网络拓扑对区块链性能指标和能耗的影响：迈向可重复基准测试

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

　　

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随着区块链从实验原型过渡到生产系统，对其评估不仅必须考虑吞吐量、延迟等性能指标，还必须考虑能源成本，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且难以复现。

我们提出了 Lilith，这是一个可复现、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，能够在不更改应用程序逻辑的情况下对网络拓扑进行受控更改。使用 Lilith，我们在涵盖转账交易和智能合约执行（DDoS、FIFA、游戏、GAFAM、PayPal、VISA）的真实工作负载下，评估了五种区块链（Algorand、Diem、Ethereum Clique、Quorum IBFT 和 Solana）在五种网络拓扑（胖树、全互联、超立方体、无标度和环面）下的表现。除了平均性能和能源外，我们还量化了运行间的分散度，并使用统计工具（因子方差分析和 ICC）来归因于各因素的方差；我们进一步提出了一种四级可预测性分类法（P0-P3），并将我们的方法论置于 P2 级别。

我们的结果突出了明显的性能 - 能源权衡：在密集工作负载下，全互联、超立方体和环面往往能提供更高的性能，而胖树和全互联产生最低的每笔提交交易能源。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会表现出极端的最坏情况偏差（超过 1,200%），而能源则相对平稳且主要由工作负载驱动。总体而言，Algorand 和 Diem 提供了强大的能源效率，具有稳定的中等范围分散度，Ethereum Clique 显示出最窄的运行间范围，但仍更耗能，而 Quorum IBFT 和 Solana 对拓扑和负载最敏感，在重负载下随着规模增加而导致能源成本增加。

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