2025.3547222）

笔误的具体内容

论文第五章“实验与分析”中，公式 (5) 给出了分片区块链系统在“Phase-3”（合并阶段）的期望吞吐量 TPS。原文公式 (5) 为：

E₃(TPS) = N²·Θ / (2δ)

正确的表达式应为：

E₃(TPS) = N²·Θ / [δ·(2N − 1)]

其中：N 为分片数量；Θ 为每个区块最多打包的交易数；δ 为出块间隔。

推导过程并不复杂。设全网交易打包速率为 φ = Θ·N/δ，系统在整个阶段打包的交易总数为 |W₃| = (2N−1)/N · |X|（|X| 为提交的交易总数），则总耗时为 t₃ = |W₃|/φ = δ(2N−1)|X|/(N²Θ)。系统最终“记账”的交易总数即为 |X|（每笔原始交易只计一次），因此 E₃(TPS) = |X|/t₃ = N²Θ/[δ(2N−1)]。可见，原文在化简时误将分母 δ(2N−1) 写成了 2δ，属于写作笔误。具体原因是：在论文写作环节编辑公式(5)时，作者通过复制公式(4) 的 latex 代码来编辑公式(5)，结果粘贴后忘记更改公式(5)的分母部分。

实验图不受影响：画图代码的原始证据

论文第五章包含“理论—实验”对比的实验图（Figure 9），其中 E₃(TPS) 这条理论曲线正是用公式 (5) 计算绘制的。为确认笔误是否波及实验结果，研究组翻出了论文主要负责做实验的叶光同学 2024 年 9 月的原始画图代码，逐一核对。以下三幅截图记录了这一核实过程。

**图 1**　论文 Figure 9(b) 截图。图中三条虚线为理论期望 TPS 曲线 E₁、E₂、E₃，其中 E₃(TPS) 由公式 (5) 计算；各箱线图为 BlockEmulator 的实测结果。可以看到，实测点与三条理论曲线吻合得良好。

**图 2**　叶光同学翻出的 2024 年 9 月原始画图代码文件。其中 E₃(TPS) 曲线的计算公式为 250 * 4^t / (2^(t+1) − 1)；令分片数 N = 2^t，则 4^t = N²、2^(t+1) = 2N，该式即 250·N²/(2N−1)，对应正确的 E₃(TPS) = N²Θ/[δ(2N−1)]（论文设定 Θ = 2000、δ = 8，故 Θ/δ = 250）。

**图 3**　叶光同学对 Figure 9(b) 画图代码的确认。可核对到三条理论曲线 E₁、E₂、E₃ 的公式均与论文理论分析一致，其中 E₃ 采用的是正确形式，而非论文正文里笔误后的写法。

综上，论文实验图（Figure 9）是用正确形式的公式 (5) 绘制的，笔误只存在于论文正文的公式书写，实验结论不受影响。此外，开源代码中 BlockEmulator 的 TPS 是运行过程中直接统计得到的，同样不受本次笔误影响。

更正安排

我们很快会将更正后的论文（v6 版本）上传至 arXiv 预印本网站 (页面：https://arxiv.org/abs/2311.03612 )。感谢这位同学的认真核验，也欢迎各位读者继续监督 HuangLab 的研究工作。

此处趁机预告一下 BlockEmulator 即将在一周之内推出升级迭代的衍生版本—— AgentEmulator，届时它将支持大规模 AI Agents 之间的高频微支付模拟实验。

敬请关注。

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 (HuangLab) 主导完成。研究组长期专注于区块链分片、共识协议、链上金融、分布式系统与协议等方向的研究，已在 IEEE/ACM ToN、TSC、TC、TPDS、TDSC、INFOCOM、WWW、ICDCS、SRDS 等期刊与会议发表多篇区块链论文。

开源区块链分片实验平台 BlockEmulator 主页：https://www.blockemulator.com/，BlockEmulator 的 GitHub 仓库：https://github.com/HuangLab-SYSU/block-emulator。

HuangLab 近 7 年专注于区块链分片（Blockchain Sharding）理论与技术架构。

若您对区块链分片、共识协议、链上金融等方向感兴趣，欢迎关注 HuangLab 公众号（ID: Huang-Lab）或访问 HuangLab 学术主页：http://xintelligence.pro

黄华威研究组研发的BrokerChain区块链支撑了9位2026届本科毕业设计

过去几年区块链技术正逐步从概念验证走向实际应用。中山大学软件工程学院黄华威教授研究组长期深耕区块链底层协议研究，其提出的BrokerChain分片区块链协议[INFOCOM 2022]目前已有260多次引用。BrokerChain协议通过创新的”账户分割”与”Broker机制”，一定程度上缓解了传统分片区块链跨分片交易延迟高、负载不均衡等核心难题，为高性能去中心化应用提供了坚实的底层基础设施。从2022年至2026年黄华威研究组将 BrokerChain 协议持续完善并扩展为一个同名区块链系统，于2025 年6 月上线了它的学术版测试网 BrokerChain Testnet (academic)。

2026年5月，中山大学软件工程学院共有9名本科毕业生使用BrokerChain分片区块链完成了各自的毕业设计。这些项目涵盖预测市场、积分系统、链上游戏、学术社区、内容监管等多个应用场景，充分展示了BrokerChain作为底层链的通用性与可扩展性，以及研究组自研的数字钱包BrokerChain Wallet做为生态入口的价值。本文将逐一简要介绍这9个项目的成果，展现”底层链+前端交互+DApp”三位一体的BrokerChain应用图景。

BrokerChain 区块链生态系统架构概览

本科毕设项目成果概览

1. (唐同学) 基于区块链的用户自定义预测市场

项目简介

唐同学开发了一款运行在Android端的去中心化预测市场应用，基于BrokerChain区块链实现。系统允许用户对未来事件（如体育赛事、贵金属价格走势等）进行链上押注，通过市场价格机制聚合大众智慧。

与BrokerChain底层链的关联

利用BrokerChain的低时延和高吞吐特性，提升交易效率，降低用户参与成本
基于BrokerChain的EVM兼容性，使用Solidity编写智能合约，实现token自动托管与清算
利用BrokerChain的分片架构，支持高频小额交易的实时处理，避免传统公链的拥堵问题

前端交互方式

采用Android原生应用作为前端，用户直接在App内完成所有操作
私钥以加密形式本地存储于移动端，通过Web3Repository与区块链节点交互
集成DeepSeek大语言模型API，实现AI投研分析与自动托管交易

核心创新点

设计并实现了融合可验证延迟函数（VDF）的自动化预言机，有效抑制抢先交易行为
引入大语言模型对链上数据进行自然语言解读，显著降低用户理解门槛
采用AMM自动做市商算法，根据资金池比例自动计算实时赔率

2. (刘同学) 基于BrokerChain实现便利店用户积分系统

项目简介

刘同学设计并实现了一个基于BrokerChain的便利店用户积分系统。系统采用”链上积分资产、链下业务流程”的分层设计，在BrokerChain上部署符合ERC-20标准的积分代币合约，结合Node.js、MySQL与Vue 3构建完整的业务系统。

与BrokerChain底层链的关联

在BrokerChain上部署ERC-20积分代币合约，实现积分的铸造、转账、销毁等核心操作
利用BrokerChain的低Gas费特性，使积分发放与兑换成本可控
基于BrokerChain的EVM兼容性，使用MetaMask等标准工具完成合约部署与调用

前端交互方式

采用Vue 3 Web前端，顾客、店员、管理员三类角色通过浏览器访问不同页面
通过MetaMask钱包完成链上交易签名，实现积分发放与兑换
系统结合钱包地址实现登录态一致性控制，当检测到账户切换时主动终止会话

核心创新点

面向便利店场景的”链上积分资产、链下零售业务”分层设计
引入后端二次校验机制，主动验证交易回执与业务事件，避免伪造确认风险
采用”链上余额优先，本地账本回退”的双层余额同步策略

3. (史同学) 用BrokerChain实现分片内部质押博弈游戏

项目简介

史同学设计了一种基于分片内质押博弈的游戏BetFi，通过”下注—开奖—收益分配”的游戏流程，引导用户在链初期进行token质押，提升系统初始流动性。项目基于Android Studio开发，借助BrokerChain的跨分片机制，为解决区块链冷启动问题提供了新思路。

与BrokerChain底层链的关联

利用BrokerChain的Broker机制，将跨分片交易转化为片内交易，降低确认延迟
基于BrokerChain的账户分割机制，实现高频账户的负载分散
借助BrokerChain的分片架构，支持多用户并发下注与结算

前端交互方式

基于BrokerChain Wallet进行功能扩展，用户直接在钱包App内参与游戏
通过Wallet完成账户注册、代币申领、余额查看、下注、领取奖励等操作
Wallet内置的BrokerFi功能为用户提供稳定获取测试token的手段

核心创新点

设计基于未来区块哈希的类VRF随机数开奖机制，确保博弈收益分配的透明性与公正性
利用智能合约代替Broker功能，绕过链初期Broker缺乏的问题
构建基于博弈论的冷启动激励机制，为系统注入初始活跃度

4. (张同学) 具备内容监管功能的链上学术社区

项目简介

张同学基于BrokerChain公链技术，设计并实现了具备内容审核功能的学术社区——EmulatorDAO。系统利用智能合约自动完成用户提交内容的筛选、违规等级判定和对应处罚的自动执行，包含审计规则合约和内容监管主合约两个核心智能合约。

与BrokerChain底层链的关联

基于BrokerChain的EVM兼容性，使用Solidity编写智能合约，实现内容审核与惩罚逻辑
利用BrokerChain的分片技术提高交易速度，支持链上实时监控
在BrokerChain测试网部署合约，利用其低延迟特性实现及时反馈

