【区块链论文阅读】计算机网络顶会INFOCOM（二）

INFOCOM（IEEE International Conference on Computer Communications）是计算机网络领域三大顶级国际会议之一（CCF认定为A类会议），具有极高的影响力。本文对近几年发表在该会议的论文进行整理。

40th INFOCOM 2021: Vancouver, BC, Canada

Leveraging Public-Private Blockchain Interoperability for Closed Consortium Interfacing

Lifesaving with RescueChain: Energy-Efficient and Partition-Tolerant Blockchain Based Secure Information Sharing for UAV-Aided Disaster Rescue.

A Weak Consensus Algorithm and Its Application to High-Performance Blockchain.

Pyramid: A Layered Sharding Blockchain System.

Code is the (F)Law: Demystifying and Mitigating Blockchain Inconsistency Attacks Caused by Software Bugs.

Counter-Collusion Smart Contracts for Watchtowers in Payment Channel Networks.

Design and Testbed Experiments of Public Blockchain-Based Security Framework for IoT-Enabled Drone-Assisted Wildlife Monitoring.

Lightweight and Reliable Decentralized Reward System using Blockchain.

FLeX: Trading Edge Computing Resources for Federated Learning via Blockchain.

Smart Contract-enabled LightChain Test Network.

39th INFOCOM 2020: Toronto, ON, Canada

这一年区块链文章非常多，但是一般都是 blockchain-based 基于区块链的

Modeling the Impact of Network Connectivity on Consensus Security of Proof-of-Work Blockchain.

Secure Balance Planning of Off-blockchain Payment Channel Networks.

EncELC: Hardening and Enriching Ethereum Light Clients with Trusted Enclaves.

Mutual Authentication and Authorized Data Access Between Fog and User Based on Blockchain Technology.

Revenue-Sharing based Computation-Resource Allocation for Mobile Blockchain.

A Concurrent Weighted Communication Scheme for Blockchain Transaction.

Towards Blockchain-Based Reputation-Aware Federated Learning.

Blockchain-based E-waste Management in 5G Smart Communities.

BIND: Blockchain-Based Flow-Table Partitioning in Distributed Multi-Tenant Software-Defined Networks.

DecOp: Decentralized Network Operations in Software Defined Networking using Blockchain.

On the Design of Blockchain-Based Access Control Scheme for Software Defined Networks.

ODOB: One Drone One Block-based Lightweight Blockchain Architecture for Internet of Drones.

VAHAK: A Blockchain-based Outdoor Delivery Scheme using UAV for Healthcare 4.0 Services.

A Blockchain-based Framework for Drone-Mounted Base Stations in Tactile Internet Environment.

InBlock4: Blockchain-based Route Origin Validation.

A Solution for State Conflicts of Smart Contract in Interaction with Non-blockchain.

ChainIDE 2.0: Facilitating Smart Contract Development for Consortium Blockchain.

Proof-of-Balance: Game-Theoretic Consensus for Controller Load Balancing of SDN

Blockchain-Enabled SDN for Securing Fog-Based Resource-Constrained IoT.

BS-IoT: Blockchain Based Software Defined Network Framework for Internet of Things.

Blockchain Technology and Neural Networks for the Internet of Medical Things.

Blockchain based secure IoT data sharing framework for SDN-enabled smart communities.

Sperax: An Approach To Defeat Long Range Attacks In Blockchains.

Building an Authentic and Ethical Keyword Search by applying Decentralised (Blockchain) Verification.

Gemini-Chain: A Regulatable Digital Currency Model based on Blockchain.

Tri-Blockchain Based Intelligent Vehicular Networks.

AI-Powered Blockchain – A Decentralized Secure Multiparty Computation Protocol for IoV.

On the Design of Secure Communication Framework for Blockchain-Based Internet of Intelligent Battlefield Things Environment.

A Blockchain-Based Trading Platform for Big Data.

Secure Smart Home Systems: A Blockchain Perspective.

A Blockchain-Based Virtual Network Embedding Algorithm for Secure Software Defined Networking.

Blockchain-Based Controller Recovery in SDN

Information Classification Strategy for Blockchain-based Secure SDN in IoT Scenario.

