[论文解读] OPTIMUM-DERAM: Highly Consistent, Scalable, and Secure Multi-Object Memory using RLNC

Nicolas Nicolaou, Kishori M. Konwar+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2026

Distributed systems and fault tolerance被引用 0

一句话总结

Optimum-DeRAM 提供一个去中心化的原子读/写内存，支持多对象，使用 RLNC 提升可扩展性、存储效率与拜占庭容错，具有通过注册表 oracle 实现的动态 join/leave。

ABSTRACT

This paper introduces OPTIMUM-DERAM, a highly consistent, scalable, secure, and decentralized shared memory solution. Traditional distributed shared memory implementations offer multi-object support by multi-threading a single object memory instance over the same set of data hosts. While theoretically sound, the amount of resources required made such solutions prohibitively expensive in practical systems. OPTIMUM-DERAM proposes a decentralized, reconfigurable, atomic read/write shared memory (DeRAM) that: (i) achieves improved performance and storage scalability by leveraging Random Linear Network Codes (RLNC); (ii) scales in the number of supported atomic objects by introducing a new object placement and discovery approach based on a consistent hashing ring; (iii) scales in the number of participants by allowing dynamic joins and departures leveraging a blockchain oracle to serve as a registry service; and (iv) is secure against malicious behavior by tolerating Byzantine failures. Experimental results over a globally distributed set of nodes, help us realize the performance and scalability gains of OPTIMUM-DERAM over previous distributed shared memory solutions (i.e., the ABD algorithm [3])

研究动机与目标

• 通过组合多个对象（多对象内存）来开发一个可扩展的原子读/写共享内存。
• 利用 Random Linear Network Coding (RLNC) 提升容错、存储效率与延迟。
• 在不影响性能的情况下实现动态加入/离开与可扩展的对象放置。
• 通过基于法人人签名和轮次协议实现拜占庭容错。
• 提供一个可重用的框架，随着对象大小、对象数量、节点数量和操作并发性的增加而扩展。

提出的方法

• 使用 RLNC 将对象值编码为编码元素，任意 k 个编码即可解码。
• 引入一致性哈希环，将对象分布在节点集群中以实现可扩展的放置。
• 采用区块链/共识为注册表的 oracle，支持节点的动态加入/离开。
• 采用带签名标签和编码元素的基于法轮的协议，以容忍拜占庭行为。
• 定义数据访问原语 (DAPs)，并在拜占庭故障下证明安全性（原子性）与永活性。
• 在 ABD 基线下评估协议，重点关注对象大小、对象数量、节点数量和并发性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在去中心化环境中使用 RLNC 针对多对象实现原子读/写内存？
• RQ2 如何通过一致性哈希环在集群之间扩展对象放置和发现？
• RQ3 如何在不影响并发操作的前提下支持动态加入/离开？
• RQ4 使用 RLNC 存储与带签名元素可以达到怎样的拜占庭容错水平？
• RQ5 在核心维度上的可扩展性方面，Optimum-DeRAM 相对于传统 ABD 的表现如何？

主要发现

• Optimum-DeRAM 在实验中显示出相对于经典 ABD 的可扩展性提升。
• 该方法聚焦四个可扩展性维度：对象大小、对象数量、节点数量和操作并发性。
• RLNC 编码在降低存储和通信开销的同时实现对部分编码元素的恢复。
• 一致性哈希环实现跨集群的可扩展多对象分布。
• 带注册服务的加入/离开协议实现了在不损害安全性的前提下的动态参与。
• 该协议通过法轮交叉与带签名的编码元素实现拜占庭容错。