Kronos: A Robust Sharding Blockchain Consensus with Optimal Communication Overhead

本文介绍了一种名为Kronos的通用高效分片区块链共识算法，以确保强大的安全性。Kronos通过将网络划分为多个分片来增强区块链的可扩展性，每个分片管理特定的未使用交易输出或帐户。跨分片交易对于分片区块链的安全性和效率构成了重大挑战。然而，当前的解决方案要么优先考虑安全性，但需要做出假设并进行大量投资，要么专注于减少开销，但忽略了安全考虑。 Kronos通过引入缓冲机制来处理原子跨分片交易，从而确保了交易的安全性。分片成员共同维护缓冲区以管理跨分片输入，确保只有在所有输入可用且没有为无效请求转移资金时才提交交易。在确保安全性的同时，Kronos以最佳的分片内通信开销处理交易。此外，Kronos提出了一种简单快速的多播机制来减少交易无效证明的生成，从而在乐观场景下实现原子拒绝，而无需执行完整的拜占庭容错协议。此外，Kronos采用了新设计的批处理机制，将跨分片消息复杂度降低到$O((m$log$m/b)\lambda)$。 Kronos不依赖于任何时间或客户诚实假设，可作为插件式分片区块链共识支持各种网络环境，包括异步环境。我们使用两种著名的BFT协议Speeding Dumbo和HotStuff实现了Kronos。广泛的实验表明，Kronos实现了每秒68.6ktx的大量吞吐量和1.7秒的延迟。与最先进的解决方案相比，当跨分片交易占主导地位时，Kronos在所有情况下都表现出色，吞吐量提高了多达42倍，延迟降低了50%。

解决问题的是如何在区块链中处理跨分片交易的安全和效率问题？

论文提出了一种名为Kronos的通用且高效的分片区块链共识算法，其中引入了缓冲机制来处理原子跨分片交易。通过这种机制，Kronos确保了交易的安全性，同时具有最佳的分片内通信开销。

Kronos不依赖于任何时间或客户端诚实假设，支持在异步网络环境下的应用。论文还实现了Kronos，并使用了两种著名的BFT协议：Speeding Dumbo和HotStuff。实验结果表明，Kronos在吞吐量和延迟方面都比当前最先进的解决方案表现更好。

与该论文相关的其他研究包括：《分片区块链共识算法综述》、《基于BFT的分片区块链共识算法》等。