ET-DeaL: A P2P Smart Contract-based Secure Energy Trading Scheme for Smart Grid Systems.

38th INFOCOM 2019: Paris, France

Corking by Forking: Vulnerability Analysis of Blockchain.

A Blockchain based Witness Model for Trustworthy Cloud Service Level Agreement Enforcement.

ACCEL: Accelerating the Bitcoin Blockchain for High-throughput, Low-latency Applications.

Market Manipulation of Bitcoin: Evidence from Mining the Mt. Gox Transaction Network.

Transaction Clustering Using Network Traffic Analysis for Bitcoin and Derived Blockchains.

Lowering Financial Inclusion Barriers with a Blockchain-Based Capital Transfer System.

SimBlock: A Blockchain Network Simulator.

Downsampling Blockchain Algorithm.

An Infrastructure for Service Accountability based on Digital Identity and Blockchain 3.0.

From centralized to decentralized blockchain-based product registration systems: the use case of lighting and appliances.

STewARD: SDN and blockchain-based Trust evaluation for Automated Risk management on IoT Devices.

Exploring Potentials and Challenges of Blockchain-based Public Key Infrastructures.

A Blockchain-based System for Online Consumer Reviews

Demo Abstract: An Interoperable Avatar Framework Across Multiple Games and Blockchains.

Blockchain for Decentralized Data Analysis.

LikeStarter: a Smart-contract based Social DAO for Crowdfunding

Interledger Smart Contracts for Decentralized Authorization to Constrained Things.

37th INFOCOM 2018: Honolulu, HI, USA

Searching an Encrypted Cloud Meets Blockchain: A Decentralized, Reliable and Fair Realization.

CertChain: Public and Efficient Certificate Audit Based on Blockchain for TLS Connections.

Stochastic Models and Wide-Area Network Measurements for Blockchain Design and Analysis.

Joint computation offloading and content caching for wireless blockchain networks.

Towards characterizing blockchain-based cryptocurrencies for highly-accurate predictions.

== Towards Blockchain-Based Reputation-Aware Federated Learning.

摘要：联邦学习（FL）是一种协作机器学习（ML）技术，通过这种技术，设备可以集体训练和更新共享的ML模型，同时保留其个人数据集。FL系统解决了通信效率、带宽优化和隐私保护等问题。尽管FL有潜在的好处，但一个跨所有设备的集中式共享ML模型可以生成粗粒度预测，这在许多涉及个性化预测服务的应用领域中本质上是不需要的。在本文中，我们提出了一种新的细粒度FL概念，以分散边缘服务器上的共享ML模型。然后，我们提出了移动边缘计算系统中细粒度FL过程的形式化扩展定义。此外，我们定义了细粒度FL系统的核心需求，包括个性化、去中心化、细粒度FL、激励机制、信任、活动监控、异构性和上下文感知、模型同步以及通信和带宽效率。此外，我们提出了基于区块链的声誉感知细粒度FL的概念，以确保在移动边缘计算系统中进行可信的协作培训。最后，我们将所提出的方法与最新的相关工作进行了定性比较，并发现了一些有希望的初步结果。

关键词：blockchain, machine learning, federated learning, mobile edge computing, reputation, trust.

主要贡献:

• 我们正式介绍、描述和阐述了MEC网络中细粒度FL的概念。

• 我们讨论了性能目标，强调了局限性，并定义了细粒度FL系统的核心需求。

• 我们提出了基于区块链的声誉感知FL的概念，以设计MEC系统中可信的协作ML。

• 我们对提出的技术进行定性评估，并将其与最新的研究工作进行比较。

==Modeling the Impact of Network Connectivity on Consensus Security of Proof-of-Work Blockchain.