前端交互方式

移动端基于BrokerChain Wallet适配开发，用户通过Wallet完成内容上传与状态查看
管理后台采用Web前端，管理员通过浏览器直接连接区块链节点
前后端均通过JSON-RPC与BrokerChain节点通信，无需修改官方钱包

核心创新点

开发多层次敏感词识别机制，包含学术不端行为、涉密内容及商业违规等多个方面
实现链上自动惩罚机制，根据违规等级自动执行警告、禁言或封禁
预留去中心化自治组织（DAO）扩展接口，支持未来社区治理升级

5. (文同学) 用BrokerChain实现酒店用户积分系统

项目简介

文同学基于BrokerChain区块链，设计并实现了一个去中心化的酒店用户积分系统。系统充分使用区块链、智能合约等Web3技术，解决传统积分系统的信任与流通难题。智能合约遵循ERC-20标准，实现积分铸造、用户间转账以及与wBKC的去中心化兑换。

与BrokerChain底层链的关联

利用BrokerChain的细粒度状态分区与账户分割机制，显著降低跨分片交易比例
基于BrokerChain的高吞吐、低延迟特性，为高频小额积分的实时流转提供支持
采用符合ERC-20标准的智能合约，确保积分与各类钱包和DApp无缝兼容

前端交互方式

采用Vue 3 Web前端，用户通过浏览器访问系统
通过MetaMask钱包完成交易签名与广播，实现积分转账与wBKC兑换
MetaMask作为前端与区块链的通信桥梁，提供标准化的交易签名机制

核心创新点

实现积分与wBKC的去中心化兑换，为用户提供更灵活的积分使用方式
利用BrokerChain分片负载均衡特性，避免”热分片”问题
构建去中心化、高效透明且安全可信的酒店积分管理方案

6. (曾同学) 构建具备用户交互功能的链上社区

项目简介

曾同学基于BrokerChainWallet项目，设计并实现了一个链上社区模块。系统采用”链上激励+链下内容”的混合架构，以钱包地址作为用户唯一身份标识，实现无感登录，并引入原生BKC币打赏机制。

与BrokerChain底层链的关联

基于BrokerChain的账户体系与数字签名机制，构建去中心化身份与交易验证
利用BrokerChain的轻量级特性，在受限区块链环境下实现高效交互
将关键交易数据记录于链上，保证不可篡改性与可验证性

前端交互方式

直接在BrokerChain Wallet App内扩展Community模块，无需独立安装
用户通过Wallet地址实现无密码登录，降低使用门槛
利用Wallet的BKC转账功能实现链上打赏，激励优质内容创作

核心创新点

设计基于ECDSA签名恢复技术的无密码身份认证体系
提出”基于地址轮询的弱一致性交易验证算法”，解决无交易收据环境下的打赏确认难题
采用链上链下分离策略，在可信性与性能之间取得平衡

7. (李同学1)用BrokerChain实现用户自定义的博弈类游戏

项目简介

李同学1基于BrokerChain公链，设计并实现了一款支持用户自定义的完全链上多玩家卡牌消除博弈游戏。游戏核心逻辑、随机发牌、质押结算与胜负判定全部部署在链上，探索高性能公链在链上游戏领域的应用能力。

与BrokerChain底层链的关联

基于BrokerChain的高吞吐低延迟特性，支撑多用户、多步骤、有状态的复杂DApp运行
利用BrokerChain的EVM兼容性，使用Solidity编写游戏核心逻辑合约
在BrokerChain测试网验证系统功能正确性与运行效率

前端交互方式

游戏模块内嵌于BrokerChain Wallet App，复用钱包的账户管理与签名能力
用户通过Wallet完成质押、出牌、结算等所有资产操作
Wallet提供交易签名、事件监听、余额查询等基础能力支撑

核心创新点

将卡牌消除博弈规则形式化建模为状态机，实现链上自动执行
支持分档随机性实现：默认链上区块环境熵同步洗牌，亦可采用ECVRF中继合约
构建链上可验证参数配置体系，支持玩家人数、BKC质押规则、卡牌库构成的自定义配置

8. (李同学2)用BrokerChain实现预测未来事件的博弈游戏

项目简介

李同学2基于BrokerChain分片区块链平台，设计并实现了一套去中心化预测市场博弈系统。系统允许用户对体育赛事、气象变化、金融走势等现实未来事件进行链上押注，采用ERC-1155多代币标准发行YES/NO代币，合约内实现恒积自动做市商（AMM）进行链上动态定价。

与BrokerChain底层链的关联

利用BrokerChain的分片架构，支持多用户并发押注场景
基于BrokerChain的高吞吐特性，实现AMM动态定价与高频交易
通过BrokerChain的低延迟确认，提升用户交易体验

前端交互方式

采用React Web前端构建单页应用，用户通过浏览器访问
用户通过MetaMask钱包完成交易签名与广播
Wallet提供身份识别、资产管理和交易历史查询功能

核心创新点

采用ERC-1155多代币标准发行YES/NO代币，支持多种预测市场并行运行
合约内实现恒积AMM自动做市商，支持链上动态定价与流动性管理
设计Python预言机脚本，自动轮询到期市场并调用第三方API完成链上结算

9. (胡同学)用BrokerChain实现航空旅客积分兑换系统

项目简介

胡同学围绕航空积分兑换机票抵扣权益场景，设计并实现了一个基于BrokerChain的航空旅客积分兑换系统。系统采用链上规则执行与链下业务承接相结合的混合架构，链上完成可验证交易，链下自动生成抵扣券并提供模拟购票核销能力。

与BrokerChain底层链的关联

利用BrokerChain面向账户/余额模型的状态分片机制，更适合承载高频、小额、状态连续更新的支付型业务
通过BrokerChain降低跨分片交易比例、缓解热点分片，为积分兑换提供稳定链上运行基础
链上通过航空积分代币合约和积分兑换合约完成积分授权、兑换和事件生成

前端交互方式

采用Web前端（React/Vue），用户通过浏览器访问DApp
用户通过浏览器钱包（如MetaMask）完成连接、积分查询、授权与兑换分步操作
前端将授权与兑换拆分为独立步骤，结合钱包交易状态追踪

核心创新点

设计approve与redeem两阶段交易流程，解决DApp与钱包交互中的状态误判问题
后端按区块轮询并支持按交易哈希补偿同步，基于tx_hash + log_index构建幂等入库机制
形成从积分资产到消费权益的完整闭环，为真实票务场景提供可复用工程基础

BrokerChain区块链的技术亮点

细粒度状态分片

BrokerChain采用高效的图划分算法对状态图进行优化分割，将高频交互的账户集合尽量划分到同一分片内，从源头减少跨分片交易的发生概率，避免静态哈希分配带来的固化不均衡问题。

Broker机制

通过引入做市商账户（Broker Account），将跨分片交易拆解为两笔独立的片内交易，无需相互等待，将跨片延迟从双分片共识降低至两次独立的片内共识，有效解决了分片区块链的延迟难题。

EVM兼容性

BrokerChain完全兼容以太坊虚拟机（EVM），开发者可以使用Solidity编写智能合约，借助MetaMask、Remix、Web3.js等成熟工具链完成合约部署与调用，大幅降低开发门槛。

Broker2Earn激励机制

配套的Broker2Earn机制鼓励矿工成为Broker，将跨分片交易转换为分片内交易，提高链token的流动性，形成良性的生态激励闭环。

BrokerChain 的 GitHub 链接：

https://github.com/HuangLab-SYSU/brokerchain-academic

BrokerChain-Testnet测试网-使用说明书，网盘下载链接: 提取码2468

https://pan.baidu.com/s/19PB90bJjdlrdMs-zaIa4xQ

BrokerChain Wallet生态价值

统一身份入口

Wallet以用户钱包地址作为唯一身份标识，实现无感登录，避免了传统账户体系带来的注册与认证成本，同时保障私钥不出端的安全原则。

资产管理中心

支持BKC原生代币的存储、转账、质押，以及各类DApp 的token余额查询与管理，为用户提供一站式资产管理体验。

DApp交互接口

Wallet标准化了与区块链的交互方式，DApp开发者无需重复构建钱包逻辑，可直接调用Wallet内置接口实现账户读取、合约调用、交易签名等功能。

生态扩展能力

Wallet采用模块化设计，支持内嵌各类DApp（如BrokerFi、NFT-Fi、BetFi、学术社区等），形成”钱包即平台”的生态格局。

BrokerChain Wallet 的 GitHub 链接：

https://github.com/HuangLab-SYSU/brokerwallet-academic

BrokerChain Wallet 下载页面：

https://github.com/HuangLab-SYSU/brokerwallet-academic/releases

未来展望

这9个毕业设计项目充分展示了BrokerChain区块链生态的多样性与可扩展性。从预测市场到积分系统，从链上游戏到学术社区，BrokerChain作为底层基础设施展现了通用支撑能力；而BrokerChain Wallet、MetaMask、Web前端等多样化的交互方式，则为不同场景下的用户提供了灵活便捷的接入途径。

未来，BrokerChain生态有望在以下方向继续拓展：

跨行业积分联盟：基于ERC-20标准，实现便利店、酒店、航空等多场景积分的跨平台流通与兑换。
去中心化金融（DeFi）：基于AMM机制，扩展借贷、保险、衍生品等更复杂的金融应用。
链上治理与DAO：完善去中心化自治组织的治理工具，支持更复杂的投票、提案与资金管理。
全链游戏生态：探索更丰富的链上游戏类型，构建游戏资产跨平台流通的开放生态。
学术与科研协作：深化链上学术社区功能，支持论文存证、同行评审、科研资助等场景。

结语

2026届本科毕业设计成果是黄华威研究组在 BrokerChain 区块链生态建设道路上的重要里程碑。9位同学从不同应用场景出发，基于 BrokerChain 底层链，采用 BrokerChain Wallet、MetaMask、Android 原生应用、Web前端等多样化的交互方式，完成了各具特色的去中心化应用开发。这些项目不仅验证了 BrokerChain 作为高性能分片区块链的技术优势，也展示了”底层链+前端交互+DApp”生态模式的工程可行性。

