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HuangLab 两篇区块链论文被 INFOCOM’24 接收

2023年12月1日，INFOCOM’24 结果公布，HuangLab 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, 是国际上公认的计算机网络领域顶级会议、CCF-A类国际会议，2024年的论文接受率为 256/1307 = 19.58%。 两篇被接收论文信息如下。 点击跳转至 [知乎文章页面] 下载论文的接收版本。 论文1 的一作是陈钦德，中山大学软件工程学院博士一年级同学。陈同学的研究方向为高性能区块链系统。自从2022年加入 HuangLab 之后，陈钦德参与了 HuangLab 多项重要任务，如参与开发开源区块链实验平台 BlockEmulator，负责研究 BrokerChain 分片区块链的激励机制 (即本篇论文提出的方案 Broker2Earn)。 论文2 的二作是林岳，中山大学计算机学院硕士3年级同学。自从2021年加入 HuangLab，林岳同学参与了BlockEmulator 早期版本的开发，重点研究 BrokerChain 分片区块链的账户迁移机制。 两篇论文的背景简介 这两篇论文是继发表在 INFOCOM’22 年 BrokerChain (BrokerChain: A Cross-Shard Blockchain Protocol for Account/Balance-based State Sharding) 的后续扩展工作。BrokerChain发表之后，HuangLab负责人黄老师提出了一个设想：HuangLab要将 BrokerChain完善为一个高性能分片区块链系统，而且还要基于 BrokerChain 开发一个去中心化金融(DeFi)应用 (后来命名为 BrokerFi)。至今，这三篇重要论文构建了 … Continue reading HuangLab 两篇区块链论文被 INFOCOM’24 接收

黄华威受邀在CNCC论坛发表学术演讲

2023年10月26日，黄华威老师受邀在「CNCC | Web 3.0前沿技术与未来趋势」论坛发表学术演讲，报告题目《为Web3构建基础设施：分片区块链的可扩展性研究》。 该论坛的介绍：https://mp.weixin.qq.com/s/PbaXT9XJCesYKYMmaq3OOA 黄华威老师是中山大学软件工程学院副教授，CCF高级会员、CCF区块链专委会执行委员、CCF分布式与并行计算专委会执行委员。研究方向包括区块链体系架构、Web3、元宇宙、分布式系统与协议。论文谷歌学术引用4500。近三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IEEE/ACM ToN, TDSC, TPDS, INFOCOM等。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。在Springer出版区块链英文学术著作2部《From Blockchain to Web3 & Metaverse》与《Blockchain Scalability》出版区块链教材《从区块链到Web3》，开源区块链实验平台 blockEmulator.com。 报告题目《为Web3构建基础设施：分片区块链的可扩展性研究》 报告简介：可扩展性已经成为区块链底层一个关键研究方向。学术界已经提出了若干具有代表性的方案来提升区块链可扩展性，比如有向无环图技术、分片技术、新型共识机制、状态通道、侧链、跨链等等方案。其中，分片技术被认为是一个非常有潜力可大幅度提高区块链吞吐性能的扩容方案。本次报告黄华威老师首先梳理了区块链分片技术的研究现状，然后介绍了他的研究团队在基于分片机制的区块链可扩展性方面的研究进展与成果。

HuangLab 出版 2 本区块链英文书

近期，HuangLab 在 Springer 出版两本区块链英文书，分别是： From Blockchain to Web3 & Metaverse —— 作者: Huawei Huang, Jiajing Wu, Zibin Zheng —— 本书简介 Web3 has attracted considerable attention due to its uniquely decentralized characteristics. The digital economy, currently undergoing a rapid development, is a critical driver to highly efficient societies. It is imperative that we investigate how to … Continue reading HuangLab 出版 2 本区块链英文书