摘要：区块链是流行比特币背后的技术，被认为是一个“设计安全”系统，因为它的目的是在一群不信任的各方之间创造安全，但却没有一个中央可信机构。区块链的安全性依赖于诚实多数的前提，即只要多数共识投票权是诚实的，区块链系统就被认为是安全的。在工作证明（PoW）区块链的情况下，对手无法控制网络总计算能力的50%以上。然而，这50%的阈值仅基于对计算能力的分析，并对网络和节点行为进行了隐含和理想化的假设。最近的研究暗示，网络连通性、区块链分支的存在和挖掘策略等因素可能会破坏诚实多数人所保证的共识安全，但没有提供具体分析和定量评估。在本文中，我们通过提出一个分析模型来填补这一空白，以评估不同对手模型下网络连通性对PoW区块链共识安全性的影响。我们将我们的分析模型应用于两种敌对场景：1) honest-but-potentially-colluding, 2) selfish mining. 对于每种情况，我们量化参与分岔竞争的节点的通信能力，并估计对手的挖掘收入及其对协商一致协议的安全属性的影响。仿真结果验证了我们的分析。我们的建模和分析为评估分布式共识系统中各种因素的安全影响提供了一个范例。

关键词：Blockchain, consensus security, network modeling

主要贡献：

• 我们提出了一个新的分析模型来评估网络连通性对PoW区块链共识安全性的影响。简而言之，该模型量化了参与分岔竞争的节点的通信能力，并导出了用于评估区块链一致性安全性的采矿收入分布。

• 我们将分析模型应用于两种敌对场景，即诚实但可能共谋和自私挖掘，并证明缺乏或过度异构的网络连接导致较差的一致性安全性。

• 我们针对每一个敌对场景对PoW区块链进行了彻底的模拟实验。仿真结果与模型预测相符，验证了我们的安全性分析。

== Secure Balance Planning of Off-blockchain Payment Channel Networks.

摘要：区块链链下支付渠道可以通过在两个区块链节点之间实现大量小额支付，而无需向区块链提交每一笔支付，从而显著提高区块链的可扩展性。多个支付渠道构成一个支付网络，因此两个没有直接渠道连接的节点仍然可以进行支付。支付网络建设中的一个关键挑战是确定多少资金应该作为初始余额存入支付渠道，这严重影响了支付网络的性能，但现有工作很少对其进行研究。在本文中，我们通过设计支付网络的平衡计划服务PnP来应对这一挑战。给定节点间的估计支付需求，PnP可以决定信道平衡，以高概率满足这些需求。它不依赖任何可信任的第三方，可以以较低的开销提供强大的保护，防止恶意攻击。它通过两种新颖的设计，即加密排序和信道训练的平衡规划算法，获得了这些好处。在30个节点的试验台上的实验结果表明，PnP比其他设计能够实现30%以上的支付。

关键词：blockchain, payment network, balance planning, chance constraint

主要贡献：

• 我们为支付网络的平衡规划设计了PnP。据我们所知，PnP是第一个致力于解决平衡规划问题的工作。（PnP：可轻松集成到现有支付网络的余额规划服务）

• 为了保护PnP服务免受攻击，我们使用加密排序来选择负责运行规划算法的决策委员会。由于节点之间没有交互，因此它具有较低的通信开销。

• 我们提出了在满足节点间支付需求的前提下，最小化支付渠道资金的问题。我们使用机会约束来描述支付需求的不确定性，并使用近似技术来解决相应的问题。

• 我们在30个节点的试验台上评估PnP。实验结果表明，与其他设计相比，PnP能够以高概率满足支付需求，同时完成最多30%的支付。

EncELC: Hardening and Enriching Ethereum Light Clients with Trusted Enclaves.

摘要：以太坊区块链的快速增长为硬币所有者或开发者在以太坊上引导和访问交易带来了极其沉重的开销。为了解决这个问题，启用了light client，它只存储一小部分区块链数据，并依赖引导的完整节点进行事务检索。然而，由于检索请求是外包的，它引发了对返回结果的完整性和敏感区块链访问历史的泄漏的严重担忧，这在很大程度上阻碍了这种重要的轻量级设计的广泛采用。除了安全问题外，不断增加的区块链存储也促使以太坊区块链具有更有效的查询功能，以实现更灵活、更精确的交易检索。

在本文中，我们提出了一种新的以太坊轻型客户端设计，即EncELC，它为客户端实施全面的保护，并通过以太坊区块链实现丰富的查询。EncELC利用受信任的硬件（如Intel SGX）作为构建高效而安全的处理的起点，并进一步精心设计了几个关键的性能和安全优化设计，以提高查询效率并隐藏SGX enclave内外的泄漏。我们实现了一个EncELC原型，并在多个实际环境中测试了其性能，结果证实了EncELC的实用性。

Mutual Authentication and Authorized Data Access Between Fog and User Based on Blockchain Technology.

