【区块链论文整理】VLDB篇

VLDB (Very Large Data Base）是数据库三大顶会之一，近几年也发表了不少水平很高的文章。本文主要针对VLDB 会议中区块链相关的论文进行简单整理。

2021

• SlimChain: Scaling Blockchain Transactions through Off-Chain Storage and Parallel Processing.
• SChain: A Scalable Consortium Blockchain Exploiting Intra- and Inter-Block Concurrency.
• Refiner: A Reliable Incentive-Driven Federated Learning System Powered by Blockchain
• Byshard: Sharding in a Byzantine Environment

2020

• Building High Throughput Permissioned Blockchain Fabrics: Challenges and Opportunities.(Tutorials)
• ResilientDB: Global Scale Resilient Blockchain Fabric.
• Atomic Commitment Across Blockchains.
• FireLedger: A High Throughput Blockchain Consensus Protocol.
• Scalable, Resilient and Configurable Permissioned Blockchain Fabric

2019

• CAPER: A Cross-Application Permissioned Blockchain.
• Fine-Grained, Secure and Efficient Data Provenance for Blockchain
• Blockchain Meets Database: Design and Implementation of a Blockchain Relational Database.
• BlockchainDB - A Shared Database on Blockchains.

2018

• Database and Distributed Computing Fundamentals for Scalable, Fault-tolerant, and Consistent Maintenance of Blockchains.
• ForkBase: An Efficient Storage Engine for Blockchain and Forkable Applications.

2021

1 SlimChain: Scaling Blockchain Transactions through Off-Chain Storage and Parallel Processing.

摘要：区块链技术已成为许多分散应用程序的基石，这些应用程序在其他不受信任的对等方之间运行。然而，众所周知，现有的区块链系统不能很好地扩展。事务通常是按顺序执行和提交的，以保持对总订单的相同视图。此外，为了保证完整性，有必要在区块链网络的每个节点中复制交易数据及其执行情况。这种存储和计算需求给区块链系统带来了巨大的负担，不仅限制了系统的可扩展性，还通过使网络更加集中，破坏了系统的安全性和健壮性。为了解决这些问题，在本文中，我们提出SlimChain，这是一种新型的区块链系统，通过链外存储和并行处理扩展交易。SlimChain提倡无状态设计，只维护链上分类账状态的短期承诺，同时将事务执行和数据存储专用于链外节点。为了实现SlimChain，我们提出了链外智能合约执行、链内交易验证和状态承诺的新方案。我们还提出了减少网络传输的优化方案，以及进一步提高系统可扩展性的新分片技术。通过大量实验验证了所提出的SlimChain系统的性能。与现有系统相比，SlimChain减少了97%~99%的链上存储需求，同时也将峰值吞吐量提高了1.4X~15.6X。

https://github.com/hkbudb/slimchain.

主要贡献：

• 我们介绍SlimChain，这是一个新的无状态区块链系统，用于具有智能合约功能的可伸缩交易处理。据我们所知，这是文献中的第一次。

• 我们提出了新的链外智能合约执行、无状态链上交易验证和新的状态承诺方案，以在无许可和许可环境下实现SlimChain。

• 我们进一步提出了在节点同步期间减少网络传输的优化技术和一种新的存储分片技术，以进一步提高系统的可伸缩性。

• 我们构建了一个端到端原型，并进行了大量实验，以验证SlimChain系统的性能。与现有系统相比，SlimChain减少了97%~99%的链上存储需求，同时也将峰值吞吐量提高了1.4X~15.6X。

与现存区块链系统的比较：

 结论：

在本文中，我们设计了一个新的无状态区块链系统SlimChain，它通过链外存储和并行处理来扩展交易。具体来说，分类账状态和事务执行被移动到链外存储节点，以提高系统的可伸缩性。为了支持无状态事务提交，我们设计了新的链外事务执行、链上事务验证和节点同步方案，以及新的部分Merkle-trie结构。为了进一步提高系统性能，我们提出了减少网络传输的优化方案和一种新的分片技术。大量实验表明，与现有系统相比，所提出的SlimChain系统将链上存储需求降低了97%~99%，峰值吞吐量提高了1.4X~15.6X。

对于无状态区块链，有许多有趣的研究问题值得进一步研究，例如，如何利用更先进的数据结构进一步减少链上状态；如何降低存储节点的运营成本；以及如何在新的无状态设计下支持数据来源。

2 SChain: A Scalable Consortium Blockchain Exploiting Intra- and Inter-Block Concurrency. （demonstrate）

 摘要：我们展示了SChain，一个可扩展交易处理以支持大规模企业应用的财团区块链。SChain的独特优势源于对块内和块间并发的利用。块内并发不仅利用了单个对等机上的多核处理器，还利用了多个对等机的容量。块间并发允许跨多个块同时处理，以提高各个对等方的利用率。在我们的演示中，我们使用包含基于SChain输出的可视化的实时仪表盘，让与会者交互式地探索SChain如何实现块内和块间并发。

现有方案局限性：

（1） 这些工作只安排一个对等方来执行所有事务。当一个对等机完全专用时，性能无法进一步扩展。

（2） 并发执行仅涉及块内的事务，其中在当前块的执行终止之前，不能执行后续块的事务。这种方法不考虑跨多个块的事务并行性