[论文解读] Supermassive Blockchain

Guangda Sun, Jialin Li|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2026

Distributed systems and fault tolerance被引用 0

一句话总结

论文提出了一种状态执行解耦的区块链架构，采用擦除编码的状态管理层以实现存储可扩展性和强健的拜占庭容错性，并以具体系统 Supermassive Blockchain 进行演示。

ABSTRACT

Storage scalability is paramount in the era of big data blockchain. A storage-scalable blockchain can effectively scale out state storage to an arbitrary number of nodes and reduce the storage pressure on each, similar to distributed databases. Prior research has extensively utilized sharding techniques to attain storage scalability; however, these approaches invariably compromise safety and liveness guarantees. In this work, we propose a novel state-execution decoupled architecture, and Supermassive Blockchain, a novel storage-scalable Byzantine fault tolerance (BFT) protocol that can sustain the deterministic security properties of conventional BFT protocols. The state management system employs erasure coding to ensure state availability with scalable storage consumption, while the global consensus and execution layers maintain robust security characteristics. Our evaluation indicates that Supermassive Blockchain achieves better storage scalability compared to prior approaches while incurring low network overhead.

研究动机与目标

• 在增长的区块链状态规模下，动机并定义存储可扩展性问题。
• 引入状态执行解耦架构，将执行与状态存储分离。
• 设计一个实用实例（Supermassive Blockchain），使用擦除编码与复制来实现状态可用性。
• 在存储、吞吐和延迟方面评估相对于完全复制和分片方法的权衡。

提出的方法

• 提出一个三层架构的状态执行解耦：共识、无状态执行和独立的状态管理层。
• 将状态划分为更新表和状态检查点；在检查点上对可用性应用 RS(3f+1, f+1) 擦除编码。
• 将状态分区为分片；在存储节点之间存储编码片段，并保持分片的常量复制以实现快速检索。
• 基于 Merkle 树的分片承诺和可验证的证据以确保状态安全。
• 实现随机分片放置与重新配置以平衡负载并确保可用性。
• 在多达 100 个节点的环境中评估，并在存储、吞吐和网络开销方面与完全复制基线进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 分离的状态与执行设计是否可以在不牺牲确定性拜占庭容错安全性与可行性前提下提供存储可扩展性？
• RQ2 如何将擦除编码与复制/分片复制结合，以在可扩展存储下保证状态可用性？
• RQ3 采用状态执行解耦架构会带来哪些性能权衡（吞吐、延迟、网络流量）？
• RQ4 在大规模部署（最高 100 个节点）且 WAN 条件下，Supermassive Blockchain 的表现如何？

主要发现

• 单节点存储在 100 个节点时比完全复制少 10 倍。
• 吞吐量最多可比完全复制的区块链高出 2.6 倍，同时延迟开销可以忽略。
• 在 100 节点、状态 100 GiB 的情况下，检查点在 30 分钟内完成。
• 状态检索的网络流量适度增加（2.3%–30.2%），随节点数量扩大而具可扩展性。
• 在拜占庭容错下实现的存储可扩展性未以安全性与可用性保证为代价。