中文题目：基于区块链技术的FOG与用户相互认证和授权数据访问

摘要：Fog计算安全的一个基本挑战是提供Fog服务的服务器和Fog用户之间的身份验证。由于Fog计算为大量用户提供服务，这种安全确认至关重要。为了应对这一挑战，在本文中，我们首先提出了一种有效的云雾边缘相互认证方法。该解决方案支持边缘用户和新进入系统的Fog服务器之间的身份验证。该方法使Fog服务器为每个用户存储一个密钥，用户执行基于哈希的加密/解密。该系统由区块链技术支持，在边缘设备和节点之间传输机密数据时实现数据完整性。节点之间的事务记录在散列的块中，这样所有边缘和雾节点都被安全系统包围。每当任何恶意边缘服务器进入网络时，都会根据节点上维护的分类账对其进行识别。安全性和性能分析表明，该方案适用于雾计算环境。

Revenue-Sharing based Computation-Resource Allocation for Mobile Blockchain.

摘要：在本文中，我们研究了基于收入共享的移动区块链计算资源分配，其中传统移动设备（即边缘计算用户，EUs）可以从边缘服务器获取计算资源，以增加他们在区块链挖掘游戏中获胜的机会。同时，作为对ES的补偿，EUs采用收入分享机制，将其各自的部分奖励分享给ES。我们制定了一个联合优化方案，将ES的计算资源分配给EUs，并将EUs的收入分配给ES，目标是最大化所有EUs和ES的系统回报。尽管联合优化问题具有非凸性，但我们提出了一种基于循环块坐标下降（CBCD）的算法来解决该问题。我们的算法将原问题分解为两个子问题，并交替优化EUs的收入分配和ES的计算资源分配，直到收敛。对于每个子问题，我们也提出了一个有效的算法来解决它。数值结果验证了我们提出的算法的有效性和效率，以及我们提出的基于收入共享的移动区块链计算资源分配的性能优势。

==A Concurrent Weighted Communication Scheme for Blockchain Transaction.

中文题目：一种用于区块链交易的并行加权通信方案

摘要：区块链技术是近年来出现的一种新型分布式基础设施和计算模式，为存储、认证、传输和交换提供了分布式数据管理解决方案。为了缩短区块数据交易的确认时间，提高区块链的处理能力，有必要解决区块链交易验证中的数据通信性能优化问题。本文提出了一种用于区块链交易的并发加权通信树算法（简称WFT）。该算法综合考虑了通信权重和节点通信链路数。为了提高并发性和效率，在通信树的顶部或上部选择多个具有强大传输能力的轻量级节点。该算法可以为区块链交易提供路由路径，提高区块链上的通信效率。

关键词：blockchain, communication tree, efficiency, simulation analysis

Blockchain-based E-waste Management in 5G Smart Communities.

中文题目：5G智能社区中基于区块链的电子垃圾管理

摘要：随着我们对技术的日益依赖，电子垃圾在其生命周期结束后产生的数量正以指数速度增长。按照这个速度，到2035年，我们的碳足迹将与交通运输业相当，只有智能手机领域。如果我们将其扩展到我们使用的所有其他电子设备，我们可以想象总的碳足迹。随着电子垃圾数量的增加，这些有毒的、不可生物降解的元素污染环境的可能性是天文数字。许多国家都在解决这个问题，近年来通过了管制废物的法律。印度政府于2011年制定了电子废物（管理和处理）规则，该规则构成了《环境保护法》的一部分，以确保电子废物的统一处理。然而，在印度，相当大比例的电子垃圾仍然没有受到监管，而且大部分由无组织部门管理。我们通过在5G场景中使用区块链，提出了一种高效的电子垃圾管理技术，为上述问题提供了解决方案。我们的解决方案跟踪产生的电子垃圾，并提供一个基于激励的系统，鼓励用户通过政府监管的机构将其电子垃圾以环保的方式高效处置。我们提出了一种公私合作（PPP）模式来实现这一点，通过组织这一具有巨大潜在潜力的不受监管部门，可以创造数千个就业机会。

关键词：5G, blockchain, distributed ledger, e-waste, smart contract

==BIND: Blockchain-Based Flow-Table Partitioning in Distributed Multi-Tenant Software-Defined Networks.