区块链技术的发展离不开底层协议创新与上层应用落地的双轮驱动。BrokerChain 研究组将继续深耕分片区块链核心技术，同时推动更多 DApp 在 BrokerChain 生态中生根发芽，为 Web3 时代的到来贡献中国学者的智慧与力量。

免责声明

BrokerChain (academic) 仅供科研、教学、学术交流使用，用户不得使用 BrokerChain (academic) 从事任何非法或盈利活动。
用户使用 BrokerChain 所产生的任何直接或间接后果，均与 BrokerChain 创始团队无关。
BrokerChain (academic) 创始团队保留随时修改、更新或终止 BrokerChain (academic) 的权利，且无需事先通知用户。
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本免责声明受中华人民共和国法律管辖，并按照其解释。

黄华威研究组3篇区块链论文被 ICDCS 2026 接收 (附论文下载)

黄华威，2026年5月3号

HuangLab 并不高产，但足够专注：近5年专注于研究区块链底层原理与技术，尤其聚焦于分片区块链 (Blockchain Sharding) 的理论与技术架构。

2026年4月28日，中山大学软件工程学院黄华威研究组 (HuangLab) 在区块链可扩展性领域的3篇最新论文被分布式计算领域国际会议 IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS) 2026 接收。ICDCS 是分布式计算与系统领域的 CCF-B 类国际会议，发表分布式系统、区块链、云计算等前沿研究。本次 ICDCS 2026 论文接收率是18.59%。

HuangLab被接收的这3篇论文分别从区块链的 “存储卸载”与“共识解耦”、跨分片交易公平性优化、跨分片交易低延迟原子性 三个维度，有望系统性地推进区块链分片技术的研究边界。

接收论文信息

论文一：Folium —— 通过 Follower 节点解耦交易执行与共识

Xiaofei Luo, Huawei Huang*(黄华威，通讯作者), Jian Zheng, Baozhou Xie, “Folium: Decoupling Transaction Execution from Consensus via Follower Nodes in a Blockchain,” in Proc. of IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS), 2026.

关键词： 区块链可扩展性、存储卸载、共识解耦、轻节点参与

核心贡献：

Folium 提出了一种全新的 Proposer-Follower区块链架构，旨在升级当前主流区块链的架构设计。在 Folium 中，异构的低资源节点可以作为特定 Proposer（全节点）的 Follower 加入网络。Folium 使 Proposer 能够将交易执行和账本状态存储卸载给 Follower 节点，从而大幅降低全节点的存储开销，提升共识效率和交易吞吐量。

Folium 的核心设计包含：

确定性 MPT 分区方案：Proposer 基于哈希账户密钥将全局状态树划分为多个不重叠区间，分配给不同 Follower；
去中心化交易调度机制：支持批处理调度和流式调度两种模式，实现并行执行；
去中心化交易调度机制：通过激励层、质押承诺层、奖励分配层三层设计，确保 Proposer 与 Follower 之间的安全协作；
动态负载均衡：根据历史交易统计动态调整交易路由，适配异构设备的处理能力。

**图1. Folium 架构概览**：通过 Proposer-Follower 设计解耦交易执行与共识，低资源节点（如智能手机、嵌入式设备）可作为 Follower 参与网络并分担存储与计算负载。图中展示了 Folium 架构的五个核心步骤：① Proposer 将待处理交易卸载给 Follower；② Follower 执行交易并更新本地 MPT 子树状态；③ Follower 将状态根和交易捆绑结果返回给 Proposer；④ Proposer 广播新区块；⑤ 全网节点对区块达成共识并提交上链。

实验结果表明，Folium 能够将交易执行延迟降低 60% 以上，吞吐量提升 4 倍，全节点账本存储降低 80% 以上（在 10 个 Follower 配置下）。Folium 已在分片区块链（Monoxide）、以太坊单链架构、PBFT 单链架构三种典型区块链上实现验证，并支持异构设备（Raspberry Pi、TPU 板、Mini PC 等）的真实部署。

论文二：Justitia-L —— 基于拉格朗日对偶控制的预算约束公平性优化

Sihua Wang (本科3年级同学), Jian Zheng, Huawei Huang*(黄华威，通讯作者), “Justitia-L: Budget-Constrained Fairness Optimization in Sharded Blockchains via Lagrangian Dual Control,” in Proc. of IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS), 2026.

关键词： 区块链分片、拉格朗日对偶控制、代币经济学、经济可持续性

核心贡献：

区块链分片中，跨分片交易（CTXs）与片内交易（ITXs）存在天然的优先级差异，导致持久性的处理不公平，这是制约系统性能的关键瓶颈。传统激励机制（如 Justitia）主要依赖开环或半动态设计，在波动负载下无法维持控制精度，且缺乏针对代币通胀的严格经济保障。

Justitia-L 提出了一种分层自适应激励框架，将微观层面的延迟纠正与宏观层面的预算管理解耦：

Justitia-PID 模块：采用闭环反馈控制律，将 CTX 与 ITX 的块级排队延迟偏差驱动至零；
拉格朗日对偶优化层：将公平性优化建模为约束拉格朗日对偶问题，引入动态“影子价格”（Shadow Price, λ）来调节激励强度相对于全局通胀预算的关系。

这种双层架构使系统既能敏捷应对瞬态流量突发，又严格遵循长期经济安全边界。理论分析证明了系统的全局渐近稳定性、纳什均衡激励相容性和预算安全性。

**图2. Justitia-L 工作流程**：基于 PID 闭环反馈与拉格朗日对偶优化的双层自适应激励框架，实现跨分片交易与片内交易的公平性保障。图中展示了系统的工作流程：客户端将交易提交至各分片的交易池；系统通过 PID 控制器监测 CTX 与 ITX 的排队延迟偏差 e(t)，计算名义补贴需求；拉格朗日优化层引入动态“影子价格” λ，将补贴约束在全局通胀预算 Γ 之内；最终生成实际补贴 R_S 分配至源分片 A 和目标分片 B，确保跨分片交易获得公平的处理优先级。

实验使用真实以太坊历史交易数据（25万笔交易）在 BlockEmulator 上验证，结果表明 Justitia-L 将 CTX 的尾延迟降低 74%，实现了接近最优的延迟比率 0.98×，在响应精度和通胀鲁棒性方面显著优于现有启发式方案。

论文三：LLA —— 面向分片区块链跨分片交易的低延迟原子性调度

Huawei Huang*(黄华威，通讯作者), Jian Zheng, Qinde Chen, Yuting Yang, “Aiming Low-Latency Atomicity for Cross-Shard Transactions in a Sharding Blockchain,” in Proc. of IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS), 2026.

关键词： 区块链分片、跨分片交易、低延迟原子性、在线调度、排队论

核心贡献：

在分片区块链中，每笔跨分片交易（CTX）被拆分为两个子交易（sub-CTX1 和 sub-CTX2），分别需要在源分片和目标分片进行共识确认。这种“跨分片重复共识”导致 CTX 的确认延迟远高于片内交易（ITX），且保证原子性（两个子交易同时确认或同时失败）是一个重大技术挑战。

LLA（Low-Latency Atomicity）提出了一种去中心化在线调度算法：

抢占式排队模型：利用 Lyapunov 优化理论将全局离线调度问题转化为各分片可独立执行的在线优化问题；
抢占式排队模型：每个分片基于本地观测状态实时决策交易包含策略，无需全局协调；
理论保证：证明了算法具有 O(1/V) 的最优性间隙，且能稳定多队列分片区块链系统。

**图3. LLA 可抢占式排队模型 vs. 传统 FIFO 模型**：上图（Model 1: FIFO）展示了传统先进先出队列的问题——当 sub-CTX2 到达目标分片交易池时，只能排在已有交易之后等待处理，导致第二半子交易确认延迟高；下图（Model 2: Preemptive Queueing）展示了 LLA 提出的可抢占式排队机制——sub-CTX2 可以抢占 TX pool 队列中的优先位置，提前获得共识处理机会，从而显著降低跨分片交易的整体确认延迟，同时保证原子性约束。

实验在开源测试平台 BlockEmulator 上进行，结果表明：

与经典分片协议 Monoxide 相比，CTX 平均延迟降低 70.8%（32 分片配置下）；
sub-CTX2 的排队延迟稳定在 1-2 个 epoch，显著优于 Monoxide 和 DelayFirst 基线方案；
算法执行时间几乎可以忽略不计，具备大规模系统部署的可行性。

论文预印本下载

3篇论文的网盘文件夹访问链接：HuangLab-3-Papers-accepted-by-ICDCS-2026

链接: https://pan.baidu.com/s/1NLqR57JeyYCHKRSIAdPkBQ?pwd=1234

第1篇论文（Luo2026Folium）下载链接：

通过网盘分享的文件：Luo2026Folium.pdf

链接: https://pan.baidu.com/s/1V_BMtEOiS6AdSDNyTvO1lg?pwd=1234

第2篇论文（Wang2026Justitia-L）下载链接：

通过网盘分享的文件：Wang2026JustitiaL.pdf

链接: https://pan.baidu.com/s/1RyoRGvOMPMjgxprTvy-5Yg?pwd=1234

第3篇论文（Huang2026LLA）下载链接：

通过网盘分享的文件：Huang2026LLA__Aiming_LLA_for_CTXs_in_Sharding_Blockchain.pdf

链接: https://pan.baidu.com/s/1ST7f1TGkP_DrV9ftrc5scg?pwd=1234

也可在 HuangLab 公众号（ID: Huang-Lab）后台发送消息 “ICDCS2026”，获取3篇论文 zip打包下载链接。

开源工具的使用

这三篇论文使用的实验平台 BlockEmulator 是中山大学黄华威教授研究组（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。研究组于2026年4月初公布了一个更好用的加强版本 BlockEmulator-X (即 BlockEmulator v2.0 版本)，功能更加强大，欢迎试用。

