【摘 要】
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自2008年区块链技术诞生以来,工作量证明（Proof-of-Work/Po W）共识算法一直是热点研究方向之一。相关研究表明基于Po W共识算法的区块链协议存在区块间隔时间高方差、矿工独自挖矿收益高方差、越来越趋于中心化和低吞吐量等缺点。近年来提出一系列精美的基于Po W共识算法的区块链协议,用于解决上述缺点。但尚无同时解决区块间隔时间和矿工独自挖矿收益高方差的方案。并且基于Po W共识算法的可
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自2008年区块链技术诞生以来,工作量证明（Proof-of-Work/Po W）共识算法一直是热点研究方向之一。相关研究表明基于Po W共识算法的区块链协议存在区块间隔时间高方差、矿工独自挖矿收益高方差、越来越趋于中心化和低吞吐量等缺点。近年来提出一系列精美的基于Po W共识算法的区块链协议,用于解决上述缺点。但尚无同时解决区块间隔时间和矿工独自挖矿收益高方差的方案。并且基于Po W共识算法的可扩展性区块链协议越来越复杂,安全性难以保证。设计更安全、更健壮和高吞吐量的基于Po W共识算法的区块链协议是重要研究方向。本文主要研究PoW共识算法,贡献如下:（1）本文提出LVRT:区块间隔时间和矿工收益低方差的PoW共识算法,用于解决区块间隔时间高方差、矿工独自挖矿收益高方差、中心化等缺点。通过理论分析得出LVRT中矿工独自挖矿收益方差比Szalachowski等人在提出的Strong Chain（USENIX Security 2019）低,并且去中心化能力更强。理论分析得出LVRT区块间隔时间方差与Bissias等人提出的Bobtail（NDSS 2020）大致相同,并且实验验证了此结论。本文中实验表明LVRT能有效的抵御自私挖矿和双重支付攻击。（2）本文针对目前基于PoW共识算法的区块链可扩展性方案,具有越来越复杂和安全性难以保证等局限性,提出Sib Cha:简单的多链区块链扩容协议。Sib Cha由多条链组成,提出了新颖的挖矿规则。Sib Cha区块结构和区块确认规则比Yu等人提出的OHIE（S＆P 2020）更加简单,并且对跨链交易的处理比Wang等人提出的Monoxide（USENIX Security 2019）更加简单。Sib Cha中证明了其具有链增长（chain-growth）、链质量（chain-quality）和一致性（consistency）,即持久性（persistence）和活跃性（liveness）。实验表明Sib Cha的吞吐量随网络带宽呈线性增加,并且区块确认延迟比OHIE低。
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