摘要：软件定义的网络为物联网（IoT）提供低延迟服务和大规模智能设备连接。作为物联网的关键应用之一，智能社区通过SDN技术为居民提供智能服务。然而，集中式SDN遭受来自物联网设备的DDoS等单点攻击，并存在数据泄漏问题。在本文中，我们使用区块链和代理再加密（PRE）技术来应对这些挑战。区块链授权网络中的所有设备，以提高其可信度和真实性。此外，还引入了一个基于区块链的数据共享框架，该框架结合了一个PRE方案，用于智能社区中的安全设备到设备通信。一系列智能合约旨在为区块链上搜索和更新记录的灵活操作而设计。实验表明，我们的设计效率高，性能好。

关键词：Software-defined networks, Blockchain, Smart community, Proxy re-encryption, Data sharing.

主要贡献：

• 联盟区块链用于授权物联网设备。这可以为SDN环境提供可靠可靠的物联网设备连接，并提高网络安全性。

• 我们设计了一个安全且隐私保护的数据共享框架，该框架将IBPRE方案与SDN环境下的联盟区块链相结合。

• IBPRE中的PKG由区块链监控。此外，还设计了多个智能合约，用于在区块链上查询和更新IBPRE的数据密钥。

DecOp: Decentralized Network Operations in Software Defined Networking using Blockchain.

中文题目：使用区块链的软件定义网络中的分散网络操作

摘要：随着全球物联网设备的增加，软件定义网络（SDN）已成为优化和管理拥挤IP网络的关键工具。此类网络面临的挑战是实现最佳资源分配和可追溯性。网络运营商面临网络安全攻击（如MITM），导致违反服务水平协议（SLA）。传统的解决方案旨在通过使用算法和额外的硬件来改善这一点。本文介绍了DecOp，这是一种基于对等点而不是使用区块链（BC）的集中式算法运行网络的新方法。BC是一种正在发展的技术，主要用于金融行业（如BITCON和以太坊），因为它能够在使用分布式账本的多个用户之间达成可靠的共识。DecOp利用现有的平台基础设施来处理和存储网络配置。这使得模块化解决方案可以在不同的平台上实现和验证。我们设计了一种新的资源分配方法，通过使用设计的安全服务契约（SSC）链码、安全网络运营商（SNO）链码和模块化通信中间件，将SDN和BC集成在一起。这通过将对网络状态的更改存储在不可变的账本中，提供了可靠的可追溯性。以Hyperledger Fabric为BC平台，OpenDaylight为SDN控制器，开发并测试了一个原型。评估结果侧重于系统性能与BC网络规模的对比，从12个节点到40个节点。

关键词：software-defined networking, security, Blockchain, Hyperledger Fabric, OpenDaylight, and queue scheduling

On the Design of Blockchain-Based Access Control Scheme for Software Defined Networks.

中文题目：基于区块链的软件定义网络访问控制方案设计

摘要：软件定义网络（SDN）已成为未来互联网事实上的标准。SDN将控制平面与专有网络资产的数据平面分离，以确保更好的可编程性和安全性，从而设计更具创新性的未来网络应用程序。目前，SDN框架在不同实体（即SDN应用程序、SDN控制器和交换机）之间没有适当的访问控制机制。为了实现这一目标，本文针对SDN框架提出了一种基于区块链的访问控制方案。该方案能够抵抗各种已知攻击，缓解SDN中存在的单点控制器故障问题。

关键词：software-defined networking, blockchain, consensus, security, access control.

ODOB: One Drone One Block-based Lightweight Blockchain Architecture for Internet of Drones.