实验室近期举办两个区块链论坛

近期，实验室在 CCF 专委技术大会的平台上举办了两个区块链为主题的学术论坛： 2023年8月4日在南昌举办的中国计算机学会（CCF）计算机系统大会 (CCFSys) “区块链分布式账本技术”分论坛 2023年8月15日在南京举办的第六届CCF区块链技术大会 (CBCC 2023)“区块链系统与智能合约安全”论坛 CCFSys“区块链分布式账本技术”论坛 —— 论坛主席：黄华威副教授、郑子彬教授 —— 论坛简介 区块链技术作为一项颠覆性的创新，对于实现可信、去中心化的数字经济具有重要意义。为促进国内外科研机构和专家学者之间的交流与合作，本论坛提供了一个分享最新学术观点、讨论国际前沿进展的平台。本论坛专注于区块链底层机制、区块链系统与分布式协议设计、区块链性能瓶颈突破、以及针对区块链系统的原理发现等方面。本技术论坛将邀请海内外知名区块链专家和学者进行主题演讲和分享，内容涵盖但不限于：区块链存储网络、共识算法优化、可扩展性技术、区块链加密算法、区块链存储优化技术、区块链安全数据交互，等等区块链关键技术与应用。欢迎各位与会专家学者参加本次论坛，共同探讨区块链技术的未来发展趋势和实际应用价值。 —— 论坛邀请的6位专家分别是 本次论坛更多的照片，请访问：https://live.photoplus.cn/live/pc/80831571/#/live CBCC“区块链系统与智能合约安全”论坛 —— 论坛主席：郑子彬教授、黄华威副教授 —— 论坛简介 本论坛专注于区块链系统与智能合约安全。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与智能合约安全方向的最新进展和发展趋势。本技术论坛邀请6位知名区块链专家学者进行主题演讲，内容涵盖：区块链用户身份推断、区块链与数字货币、区块链数据挖掘、可信区块链技术与应用、智能合约的缺陷与漏洞发现。 —— 论坛邀请的6位专家分别是 本次论坛更多的照片，请访问 [传送门]

正式上线 | 区块链实验平台 BlockEmulator 1.0

一、 BlockEmulator 是什么？ BlockEmulator 1.0 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 HuangLab （中山大学 · 黄华威研究组）开发并开源。 网站首页：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，不仅可以帮助初学者快速入门及加深理解区块链底层原理，也能为区块链研究者提供一个完整的区块链技术开发和测试环境。它可以降低开发和测试一个区块链新协议的成本和难度，为开发人员和研究人员提供可定制化的二次开发环境，加速区块链技术的创新和应用。 二、 BlockEmulator 能用来做什么？ BlockEmulator 1.0 的设计目标是为了帮助用户（研究者、学生）快速验证他们提出的新型区块链共识协议和分片机制。它被设计为一个采用轻量化区块链系统架构的实验平台。它简化了工业级区块链系统的实验环境的搭建流程，这是因为 blockEmulator 仅仅实现了区块链核心功能，比如交易池、区块打包、区块共识、交易上链等核心环节，并且支持常见的几种主流共识协议，如拜占庭容错 ( Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT ) 协议与工作量证明机制。 特别地，blockEmulator 对主流的“区块链分片机制”进行了系统底层级别的设计与实现 。其中，“跨分片交易”机制包含以下两个具有代表性的分片协议：Monoxide (NSDI’2019) 方案中提出的 “Relay 交易机制”，以及 BrokerChain (INFOCOM’2022) 中的 “broker 机制” (基于“做市商账户”的区块链跨分片协议 —— BrokerChain )。 因此，blockEmulator 支持对区块链底层新协议的正确性进行验证，尤其支持对区块链新型分片机制与协议做功能测试。 三、BlockEmulator 有什么特点？ 四、BlockEmulator 的架构设计 BlockEmulator 1.0 采用分层的方法进行设计，各层相对独立且只与邻近层交互，实现系统层面的功能解构，帮助用户快速熟悉系统架构并进行代码复用。 BlockEmulator … Continue reading 正式上线 | 区块链实验平台 BlockEmulator 1.0