BlockEmulator 主页：https://www.blockemulator.com/
BlockEmulator v1.0 的GitHub 仓库：https://github.com/HuangLab-SYSU/block-emulator
BlockEmulator v2.0 的GitHub 仓库：https://github.com/HuangLab-SYSU/block-emulator-x

其技术论文 “BlockEmulator: An Emulator Enabling to Test Blockchain Sharding Protocols” 发表在 IEEE TSC，已得到多次引用。欢迎跳转了解 BlockEmulator《区块链实验平台 BlockEmulator 投稿 TSC 的故事》。

展望

HuangLab 这三篇 ICDCS 2026 论文从不同维度系统性地推进区块链技术的研究：

Folium 为区块链架构升级提供了新思路，使低资源设备能够安全参与网络并分担计算与存储负载；
Justitia-L 建立了分片区块链中经济可持续的公平性激励机制，为代币经济学设计提供了理论保障；
LLA 从调度理论角度解决了跨分片交易原子性与低延迟的权衡难题，为高性能分片区块链的实用化铺平道路。

未来，HuangLab 团队将进一步探索智能合约分片、跨链互操作、区块链与 AI 融合等前沿方向，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面上项目、广东省自然科学基金杰出青年项目的支持。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

本次三篇论文均由中山大学软件工程学院黄华威教授研究组（HuangLab）主导完成，HuangLab 研究组成员包括1位教授、2位在站博士后、若干位博士与硕士研究生、本科实习生。研究组长期专注于区块链底层系统与协议、区块链金融、分布式系统与计算、区块链与AI融合等方向的研究，已在 IEEE/ACM ToN、TPDS、TC、TIFS、TDSC、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、区块链金融、区块链融合AI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。黄华威研究组研发并开源了区块链实验平台 BlockEmulator，该平台为区块链方向的研究者提供了成熟优质的实验方法、工具与开源代码，已得到90多个国家地区的研究者的访问或使用；牵头研发了分片区块链 BrokerChain 公链，于2025年6月上线了它的学术版测试网 BrokerChain Testnet (academic)，已开源 ( https://github.com/HuangLab-SYSU/brokerchain-academic/ )。

若您对区块链、区块链与AI融合交叉研究等方向感兴趣，欢迎关注 HuangLab 公众号（ID: Huang-Lab）或访问 HuangLab 学术主页：http://xintelligence.pro

HuangLab 最新区块链分片方案 ShardCutter 被 IEEE ToN 接收(附论文下载与返修经验)

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。

若您对区块链系统、DeFi 协议等方向感兴趣，欢迎关注 HuangLab 公众号（ID: Huang-Lab）或访问 HuangLab 学术主页：http://xintelligence.pro

研究组区块链论文(LiquidityPool协议)被WWW’26接收

2026年1月13日，WWW 2026 结果公布，中山大学软件工程学院黄华威研究组 (HuangLab) 的一篇 DeFi 协议设计与分析的论文被接收。

The Web Conference (WWW) 自1989年创办以来，一直是Web领域最顶级的国际学术会议（CCF-A类），由国际万维网会议委员会（IW3C2）主办。30多年来，WWW见证并推动了互联网的革命性发展，众多改变世界的创新成果首次在此发表，包括1998年奠定 Google 基础的大规模Web搜索引擎论文、2003年的 EigenTrust 算法、2007年的 YAGO 知识库等里程碑式工作。WWW 2026 共收到 3370 篇有效投稿，接收 676 篇，接收率为 20%。会议将于2026年4月13-17日在阿联酋迪拜举行。

接收论文信息如下：

Qinde Chen (陈钦德，博士生), Huawei Huang* (通讯作者), Jian Zheng (郑简，博士生), "LiquidityPool: Game-Theoretic Analysis of Stakeholder Revenue in Ranking-Dependent DeFi," The Web Conference (WWW'26), April 13-17, 2026, Dubai, UAE.

下载论文 camera-ready 版本，请直达如下网盘文件：

通过网盘分享的文件：LiquidityPool_WWW26_camera-ready.pdf
链接: https://pan.baidu.com/s/1Iab212RtG4CXmHp9uTKBow?pwd=1234

论文下载二维码:

论文作者

论文一作是陈钦德，中山大学软件工程学院博士研究生，预计 2026 年6月毕业，导师为黄华威教授。陈钦德同学的研究方向为区块链底层原理、DeFi（去中心化金融）协议设计与分析。自从加入 HuangLab 以来，陈钦德同学作为核心开发者之一参与了开源区块链实验平台BlockEmulator 的开发与维护，该平台目前已被90多个国家与地区的研究者了解并使用。

陈钦德同学已经在 IEEE INFOCOM 2024 上发表了 Broker2Earn 协议的论文，即

Broker2Earn: Towards Maximizing Broker Revenue and System Liquidity for Sharded Blockchains

《HuangLab 两篇区块链论文被 INFOCOM’24 接收》(公众号：Huang-Lab)

Broker2Earn 论文提出了一种针对分片区块链中 broker 角色的激励机制。而本次被 WWW 2026 接收的论文提出的新方案 LiquidityPool 是 Broker2Earn 协议的后续工作，针对 ranking-dependent DeFi 协议中【小额投资者】面临的参与 DeFi 协议壁垒高（赚钱难）的问题，提出了一个名为 LiquidityPool 的资金聚合协议，旨在帮助 DeFi 领域的小额投资者有机会获取较为公平的收益。

论文三作是郑简同学，是黄华威教授的另一名博士研究生，研究方向同样聚焦区块链分片机制与激励机制的设计。郑简的两篇一作区块链论文已发表在 INFOCOM 2025 （CCF-A, 即 Justitia 方案）与 IEEE TDSC（CCF-A）期刊。

论文背景

本论文是黄华威研究组在 Broker2Earn 协议设计方向的延续性工作。研究组已在自研分片区块链 BrokerChain [INFOCOM 2022] 上，尝试构建了一个DeFi应用，即2024年提出的 Broker2Earn 协议 [INFOCOM 2024]。Broker2Earn 首次展示了构建在分片区块链上的一种独特的 ranking-dependent 的激励机制，旨在招募 broker 角色（可以质押 token 到分片资金池的中间人，本质上属于 market maker）参与到分片内部的共识协议，用于加速分片区块链内交易的上链。然而，这类ranking-dependent协议（e.g., Broker2Earn）天然地对资金规模较小的投资者不友好。这是因为，Broker2Earn 论文的实验结果表明：资金规模越大的投资者不仅绝对收益高、收益率也更高。这就形成了明显的”马太效应”：Broker2Earn 协议的大部分收益被大资金投资者赚走了，小额资金投资者处于劣势。

为了帮助读者更清晰地理解本次被接收论文与相关工作的关系，这里使用图1来梳理展示。如图1所示，LiquidityPool 协议构建在 Broker2Earn 协议之上，通过智能合约实现资金聚合功能，使得小额投资者（i.e.,图1 中的Minnows A-D）以集体抱团的方式参与 ranking-dependent DeFi 协议中，获得与大户（i.e., 图1中的 Investor E）相当的市场排名和收益率。

图1展示了 LiquidityPool 协议工作流程的概览。在该协议中，小额投资者（minnows，如A、B、C、D）可以选择将资金汇聚到 LiquidityPool 中，或者像投资者E一样直接参与 Broker2Earn 协议。聚合后的资金池（LiquidityPool A 和 LiquidityPool B）以独立投资者的身份参与底层 ranking-dependent DeFi 协议的生息并获得 Brokerage。图中右下角 “Revenue ranking” 模块展示了最终的收益排名：LiquidityPool B 排名第1（收益4 ETH），投资者 E 排名第2（收益1.5 ETH），LiquidityPool A 排名第3（收益0.5 ETH）。这说明通过 LiquidityPool 方案聚合资金，小额投资者 A、B、C、D 也能 somehow 获得更好的排名位置和更公平的收益回报。

基本思路

Ranking-dependent DeFi 协议是指参与者的收益不仅取决于其投入的资金规模，还取决于其在所有参与者中的排名位置。这类协议广泛存在于分片区块链的跨分片交易处理、流动性质押等场景中。然而，这类DeFi协议对小额投资者极不友好。

图2展示了论文前置实验的观察：在一个包含50个投资者的Broker2Earn协议实验中，资金规模越大的参与者获得的收益率越高，且差异显著。这验证了ranking-dependent协议的竞争结构：资金规模直接影响投资者的收益潜力，对小额投资者形成了壁垒。

在典型的 DeFi 市场中，财富分布遵循幂律分布，少数”巨鲸”（whales）控制了大部分资金，而 90% 以上的小额投资者（minnows）因排名靠后几乎无法获得收益。

为了缓解这一不公平现象，我们提出了 LiquidityPool 协议——它是一种基于智能合约的资金聚合机制。多个小额投资者将资金汇聚到流动性池中，由池运营者统一管理并参与 ranking-dependent DeFi 协议。通过资金聚合，原本分散的小额资金能够形成足够大的资金池，获得更好的排名位置和更高的收益率。池运营者收取一定比例的管理费（Management Fee Ratio, MFR）作为服务回报。本质上类似于“矿池”的运营模式。虽然貌似新瓶装旧酒，但是我们仍然从理论与实验方面做一些探索，以求获得一些 insights。具体而言，我们将上述投资者投资到 ranking-dependent DeFi 协议的行为建模为 Stackelberg 博弈：LiquidityPool 运营者（领导者）先行设定管理费率，投资者（跟随者）观察后决定参与策略。这种双层博弈结构刻画了 DeFi 市场上两类典型对抗角色的决策过程。