一个无人机一个块的轻量级区块链架构无人机互联网

摘要：无人机互联网（IoD）是一种促进无人机自主和混合（半自主）操作的环境。由于这一优势，无人机已经（几乎）进入了世界各地的每一个领域。无论应用程序是什么（战争、监视、摄影、救援、交付等），无人机和其他基础设施之间都会通过无线信道进行数据传输（往返）。在移动过程中，这些数据（操作或服务相关）容易受到多种安全风险和攻击。因此，维护数据的机密性、完整性和真实性是IoD环境的主要目标。最近，基于分布式账本的区块链技术正被广泛应用于数据的永久存储，使其成为处理上述问题的可能解决方案。但是，传统区块链架构存在一些挑战，这使得它很难适应当前的形式。首先，区块链通过使用共识机制，在无信任的环境中建立信任。其次，区块链固有地涉及大量网络通信操作，以同步对等网络。更重要的是，区块链增长越大，网络上的数据流量就越大，挑战也就越多。因此，为了克服这些问题，提出了用于IoD的基于ODOB:One Drone One Block的轻量级区块链架构。ODOB将数据部分（或区块分类账）与区块头分离，以形成分布式体系结构。这种架构将无人机与一个单独的可修改块（每个无人机只能访问自己的块）结合在一起，从而使其简单、可靠、轻量级。对ODOB的几个参数进行了评估，得到的结果有利于所提出的体系结构。

关键词：Blockchain, Decoupled Architecture, Internet of drones, Lightweight, Security and Privacy.

Block Structure in ODOB：

VAHAK: A Blockchain-based Outdoor Delivery Scheme using UAV for Healthcare 4.0 Services.

VAHAK：一种基于区块链的户外交付方案，使用UAV提供医疗保健4.0服务

摘要：无人机（UAV）用于各种智能应用，如国防、民用和医疗服务。由于这些应用程序中的数据通过一个开放的渠道流动，即互联网，因此安全和隐私始终是一个具有挑战性的问题。虽然文献中有很多解决方案可以解决这个问题，但这些解决方案不足以通过无线通信信道远程处理安全性、隐私性、延迟和高效的实时医疗服务交付。此外，现有的无人机系统存在安全性、可靠性、延迟和存储成本问题，这在短期内限制了其适用性。基于这些事实，本文提出了VAHAK，这是一种基于以太坊区块链（BC）的安全户外医疗用品，使用UA Vs。VAHAK以分散的方式在UA Vs和实体之间提供可靠的通信，确保尽早向危重患者提供所需的医疗用品。在瓦哈克，安全、隐私和可靠性问题已通过以太坊智能合约（ESC）解决，而存储成本问题则通过IPFS协议解决。VAHAK的安全漏洞在MyThril开源工具上进行了测试。VAHAK在数据存储成本方面是高效的，因为它分别使用星际文件系统（IPFS）存储医疗记录和5G触觉互联网（TI）进行通信。最后，与传统系统相比，VAHAK性能评估证明了其有效性，在可伸缩性、延迟和网络带宽等各种性能评估指标方面，VAHAK性能评估优于现有方案。

关键词：Blockchain, UAV , Healthcare, Outdoor Delivery, Smart Contracts, Security

A Blockchain-based Framework for Drone-Mounted Base Stations in Tactile Internet Environment.

中文题目：触觉互联网环境中基于区块链的无人机基站框架

摘要：5G、区块链和无人机正在潜在地改变未来的技术。5G承诺为用户提供一个可触摸的互联网环境。触觉互联网的特点是超低延迟、高可靠性、安全性和可用性。学术界和工业界很少尝试使用无人机安装的小型蜂窝基站。这种飞行基站可用于灾区、紧急情况或农村地区。部署这种飞行基站的主要挑战是数据安全。无人机是资源有限的设备，不能用繁重的安全算法来超载。此外，用户关联决策、无人机移动和带宽分配是部署此类网络的主要瓶颈。在本文中，我们为触觉互联网环境中的无人机基站提出了一个基于区块链的安全框架。此外，本文还提出了一个博弈论模型作为智能合约，根据带宽可用性和成本决定不同用户的动态带宽分配。数值结果表明，该模型在低网络区域的带宽分配方面有助于改善用户体验。