BrokerChain: A Blockchain Sharding Protocol by Exploiting Broker Accounts

块链 协议(科学) 计算机科学 计算机安全 医学 病理 替代医学
作者
Huawei Huang,Zhaokang Yin,Qinde Chen,Jian Zheng,Xiaofei Luo,Guang Ye,Xiaowen Peng,Zibin Zheng,Song Guo
出处
期刊: 卷期号:33 (4): 1930-1945 被引量:15
标识
DOI:10.1109/ton.2025.3550502
摘要

State-of-the-art blockchain sharding solutions, such as Monoxide, can cause severely imbalanced distribution of transaction (TX) workloads across all blockchain shards due to the deployment policy of their accounts. Imbalanced TX distributions then producehot shards, in which the cross-shard TXs may experience an unlimited confirmation latency. Thus, how to address the hot-shard issue and how to reduce cross-shard TXs become significant challenges of blockchain sharding. Through reviewing the related studies, we find that a cross-shard TX protocol that can achieve workload balance among all shards and simultaneously reduce the quantity of cross-shard TXs is still absent from the literature. To this end, we propose BrokerChain, which is a cross-shard blockchain protocol dedicated to account-based state sharding. Essentially, BrokerChain exploits fine-grained state partition and account segmentation. We also elaborate on how BrokerChain handles cross-shard TXs through broker accounts. The security issues and other properties of BrokerChain are analyzed rigorously. Finally, we conduct comprehensive evaluations using an open-source blockchain sharding prototype namedBlockEmulator. The evaluation results show that BrokerChain outperforms other baselines in terms of transaction throughput, transaction confirmation latency, the queue size of the transaction pool, and workload balance.
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