论文贡献

贡献1：资金聚合协议设计。本文提出了 LiquidityPool 协议，通过严格的博弈论分析证明了 Nash 均衡的存在性，并刻画了池运营者和投资者在 ranking-dependent 环境中的策略行为，使小额投资者能够通过集体参与的方式克服个体资金规模不足的限制，从而在排名依赖型协议中获得有竞争力的市场位置和收益率。
贡献2：”刀锋均衡”分析。我们发现 ranking-dependent 竞争表现出根本性的不稳定：对称均衡仅在极其严格的初始条件下存在（不对称参数α ≥ α*），这与经典竞争模型形成对比——在传统模型中，对称均衡具有鲁棒性并在有限扰动下保持稳定，而在排名依赖系统中，一旦初始不对称超过临界阈值 α，市场将不可避免地走向垄断结构。
贡献3：社会福利分析。本文证明了垄断集中在社会福利上优于分散竞争，这与传统反垄断框架的假设不同——后者认为市场分散化能提高效率，但我们通过严格的数学推导表明，由于凸性收益函数创造的规模经济效应，资金聚合比竞争性碎片化产生更高的总体福利。
贡献4：理论与实证验证。我们展示了严格的数学分析和全面的实证验证。理论方面，利用 Lyapunov 稳定性理论、不动点定理等工具建立了完整的分析框架。实证方面，通过基于真实以太坊区块链数据（区块19,000,000至19,999,999）的仿真实验验证了理论预测。

实验验证

论文中我们使用了真实的以太坊区块链交易数据（区块19,000,000至19,999,999）通过Python分析框架进行了大规模实验验证。

图3 和图4 的实验结果验证了理论预测：

（1）可及性提升：98%的小额投资者通过LiquidityPool获得有意义的收益；
（2）不可避免的垄断化：所有实验配置都100%收敛到垄断均衡；
（3）社会福利提升：垄断均衡的社会福利高于分散竞争，验证了”垄断悖论”；
（4）竞争动力学：典型案例展示了从多方竞争到单一垄断的完整过程。

研究组介绍

黄华威研究组（HuangLab）是中山大学软件工程学院的一个研究组，专注于区块链系统与协议、DeFi协议设计分析等分布式计算领域的研究。团队成员包括博士后、博士研究生、硕士研究生与本科实习生，他们在区块链技术的理论和应用方面具有丰富的经验。HuangLab致力于推动区块链技术的创新和应用，区块链基础设施方面的研究成果广泛发表在顶级期刊和国际会议上，如 IEEE/ACM ToN/TNet、TPDS、TDSC、TIFS、INFOCOM、WWW、ICDCS、SRDS、IWQoS 等。黄华威老师还出版了《From Blockchain to Web3 & Metaverse》、《Blockchain Sharding: Theory and Practice》、《Blockchain Scalability》和《从区块链到Web3: 构建未来互联网生态》等区块链相关专著、教材、科普书。

黄华威研究组学术主页：http://xintelligence.pro

黄华威知乎账号：区块链黄博士

HuangLab 开发并开源了 BlockEmulator，这是一个区块链实验工具，用于验证新的协议和机制，是已知唯一支持区块链分片协议的实验平台。BlockEmulator 支持以太坊历史交易的回放，能自动输出实验日志文件，能帮助研究人员方便地收集实验数据并绘制实验图表。BlockEmulator 以Go语言实现，支持定制化开发、二次开发，适用于搭建轻量级的区块链实验环境。BlockEmulator主页：blockemulator.com

EmulatorDAO 使用说明

黄华威研究组，2025年10月24日

黄华威研究组 (HuangLab) 发布了专为 BlockEmulator 社区打造的链上社区组织 —— EmulatorDAO。研究组已经将它嵌入了 BrokerChain Wallet 钱包软件的首页，如下图所示。

EmulatorDAO 功能简介

EmulatorDAO的主要用途是允许普通用户提交对BlockEmulator社区做出贡献的证明材料来获得社区的奖励与激励。EmulatorDAO的社区管理员对用户提交的证明材料进行审核评估后，可以通过钱包软件发放纪念徽章（或称作勋章）与BKC两种奖励。同时，用户可以上传一个独特的图片（例如他们自己的论文首页截图）在 BrokerChain 区块链上铸造专属NFT。此外，EmulatorDAO还提供了一个社区广场排行榜，用于展示社区所有用户获得的奖励徽章与他们专属的纪念NFT。

项目诞生背景

BlockEmulator 是黄华威研究组为国内外区块链研究者与开发者打造的创新实验平台，致力于提供轻量级的区块链实验和模拟环境，帮助研究者快速验证他们提出的新概念、新算法、新协议、新机制，并提供了便捷实用的对区块链常见的实验指标（如 TPS、交易确认时延、交易池拥挤程度、消息与区块的网络传播延迟等等）进行性能评估的框架。但是，BlockEmulator 用户社区缺乏激励机制，导致社区的凝聚力不够强。因此，在 BlockEmulator 发展的关键时期，建设一个强大且具有自我驱动属性的用户社区非常必要。为了提升BlockEmulator社区治理水平和激发创新活力，EmulatorDAO项目旨在构建一个面向BlockEmulator社区的自治组织。EmulatorDAO 基于区块链构建链上治理机制，通过设计一套合理的激励机制促进 BlockEmualtor 社区的繁荣与持续发展。

核心功能

激励机制： 社区用户成员提交对 BlockEmulator 社区的贡献度证明材料。社区志愿者审核后，可以通过与链上智能合约交互的方式发放纪念勋章与BKC，用户也可以自行上传图片铸造专属NFT。社区贡献者包括开发者、内容创作者、实验测试人员、协助社区维护的志愿者等等。总之，EmulatorDAO鼓励社区用户使用BlockEmulator做实验、遇到问题积极提交反馈并帮助其他社区成员，旨在推动 BlockEmulator 实验平台与 EmulatorDAO社区的相互赋能。

社区治理： 任何使用过 BlockEmulator 的研究者与开发者可自发成为EmulatorDAO成员，之后就可以为BlockEmulator社区的发展贡献力量。未来，EmulatorDAO社区成员可以在该平台上发起提议，包括平台功能更新、资源分配、社区发展方向等等。这些提议由 EmulatorDAO 成员讨论投票来进行决策。

必要的名词解释

用户提交的“贡献度证明材料”：用于证明用户对BlockEmulator社区做出过贡献的相关证明文档，包括但不限于

使用了BlockEmulator 做实验的证明素材，
引用了BlockEmulator做实验的已发表论文全文，
在 BlockEmulator 微信交流群中的问答截图，
在 BlockEmulator 的GitHub 项目提出 issue 或者反馈 bug 的记录（页面另存为PDF文档），
在研究生组会上的分享记录，
在社交软件群组内的宣传记录，
通过邮件发送给同行的介绍，
在社交媒体上撰写的BlockEmulator的使用教程、图文博客、朋友圈介绍，
公开的播客音频、介绍视频，

等等其他任何对 BlockEmulator 的使用与推广做出正面促进的材料。

面向社区用户发放的“勋章”：纪念勋章用于计算用户在社区贡献排行榜中的排序，排序靠前的社区用户将获得相关研究成果的展示机会。

面向社区用户发放的“BKC”：BKC是 EmulatorDAO 底层基础设施 BrokerChain 区块链的 native token，持有它可以获得BrokerChain区块链的治理权益与未来成长价值。

用户操作步骤

用户通过手机端 BrokerChain Wallet 主页的EmulatorDAO 按钮进入页面。

具体操作步骤解析为如下几个步骤：

Step1: 用户在进入 EmulatorDAO 主页（如图3）后，可以点击左上角的“Proof Submission”按键进入材料提交界面（如图4）提交贡献度证明材料与编辑希望展示的相关信息。

Step2: 用户在完成提交后，可以通过主页中左下角“My”按键进入“我的”界面（如图5）查看当前提交的审核状态。

**图6.** 审核通过后，用户还可以点击“My NFTs”查看已铸造的专属NFT.

Step3: 在审核完成后，首页的排行榜会进行更新显示对 BlockEmulator社区贡献排序靠前的用户们的信息，同时用户也可以点击主页右下角的“全局”按键进入查看目前社区中发放的勋章总数与所有铸造的NFT（如图7所示）。

**图7.** 点击主页右下角的“Global”按钮，查看社区的总体勋章与NFT的情况.

软件下载

目前用户只能通过HuangLab 发布的BrokerChain Wallet 钱包软件来使用EmulatorDAO的功能。BrokerChain Wallet 钱包的下载地址如下：

https://github.com/HuangLab-SYSU/brokerwallet-academic/releases

值得注意的是：当前BrokerChain Wallet 钱包只能运行在安卓设备上，如果您没有安卓设备，可以尝试在其他操作系统上安装一个安卓模拟器，例如MacOS 上可以安装 BlueStacks模拟器软件，然后在模拟器中安装BrokerChain Wallet钱包。

愿景

EmulatorDAO 展示了在研究组自研区块链 BrokerChain 上构建自治组织（DAO）的可能性。研究组计划将它制作成可复用的模板开源出去，给其他研究者与开发者提供一个参考。我们会提供详细的设计与实现说明文档，希望可以帮助他们开发他们自己版本的链上应用。

致谢

EmulatorDAO 的核心开发者是中山大学软件工程学院的几位大三本科生，分别是万伟杰、周意、王思华、龚虹宇，指导老师是黄华威。几位本科生也是黄华威老师研究组的本科实习生。在此，研究组对几位本科生的聪明才智与辛苦工作表示诚挚的感谢！

BlockEmulator简介 (内容由AI生成)

BlockEmulator是指中山大学软件工程学院黄华威研究组开发的区块链实验平台。它是一个开源的实验工具，专门设计用于验证新的区块链协议和机制，特别是区块链分片协议。BlockEmulator支持以太坊历史交易的回放，能自动输出实验日志文件，帮助研究人员方便地收集实验数据并绘制实验图表。这个平台以Go语言实现，支持定制化开发，适用于轻量级区块链系统的实验平台搭建。