实验室区块链论文被顶刊 IEEE/ACM ToN 接收

Huawei Huang, May 11, 2023 研究组近三年专注于区块链底层关键技术的研究，旨在提升区块链系统的运行性能。经过三年多的摸索，我们的技术路线逐渐发展为：以分片机制为特色，通过设计新型区块链底层协议与机制，让区块链系统运行得更高效、更健壮、更安全。 研究组一篇区块链分片机制的论文今日被IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN/TNet) 接收为长文。IEEE/ACM ToN/TNet 是 CCF-A 类推荐期刊，是计算机网络方向三大顶刊（ToN, JSAC, TMC）之一，它要求每一篇能被接收的论文必须具备以下几个条件：足够新颖的研究选题，严谨的问题描述，有性能边界保证的算法设计，对提出的机制有充足的理论分析，以及无可挑剔的实验结果。  接下来介绍一下这篇论文。 Huawei Huang, Xiaowen Peng, Yue Lin, Miaoyong Xu, Guang Ye, Zibin Zheng, Song Guo, “Scheduling Most Valuable Committees for the Sharded Blockchain,” IEEE/ACM Transactions on Networking (ToN/TNet), 2023, pp. 1-15. To appear. [PDF] 论文简介 近年来，源自传统数据库领域的分片技术被应对到区块链，试图解决区块链系统的扩容问题 [1]。在分片区块链中，交易池中的交易可以由多个并行委员会并行处理。以这种并发的模式，分片区块链的交易吞吐量理论上可以被较大程度地提高。但是，分片区块链仍然面临一些技术挑战。其中，有个明显的系统层面的技术问题简述如下。例如图1所示的Elastico [2]方案中，当区块链节点组成若干委员会之后，在各个委员会的共识阶段，天然地存在不同的委员会对交易达成共识的速度不一致的问题。这个问题就是分布式并行计算系统中经典的 … Continue reading 实验室区块链论文被顶刊 IEEE/ACM ToN 接收

针对 PoW 区块链的自适应双花攻击 (TDSC’23)

Jian Zheng, Huawei Huang*, Zibin Zheng, Song Guo, “Adaptive Double-Spending Attacks on PoW-based Blockchains”, IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing (TDSC), 2023. 近日，HuangLab 一篇区块链新型“双花攻击”的论文被期刊 IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing (TDSC) 接收，该期刊是网络与信息安全领域 CCF-A 类期刊。 论文下载地址：https://www.researchgate.net/publication/369982091_Adaptive_Double-Spending_Attacks_on_PoW-based_Blockchains 本论文简介如下。 一、研究背景与动机 工作量证明（Proof-of-Work，PoW）是当前应用最为广泛的区块链公链共识，双花攻击则是PoW区块链面临的经典安全性挑战 [1]。以比特币为代表的PoW 区块链使用最长链原则判断主链。交易方通过交易上链后等待主链继续生成数个区块，以保证交易的安全性，因为在PoW区块链中以小于50%的算力持续生成一条比主链更长的分叉是非常困难的。而双花攻击的基础步骤是：攻击者首先向受害者发起一笔交易，然后生成并隐藏一条比主链更长的分支；当受害者认为交易已经在主链上完成时，攻击者释放隐藏的分支替代当前主链，实现对受害者交易的回滚，达成一笔交易的“双花”。 尽管已经有很多研究讨论了双花攻击及其它各种分叉攻击变种的威胁和防御手段 [2-4]，我们发现在特定条件下攻击者仍然可以利用双花攻击对 PoW 区块链的安全性产生威胁。 本文展示了我们提出的两种双花攻击的变种——自适应双花攻击（Adaptive DSA）和强化自适应双花攻击（Reinforcement Adaptive DSA，RA-DSA），旨在帮助 PoW 区块链社区对双花攻击威胁进行更好的分析与防范。 二、本文贡献 三、提出的新型双花攻击的简介    1. … Continue reading 针对 PoW 区块链的自适应双花攻击 (TDSC’23)

tMPT: 区块链分片重组实现方案 (IWQoS’23)

