网络拓扑对区块链性能指标与能耗的影响：迈向可重复的基准测试

《Distributed Ledger Technologies: Research and Practice》：The Impact of Network Topology on Performance Metrics and Energy Consumption for Blockchains: Towards Repeatable Benchmarking

　　**摘要**随着区块链从实验原型过渡到生产系统，对其评估不仅需要关注吞吐量和延迟等性能指标，还需考虑能源成本，以及在受控网络条件下评估的可重复性（相同设置、相同结果）和可预测性（稳定的预期）。虽然共识设计是众所周知的驱动因素，但底层网络拓扑的作用仍未得到充分刻画，且基于云的研究成本高昂、难以复现。我们提出了 **Lilith**，一个可复现、成本感知且与系统无关的区块链基准测试环境，支持集群部署和大规模仿真，能够在不改变应用逻辑的情况下对网络拓扑进行受控变更。利用 **Lilith**，我们在五种网络拓扑（胖树、全网格、超立方体、无标度网络和环形网络）下，针对涵盖转账交易和智能合约执行（DDoS、FIFA、游戏、GAFAM、PayPal、VISA）的真实工作负载，评估了五种区块链（Algorand、Diem、Ethereum Clique、Quorum IBFT 和 Solana）。除平均性能和能耗外，我们还量化了运行间的离散程度，并使用统计工具（因子方差分析和组内相关系数）将方差归因于不同因素；此外，我们提出了一个四级可预测性分类体系（P0-P3），并将我们的方法定位于 P2 级别。我们的结果凸显了明确的性能-能耗权衡：在高强度工作负载下，全网格、超立方体和环形网络倾向于提供更优的性能，而胖树和全网格网络则实现了最低的每笔已提交交易能耗。与此同时，吞吐量和延迟在特定的区块链-拓扑-工作负载组合中可能出现极端的最差情况偏差（超过 1,200%），而能耗则相对平稳，主要由工作负载驱动。总体而言，Algorand 和 Diem 在保持稳定的中等离散度的同时提供了良好的能效；Ethereum Clique 表现出最窄的运行间波动范围，但能耗相对较高；Quorum IBFT 和 Solana 则对拓扑和负载最为敏感，在高负载下随规模扩大能耗持续上升。**AI 生成摘要（实验性）**本摘要由自动化工具生成，未经本文作者撰写或审核。本摘要旨在支持检索发现、帮助读者评估相关性，并协助来自相邻研究领域的读者理解本工作。本摘要旨在作为作者提供摘要的补充，后者仍是论文的主要摘要。全文仍为权威版本。[点击此处了解更多](/generative-ai/summarizations)关于 ACM AI 摘要的信息。[点击此处](javascript:void(0))就本摘要的准确性、清晰度和实用性发表评论。这样做将有助于改进未来的优化和重新生成版本。要查看此 AI 生成的通俗语言摘要，您必须拥有高级访问权限。