具体来说，BlockEmulator 具有以下特点。

功能强大: BlockEmulator 能够测试区块链分片协议，填补了该领域的研究空白。

实验友好: 它提供了便捷的二次开发与实验数据收集功能，适合进行区块链激励层设计新的机制、共识层评估共识算法、协议层添加新的功能、网络层参数优化设置、数据层优化存储等研究与实验；它尤其支持分片区块链的性能评估，例如分片间的账户分配算法、交易负载均衡调节、跨分片协议开发与性能评估，等等。

广泛应用: 已经有多个国内外研究团队使用BlockEmulator作为实验工具，研究成果发表在顶级期刊和国际会议上，如IEEE/ACM ToN, TPDS, TSC, TNSE, TNSM, TDSC, TIFS, INFOCOM, ICDE, WWW, ICDCS, SRDS等。

社区支持: BlockEmulator有一个活跃的微信群用户社区，黄华威研究组成员会在社区及时回复用户的技术问题，提供帮助和解决方案。

文档详尽: 研究组发布了详细的用户指南，帮助新手更快上手，同时还有B 站视频教程和GitHub示例代码可供参考。

持续更新: BlockEmulator不断更新代码，优化参数配置，引入新功能，并通过GitHub和官网保持与用户的互动。

总之，BlockEmulator是一个功能全面、用户友好的区块链实验平台，为区块链研究者提供了一个强大的工具来测试和验证新的协议和机制。

可支持频繁分片重组的两层分片区块链方案 —— DecoupleChain

许淼泳，黄华威

如下论文被 ICWS 2025 接收。

Huawei Huang, Miaoyong Xu, Chenlin Wu, Xiaofei Luo, Jian Zheng, Jianru Lin, Zibin Zheng*, “DecoupleChain: A Two-Layer Blockchain Sharding System Enabling Frequent Shard Reconfiguration”, IEEE The International Conference on Web Services (ICWS), July 2025.

DecoupleChain-Final Download

一、研究背景与动机

分片技术通过将区块链网络划分为能够并行处理交易的子集，可显著提升交易吞吐量，但现有分片区块链方案在安全性与系统动态调整方面普遍存在缺陷：分片内共识节点规模较小且易受攻击。而共识节点的跨分片重洗牌（shuffling）操作虽然可以一定程度上提高分片区块链的安全性，但是 shuffling操作产生的巨大系统开销会导致分片重组的频率受限，为恶意节点提供了可乘之机。本文针对这一核心矛盾，提出了一种可支持频繁分片重组的两层区块链架构 DecoupleChain，通过系统架构创新与机制优化兼顾了分片区块链的安全性与可扩展性。

二、本文贡献

本文提出了一种名为DecoupleChain的双层区块链系统架构，该分片系统架构支持低开销的高频分片重组。
DecoupleChain采用“存储”与“共识”分层的架构设计，将两种功能“发配”至独立的分片内各自执行。为此，本文设计了账户状态及交易回执的验证机制，并引入“超时控制”机制以保障交易执行的原子性。
本文实现了DecoupleChain的原型系统，在多个物理机共识节点搭建的实验环境中使用真实交易数据集进行了性能测试。实验结果表明：即使在分片频繁重组的场景下，DecoupleChain系统的交易吞吐量仍可保持稳定；相比之下，以太坊系统的分片方案（自实现的Eth-sharding）对应的交易吞吐量TPS则跌至75% 甚至更低。

三、提出方案的简介

1. 核心思想

DecoupleChain 的 core idea 在于对区块链功能的分层解耦。系统采用了两层架构设计：Layer1 与 Layer2。其中，我们将系统的 Layer2 设计为无状态的“共识分片”与存储专用的“存储分片”协同工作的模式：“共识分片”仅负责交易验证与共识，通过向存储分片请求账户状态及 Merkle 证明实现轻量化运行；“存储分片”则专注于状态数据的持久化与跨层验证。Layer1 采用可信公链（如以太坊）作为全局状态的信任“锚点”，通过智能合约存储区块元数据（即时间信标，time beacon），并基于 BLS 聚合签名与可验证随机函数（VRF）随机选举机制构建可信验证框架。这种功能解耦的设计使得共识分片能以极低的开销实现分钟级共识分片的重组，通过动态节点洗牌的方式来有效地抵御贿赂攻击与 Sybil 攻击，同时利用 Layer1 的可验证性保障跨分片交易的原子性。

2. 系统简介

2.1. 角色介绍

系统设计整体上分为主要的二层区块链（称为Layer2）和承担辅助作用的一层区块链（称为Layer1）。Layer2又包含“存储分片”、“共识分片”和客户端。以下对这几个角色做简要介绍。

存储分片。系统中的节点根据地址后缀被划分成多个group，每个group称为一个分片。分片内的节点只存储该分片的账户状态、区块等数据。节点到分片的映射是固定的。
共识分片。系统中的节点被随机划分成多个group，每个group称为一个共识分片。每个共识分片对应着唯一的存储分片。系统中的交易会根据交易发起者的账户被划分到不同的共识分片中处理，共识分片本身不存储账户的状态，而是在需要读取状态时从对应的存储分片中获取，并将在共识分片中执行完的交易的结果发送回存储分片。并且，节点到共识分片的映射是动态变化的，以此抵御恶意节点对特定共识分片的腐化攻击。
客户端。客户端负责将用户的交易发送到区块链，并关注目标交易返回的执行结果。
Layer1。Layer1是一条可信任的公链（例如，以太坊），其上运行着与本文提出的Layer2相关的智能合约（即 TBStore）。Layer2中的共识分片出块时，会调用该智能合约，存入新区块的元信息。此外，Layer2上的共识节点可以向该智能合约查询任一分片任一高度对应的区块四元组数据，且以此为参考来验证其他共识节点发送过来的状态的正确性与合法性。

2.2. 系统运行流程

本文所提出的两层DecoupleChain系统的总体视图如图1所示，关键运行流程介绍如下。步骤①：客户端提交/广播交易。步骤②：共识分片向存储分片请求账户状态。步骤③：存储分片返回状态和Merkle证明。步骤④：共识分片运行PBFT共识以生成新区块并向客户端返回收据。步骤⑤：共识分片通过可验证随机函数（VRF）选举出一部分节点。步骤⑥：从区块中提取出时间信标（Time Beacon，简称为TB），由当选节点多重签名后，继而传递至Layer1中。步骤⑦：Layer1中的轻节点发起一笔交易，以在智能合约上记录该TB。步骤⑧：轻节点等待直至TB被确认，然后将其更新至订阅它的Layer2节点。步骤⑨：存储分片在区块链上提交区块，并将账本状态更新到状态树。

跨分片交易处理

跨分片交易处理是分片系统中不得不提到的一个部分。整体上我们采用与Monoxide [1] 类似的Relay Transaction（交易中继）机制，在其中增加了与客户端和Layer1链的交互与验证。此外，我们还设计了交易超时回滚机制，达到了更强的交易原子性。图2展示了一笔跨分片交易的处理过程。客户端首先向源共识分片发送一笔交易，源共识分片上链该交易并返回上链证明。随后客户端向目标共识分片发送跨分片交易。如果客户端等待一定的时间后仍然没有收到目标共识分片的回复，则认为该交易执行失败，向源共识分片发送回滚交易。

四、实验结果

实验设置：本文基于Go搭建了一个分片区块链的仿真实验环境来对所提出的协议进行验证。我们收集了以太坊2022年6月7日到2022年6月14日的1,920,000条转账交易数据作为交易数据来源。基于一些经典论文中的设置，我们将区块大小和出块间隔分别设置为1000笔交易和4秒（因而每个分片的理论最高吞吐量是每秒250笔交易）；在某些实验组，分片数量也会改变。

基准方法：本文选择以下三种方法作为基准，与DecoupleChain的重组性能进行比较。全同步方法（Full sync (Ethereum)）[2] 需要从创世块同步到最新块的所有块数据；快速同步方法（Fast sync (Ethereum)）[2]仅同步最近的区块和状态树。tMPT方法[3]基于活跃账户压缩状态树，节点必须同步压缩后的状态树。另外，本文基于以太坊实现了Eth-sharding方法，在相同的共识协议和实验参数配置下，对比两者在高频重组情况下的整体性能波动情况。

主要实验结果：如图3(b) 所示，DecoupleChain实现了最短的整体重配置延迟，其重配置延迟的中位数比tMPT低35%，比Fast sync低67%。图 3(a) 中的较大延迟波动主要归因于每次分片重配置期间共识停止阶段的延迟大幅变化。此外，由于累积的区块链数据会随着时间的推移而增加，Full sync和Fast sync方法的延迟将随着数据量的增加而增长，而tMPT方法和DecoupleChain则相对保持稳定。

当把分片重组间隔设置为三个 blocks，系统大约每12秒触发一次分片重配置。图 4 所示，与Eth-sharding相比，DecoupleChain在重配置期间产生更少的状态同步数据量。随着系统持续运行，同步数据量持续增加，DecoupleChain的优势变得更加明显。此外，Eth-sharding的吞吐量 TPS 受到分片重组累计次数的显著影响，而DecoupleChain仍然保持稳定的TPS。

五、本文总结

本文针对分片区块链中安全性与可扩展性的矛盾，提出了一种支持高频低开销重组的两层分片区块链架构DecoupleChain。通过解耦共识与存储功能，DecoupleChain系统实现了三个方面的创新：1) 无状态共识分片支持分钟级动态重组，将恶意节点集中攻击的成功概率控制在10^{-6}量级；2) 基于Merkle证明与Layer1锚定的跨层验证机制，在保障数据完整性的同时减少跨分片通信开销；3) 通过两阶段提交与超时回滚机制，保障跨分片交易的原子性，使超时交易及时回滚。实验证明，系统在200节点规模下仍能保持线性扩展能力，为分片技术的工程化落地提供了新思路。

六、提出的机制应用到工业界的前景分析

区块链底层技术仍处于初期探索阶段，还面临诸多问题和挑战。区块链的性能表现已经成为能否推动区块链产业繁荣发展的关键因素。尤其是，如何提高区块链的可扩展性已经成为当今区块链体系架构方向的重点研究方向之一。本文提出的两层分片区块链协议能够在提高区块链可扩展性的同时保障其安全性和去中心化。因此，本文提出的方案有望为分片区块链提供进一步提升系统性能的解决方案。

虽然本论文没有发表在A类顶会上，但我们自己仍然非常欣赏这项工作。

参考文献

[1] Wang J, Wang H. Monoxide: Scale out blockchains with asynchronous consensus zones[C]// Proc. of 16th USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation (NSDI’19). 2019:95-112.