Huawei Huang, Yetong Zhao,  Zibin Zheng*, “tMPT: Reconfiguration across Blockchain Shards via Trimmed Merkle Patricia Trie”, IEEE/ACM International Symposium on Quality of Service (IWQoS), June 2023. 近日，HuangLab 最新的一篇区块链分片技术的论文，被国际会议 IWQoS 接收，该会议2023年的论文接受率为 62 / 264，竞争颇为激烈。本篇论文简介如下。 一、研究背景与动机 分片技术是提高区块链可扩展性的一种可行的技术路线 [1-4]。通过将所有共识节点划分至多个分片中，分片技术可以帮助区块链实现对交易的并行处理。因此，分片技术可以大大提高区块链网络的吞吐率，适用于交易到达速率高的区块链平台。 然而，分片技术的引入将区块链系统的安全性从整个网络分摊至单个分片，因此需要一定的保护机制来保证每个分片的安全性。而分片重组是一个较为可行的增强分片区块链系统安全的手段。在分片重组的过程中，当共识节点迁移到一个新的分片时，该节点需要同步新分片中的交易或账户的状态等信息，以便能够允许共识节点在新分片中可以进行交易的验证。Elastico [1] 提出定期对各个分片的节点进行定期洗牌，然后将共识节点随机分配给各个分片。RapidChain [2]、Omniledger[3] 等论文则设计了允许分片节点部分同步的方法，以便减少分片重组过程对整个区块链系统的影响。 通过调研现有的区块链分片相关的工作，我们发现对于分片区块链的分片重组的研究尚处于很初始的阶段，尚且缺少一个对分片进行重组的实现方案。本文展示我们提出的一种分片重组方案，旨在减少分片重组所需的时间，同时确保分片区块链系统的安全性。 二、本文贡献 三、提出协议的简介    1. 核心思想 根据 Ethanos [5] 的调查结果，以太坊上的交易存在着“时间局部性”，即部分账户在一周内会进行多次交易。这些活跃账户的状态数据也会在短时间内经历多次更新。受此启发，本文提出的方案通过仅在分片重组时才为共识节点同步活跃账户的状态数据，这样可大大减少分片重组时传输的数据量，从而可提高分片重组的效率。 2. 系统简介 2.1. 角色介绍 所提出的协议包括两种类型的节点和对应的两种类型的分片。 … Continue reading tMPT: 区块链分片重组实现方案 (IWQoS’23)

新书预告|从区块链到 Web3

受人民邮电出版社的邀请，黄老师与团队即将出版第一本科普书籍，书名为《从区块链到 Web3》，预定2023年4月出版，目前书稿已经处于出版社校对流程。敬请大家期待！ 点击这里下载/查看《从区块链到 Web3》 这里趁机简介一下这本书的定位与特色 定位：笔者在构思这本书时预设了一个定位：在内容方面我们力求跟市面上大部分关于 web3、区块链与元宇宙的技术书籍都不一样。笔者并不寻求将区块链与 web3 相关的内容“一网打尽”，而是着重于对 web3、区块链与元宇宙的生态方面做出深入思考、总结与展望，以期在这些被誉为“下一代互联网”的技术范式被大众认知的早期阶段，就去启发大众探讨这些技术背后的社会意义。 特色：本书最大的特点，不是包罗万象，不是把所有的基本知识点都收罗进来，而是带着警惕与批判的眼光对 web3、区块链、与元宇宙行业演化过程中存在的问题进行审视，对蕴含的风险进行剖析，对潜在的机会进行发掘。在帮助读者了解必要概念的同时，理清这些概念之间的关系，警示行业风险，帮助读者掌握从区块链到 web3 的发展脉络，避免陷入对科技新潮流的盲目跟风。 面向的读者群：本书面向所有对 Web3 感兴趣的读者。假如读者对区块链技术原理有一定的了解，那么，读者朋友将会对本书讨论的一些话题会更容易产生共鸣感。所以，为了更好地理解本书所探讨的话题，笔者建议读者预先学习一些区块链的基础知识，比如区块链的底层架构，共识协议，智能合约等等相关的概念。 愿景：笔者希望通过本书能激发读者朋友积极探索适合于国内 web3 生态发展的路径，并带着开放的心态去思考 web3 可能带来的社会价值。