[2] Wood G, et al. Ethereum: A secure decentralised generalised transaction ledger[J]. Ethereum project yellow paper, 2014, 151(2014):1-32.

[3] Huang H, Zhao Y, Zheng Z. tmpt: Reconfiguration across blockchain shards via trimmed merkle patricia trie [C]//Proc. of the 31st International Symposium on Quality of Service (IWQoS 23). 2023:1-10.

两篇区块链论文被顶会 INFOCOM 2025 接收 (附论文下载)

2024年12月6日，INFOCOM 2025结果公布，中山大学软件工程学院黄华威研究组（HuangLab）与北航、新加坡科技设计大学、香港浸会大学、新加坡南洋理工大学合作的两篇区块链分片机制的论文被接收。INFOCOM 全称为 IEEE International Conference on Computer Communications, 是CCF-A类计算机网络领域顶会。INFOCOM 2025年的论文接收率为 272/1458 = 18.65%。

两篇被接收论文信息如下。

[论文1] Jian Zheng (郑简), Huawei Huang* (黄华威，通讯作者), Yinqiu Liu (刘寅秋), Taotao Li (李涛涛), Hong-Ning Dai (戴弘宁), Zibin Zheng (郑子彬), “Justitia: An Incentive Mechanism towards the Fairness of Cross-shard Transactions,” IEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM’25), May 19-22, 2025, London, United Kingdom.
[论文2] Xinpeng Huang (黄鑫鹏), Wanqing Jie (揭晚晴), Shiwen Zhang (张诗雯), Haofu Yang (杨浩甫), Wangjie Qiu (邱望洁，通讯作者), Qinnan Zhang (张沁楠，通讯作者), Huawei Huang (黄华威), Zehui Xiong (熊泽辉), Shaoting Tang (唐绍婷), Hongwei Zheng (郑宏威), Zhiming Zheng (郑志明), “ContribChain: A Stress-Balanced Blockchain Sharding Protocol with Node Contribution Awareness”, IEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM’25), May 19-22, 2025, London, United Kingdom.

论文下载

通过网盘分享的文件：“INFOCOM25-两篇论文”
链接: https://pan.baidu.com/s/1MAptxA8IRCbTUxCw8Qa4Jw?pwd=uit3

提取码: uit3

Justitia郑简_INFOCOM-2025-正式版本 Download

ContribChain黄鑫鹏-INFOCOM2025-正式版本 Download

两篇论文的背景简介

论文1的一作是郑简，中山大学软件工程学院博士一年级同学。郑简同学的研究方向为区块链系统、DeFi 协议设计与经济学分析。自从2020年以本科实习生身份加入 HuangLab 之后，郑简先后参与了 HuangLab 多科研任务，例如参与开发开源区块链实验平台 BlockEmulator (blockemulator.com)、负责研究分片区块链 BrokerChain [INFOCOM 2022] 的分片间交易公平性机制 (即本篇论文提出的方案 Justitia)。此外，郑简同学2021-2022年还研究了针对 PoW (Proof-of-Work) 区块链的自适应新型双花攻击的问题，相关论文“Adaptive double-spending attacks on PoW-based blockchains”发表在TDSC（CCF A类期刊）。

论文2的一作是黄鑫鹏，北航人工智能学院博士一年级同学。黄鑫鹏同学的研究方向为高性能区块链系统、区块链攻击检测。本论文实验平台采用了黄华威研究组开源的区块链实验平台 BlockEmulator，并在此基础上进行ContribChain的系统实现。

论文1的更多背景

论文1是黄华威研究组自研分片公链BrokerChain (BrokerChain: A Cross-Shard Blockchain Protocol for Account/Balance-based State Sharding, 发表在INFOCOM 2022) 的后续相关工作。BrokerChain现在已经被完善为一个高性能分片区块链基础设施，相关技术方案目前已经支持了华为云区块链、鹏城实验室区块链、上海保交链等企业级区块链系统。2023年5月，研究组将 BrokerChain 的基本实现框架以及研究组后续一系列区块链成果的内置算法、与实验工具集开源为区块链实验平台 BlockEmulator ( blockemulator.com)，目前已经得到来自超过80个国家与地区研究者的使用。最近，研究组已经将blockEmulator 技术原理的论文上传到了 arXiv，题目为 “BlockEmulator: An Emulator Enabling to Test Blockchain Sharding Protocols”, 访问链接为 [ https://arxiv.org/abs/2311.03612 ]。在这个文档中，我们详细介绍了 BlockEmulator 的各个重要功能接口，并且展示了 BlockEmulator执行结果的正确性验证的实验。研究组还维护了一个350名的 BlockEmulator 用户群，用于解答使用者遇到的各种技术问题。截止今日，研究组已经使用 BlockEmulator 产出了十余篇区块链论文。欢迎同仁试用 BlockEmulator 来做区块链实验。

为了帮助读者更清晰地理解跟本次被接收论文1相关的几项工作的关系，这里使用图1来梳理展示。目前，黄华威研究组已经在自研分片区块链 BrokerChain 上基于智能合约开发了一个去中心化金融 (DeFi) 应用 (命名为 BrokerFi；法律法规所限，尚未落地)。如图1所示，BrokerFi 的前端采用研究组自研的 BrokerChain Wallet (BrokerFi 数字钱包)；后端即分片区块链BrokerChain；BrokerFi 的核心经济模型是Broker2Earn 协议 [INFOCOM 2024]，它展示了一个激励机制，用于帮助 BrokerFi 解决如何招募 Broker 角色参与进 BrokerChain生态的问题。研究组已经毕业的林岳同学设计了 BrokerChain 系统中的账户迁移机制 [INFOCOM 2024]。本次，郑简同学设计的 Justitia 方案针对 BrokerChain 分片区块链中共识协议在验证片内交易 (Intra-shard Transactions, ITXs)与跨分片交易 (Cross-shard Transactions, CTXs)时存在的不公平现象，旨在解决 CTX 因为交易手续费会被拆分给多个分片内的出块者而带来的延迟上链的问题。

**图1. 在分片区块链 BrokerChain上构建的第一个 DeFi 产品 BrokerFi 的架构设计**

两篇论文内容简介

论文1： Justitia: An Incentive Mechanism towards the Fairness of Cross-shard Transactions

一、基本思路

分片区块链技术 (Blockchain Sharding) 是一种确保区块链去中心化特性同时又可以大幅提高区块链性能的可行技术路线。区块链分片的基本思想是将所有区块链节点分成几个分片，每个分片并行处理交易。因此，分片技术可以大大提高区块链网络的吞吐量，并减小交易确认时延。然而，分片技术的引入也带来了新的挑战。首先，在状态分片中（即每个分片维护不同账户的状态），一笔交易涉及到的账户可能在不同的分片中，这种交易通常被称为“跨分片交易(cross-shard transaction, CTX)”，与之相反的是“片内交易(intra-shard transactions, ITX)”。跨分片交易的处理往往比片内交易更加耗时，因此高比例的跨分片交易会对区块链的性能造成巨大负面影响。

BrokerChain [INFOCOM 2022] 分片协议的基本原理是：“做市商账户(broker account)”可以提供通证给分片区块链使用，以此将一笔“跨分片交易”巧妙地化解为两笔容易上链处理的“片内交易”。然而，相对片内交易，跨分片交易（CTXs）会遭遇不公平性现象，而且问题是当前区块链分片技术中的一个普遍存在的挑战。尽管现有解决方案已经解决了CTX的原子性问题，但在处理分片内的交易时，CTXs在交易池内的排队延迟显著高于片内交易（ITXs），这会导致区块链用户的体验变差，并影响分片区块链对 CTXs 的上链公平性。

**图2. 在BrokerChain分片区块链中，一个跨分片交易(CTX)的处理流程**

这里我们使用图2来解释跨分片交易（CTXs）遭遇的不公平性现象。如图2所示，在分片区块链系统底层，一个CTX被解析为两个“纠缠”的子交易，分别在源分片（Source Shard）和目标分片（Destination Shard）内执行共识并上链。当用户提交一笔交易到区块链时，用户并不知道该笔交易是被当做片内交易还是跨分片交易来参与共识。而用户仅仅支付一笔常规的手续费。按照统计规律，该笔交易在一个多分片的区块链系统中大概率会被解析为一个跨分片交易，即CTX。在传统针对 CTX的处理机制中，该笔 CTX涉及的两个子交易需要分别在不同分片（源分片与目标分片）排队等待参与片内共识，原始手续费要被拆分并分别支付给两个分片内的出块者节点。这会导致此CTX在交易池中的排队延迟远高于其他片内交易ITXs，这是因为 ITXs 的手续费并没有被拆分。出块节点会优先打包ITXs。

图3和图4的前置实验结果展示了 CTX 会比 ITX 经受更长的交易池内排队时延、更小的上链比例。为了解决CTX遭遇的不公平的问题，我们提出了一种激励机制，命名为Justitia，通过激励区块提议者优先处理CTX，从而减轻它们在交易池中与 ITX 排队延迟的差异。Justitia设计时考虑了分片区块链的基本属性，包括安全性、原子性和公平性。

二、本文贡献

协议设计：我们提出一种面了向分片区块链的激励机制Justitia，专注于解决CTX与ITX的公平性问题。机制设计中采用了Shapley值理论，而且确保了多输入多输出（MIMO）类型的CTX的激励公平性。
理论保障：我们通过严格的理论分析证明了Justitia机制在分片区块链中能够保证安全性、原子性和公平性，尤其是显著减少了CTX的排队延迟。
系统实现：我们在开源分片区块链实验平台BlockEmulator上实现了Justitia机制，并基于以太坊的历史交易数据进行了广泛的性能评估。实验结果表明，Justitia不仅显著降低了CTX的排队延迟，还避免了系统高额补贴导致的经济通胀问题，证明了其面向分片区块链系统的实用性。

论文2：ContribChain: A Stress-Balanced Blockchain Sharding Protocol with Node Contribution Awareness

一、基本思路

区块链分片已成为一种用于提高区块链性能的突出技术，其核心思想是将整个区块链网络划分为多个子网，称为分片。这些分片并行地处理事务，从而提高了区块链的事务吞吐量。此外，分片区块链通过改变每个分片内的节点，对分片进行定期重组，以保证整个区块链网络的安全性。

目前，大量的研究主要集中在降低跨分片交易的比例，实现分片间的负载平衡，以提高分片区块链的性能。通过利用分片技术的并行优势，这些优化方法有助于提高系统吞吐量。但是，现有的方法忽略了分片内的节点组成，而只关注事务层。当分片之间存在性能差异时，即使它们的负载保持平衡，它们的压力也不平衡。

在这里，我们定义分片压力为分片处理事务的能力与工作负载的匹配程度。图5(a)和(b)分别说明了在事务分配和节点分配中不考虑分片性能的影响，事务积压在了处理能力较低的分片中。图5(a)显示了只考虑负载而忽略分片处理能力差异的情形；当前的负载均衡优化和分片重配置的方法侧重于事务分配或节点分配，而忽略了它们的联合影响，这会导致类似图5(b)的情况出现。我们把这个问题定义为当分片事务处理能力和分片负载不匹配时发生的分片间压力不平衡。

为了解决该问题，我们提出了一种新的压力均衡区块链分片协议 ContribChain，并设计了基于节点贡献值的节点分配和账户分配算法，以实现压力均衡。

二、本文贡献

压力均衡区块链协议（ContribChain）：我们提出动态更新的节点贡献值，以评估节点性能和安全性。此外，账户分配和节点分配算法基于节点和交易水平对分片压力进行评估，确保分片之间的压力平衡。
基于节点贡献值的节点分配算法（NACV）和基于性能的账户分配算法（P-Louvain）： NACV努力在考虑安全性的情况下，实现已分配节点的性能和分片的负载之间的平衡。P-Louvain将跨分片交易比例最小化，同时确保分片负载和性能相互匹配。
系统实现：我们在一个开源的区块链实验平台BlockEmulator上实现了ContribChain。评估结果显示，与最先进的基线相比，P-Louvain分配执行时间减少了86%，跨分片交易比例减少了7.5%；ContribChain提高了35.8%的吞吐量，降低了16%的跨分片交易比例。

团队介绍

黄华威研究组（HuangLab）是中山大学软件工程学院郑子彬院长团队的一个研究组，专注于区块链、Web3、DeFi协议设计等分布式系统协议等领域的研究。团队成员包括副研究员、博士后、硕士和博士研究生，他们在区块链技术的理论和应用方面具有丰富的经验。HuangLab 致力于推动区块链技术的创新和应用，区块链基础设施方面的研究成果广泛发表在顶级期刊和国际会议上，如IEEE/ACM ToN, TPDS, TDSC, INFOCOM、ICDCS、SRDS、IWQoS等，团队成员还出版了《From Blockchain to Web3 & Metaverse》、《Blockchain Scalability》和《从区块链到Web3: 构建未来互联网生态》等区块链相关书籍。

黄华威研究组学术主页：http://xintelligence.pro

HuangLab 开发了BlockEmulator，这是一个区块链实验工具，用于验证新的协议和机制，特别是区块链分片协议。该工具支持以太坊历史交易的回放，能自动输出实验日志文件，帮助研究人员方便地收集实验数据并绘制实验图表。BlockEmulator以Go语言实现，支持定制化开发，适用于轻量级区块链系统的实验平台搭建。

BlockEmulator 主页：blockemulator.com

黄华威研究组微信公众号：Huang-Lab

分片区块链 mini 综述发表在 IEEE ComMag

杨青林，黄华威， 2024 年 11 月 06 日

研究组一篇题目为 “The State-of-the-Art and Promising Future of Blockchain Sharding” 的论文近日被 IEEE Communications Magazine (ComMag) 接收。IEEE Communications Magazine 是计算机领域高水平国际期刊，重点专注工程技术-网络通讯领域的新研究，旨在促进和传播该领域相关的新技术和新知识。ComMag 最新影响因子为 8.3，是中科院 SCI 二区期刊。

论文信息

Yang, Qinglin (杨青林), Huang, Huawei (黄华威，通讯作者), Yin, Zhaokang (殷昭伉), Lin, Yue (林岳), Chen, Qinde (陈钦德), Luo, Xiaofei (罗肖飞), Li, Taotao (李涛涛), Liu, Xiulong (刘秀龙), Zheng, Zibin (郑子彬), “The State-of-the-Art and Promising Future of Blockchain Sharding,” IEEE Communications Magazine, Nov 04, 2024, pp. 1-7.

论文内容简介

区块链分片是提升区块链系统可扩展性的重要技术分支。它被认为是在不破坏区块链去中心化特性的情况下，能够实现链上扩容、显著提升区块链可扩展性的潜在解决方案之一。为了给区块链分片的研究提供参考，并激发学术界和工业界的参与，我们梳理了近三年来发表的关于区块链分片的部分最新研究。本文还进行了实验，展示了具有代表性的分片协议，如Monoxide、LBF、Metis和BrokerChain的性能。最后，我们从Web3、元宇宙和去中心化金融（DeFi）等新兴应用对高吞吐量的迫切需求出发，展望了分片技术的潜在挑战和美好未来。我们希望这篇文章能对研究人员、工程师、教育工作者有所帮助，并对区块链分片领域的后续研究有所启发。

论文下载

The_State-of-the-Art_and_Promising_Future_of_Blockchain_Sharding Download

实验室在香港举办区块链学术论坛

Huawei Huang, 2024 May 16

2024年5月11-12日，中国计算机学会第17届服务科学国际会议（CCF 17th International Conference on Service Science, CCF ICSS 2024）在香港理工大学举办。5月11日下午，实验室在本次会议举办了以“区块链、可信计算和服务”(Blockchain, Trustworthy Computing, and Services)为主题的学术论坛。

论坛简介

本论坛专注于区块链、可信计算和服务。旨在为参会专家学者提供一个分享前沿新颖的学术观点以及交流合作的平台，共同探索区块链系统、可信执行环境、DeFi等最新进展和发展趋势。本技术论坛邀请了4位区块链和人工智能领域的知名专家学者进行主题演讲，使用语言为英语，演讲内容涵盖：区块链底层协议设计、鲁棒机器学习算法、基于可信执行环境的隐私保护技术、基于区块链的DeFi服务安全。论坛主席是黄华威副教授。

论坛邀请的4位专家分别是:

肖斌，香港理工大学教授，报告题目《Security of DeFi Services Based on Blockchain》
戴弘宁，香港浸会大学副教授，报告题目《Porygon: Scaling Blockchain via 3D Parallelism》
李钰鹏，香港浸会大学助理教授，报告题目《Toward a Trustworthy Digital Future: Robust Online Machine Learning and Intelligent Fact-Checking》
牛健宇，南方科技大学研究助理教授，报告题目《When Web3 Meets TEEs: Opportunities and Challenges》

本次论坛更多的照片，请访问：https://acd.alltuu.com/mobile/large/1003451155/?mode=release

论坛主席介绍

黄华威，中山大学软件工程学院副教授，博导，入选2023年度全球前2% 顶尖科学家榜单，IEEE Senior Member，CCF高级会员。取得日本会津大学计算机科学与工程博士学位。研究方向包括区块链系统、Web3、元宇宙、分布式系统与协议。近五年区块链相关的研究成果发表在高水平国际学术会议与期刊，如 ToN, TPDS, INFOCOM, ICDCS 等，论文谷歌学术引用5500。曾在国际期刊组织6次区块链/Web3专刊；曾担任十余个国内外学术会议与学术论坛研讨会的组织主席。主持科技部与广东省重点研发计划课题，国自然面上青年、CCF-华为胡杨林基金区块链专项等十余项科研项目。出版区块链英文学术著作《From Blockchain to Web3 & Metaverse》、《Blockchain Scalability》与区块链书籍《从区块链到Web3：构建未来互联网生态》，开源了区块链实验平台blockEmulator.com。

BlockEmulator 是一个可支持多种共识协议与跨分片机制的区块链协议验证平台，由InPlusLab· 黄华威研究组开发并开源。

BlockEmulator首页：https://www.blockemulator.com

该实验平台主要面向区块链研究人员，当他们需要对提出的新型区块链共识协议、新型跨分片机制进行验证时，可以帮助用户快速搭建一个轻量化的区块链底层协议的实验平台，并对实验数据进行收集，方便绘制科研论文所需的实验图。

BlockEmulator实现了区块链的底层技术框架，不仅可以帮助初学者快速入门及加深理解区块链底层运行原理，也能为区块链研究者提供一个完整的区块链新型协议机制的开发和测试环境。它可以降低开发和测试一个区块链新协议的成本和难度，为研究人员提供可定制化的二次开发环境，可加速区块链技术的创新。