Web3.0、区块链与元宇宙哪个范畴最大？

黄华威，林建入，杨青林，2022年11月13日 今天我们探讨一个问题，如题。这个问题来自于笔者的一个金融从业的朋友。这个问题无论是从问题本身还是从问题的提出者的社会角色来看，无疑都是很有代表性的，因此笔者将对这个问题的看法整理为这篇文章。 一、概括地理解三个概念之间的关系 其实这个问题包含了三个独立的概念，即 web3.0、区块链、以及元宇宙。我们先简单粗粒度地探讨一下它们之间的关系，总结为如下三条： Web3.0 可以不使用区块链，也可以不涉及元宇宙。 区块链可以不涉及 web3.0、也可以不涉及元宇宙，比如比特币就跟这两者都没有直接关系。 元宇宙可以不使用区块链、也可以不涉及 web3.0。 当然上述这些完全无关的模式，笔者只是说存在这样的例子，不是说这三个概念就是相互完全无关。具体原因我们稍微展开讨论一下。 首先，笔者认为元宇宙的叙事最宏大。而且，从消费者的角度来说，普通用户对元宇宙的感受也最为直接。毕竟人是视觉动物，而元宇宙呈现给用户的视觉效果特别的新奇，而且这种在虚拟世界中的体验是与现实世界截然不同的。 其次，从产业的角度来说，区块链的影响最深远。这是因为区块链影响的是其他两者的底层经济基础设施，以及创造了新的经济模式。所以，我们说区块链的影响最深远，但是消费者对区块链技术的感知，其实不会那么强烈。 然后，普通用户可能在不久的将来最先能看到 web3.0 影响广泛的产品。Web3.0 的最大价值是通过采用新型数字经济模式提出的全新解决方案来解决现有商业模式的核心矛盾。实际上 web3.0 的基本诉求是：在商业上做到 “去寡头化”。在模式上，web3.0 尊重个人用户的自主选择。关于现在传统寡头化的商业模式与“去中心化金融”模式之间的矛盾已经很明显了，老百姓其实都能看明白。另一方面，从技术的角度来看，市面上也已经问世了很多 web3.0 模式的解决方案。因此，笔者认为，web3.0 是普通用户能够看得见的未来。 二、进一步地探讨三个概念之间的关联 接下来，笔者进一步系统地探讨一下这三个概念之间的关系。 如图所示，我们从4个角度来剖析：从发展历程的角度，从产品分类的角度，从生态体系的角度，以及从技术体系的角度。 首先，无论从哪一个角度来看，区块链无疑都是其他两者底层共同的基础设施。所以，我们主要来探讨 web3.0 与 元宇宙之间的关系。 从发展历程上看，web3.0 与 元宇宙沿着各自的逻辑发展，二者的发展早期并无任何的关联。具体来说，web3.0 的名词首次在 2000 年附近第一次被 Tim Berners Lee 提出。稍后，2006年 web3.0 的概念被 Jeffrey Zeldman 在一篇抨击 web2.0 的博客中提出。后来，跟区块链相关的 web3.0 的定义被 Gavin Wood 在 2014 … Continue reading Web3.0、区块链与元宇宙哪个范畴最大？