Ένα δένδρο Merkle (Merkle tree ή hash tree) είναι μία δενδρική δομή δεδομένων, η οποία απαρτίζεται από φύλλα (leaf nodes), που περιέχουν hashes από blocks δεδομένων, και από άλλους κόμβους (non-leaf nodes), οι οποίοι περιέχουν τα hashes των θυγατρικών τους. Στην κορυφή του δένδρου βρίσκεται το λεγόμενο root hash\cite{merkle-tree}.
Ένα δένδρο Merkle (Merkle tree ή hash tree) είναι μία δενδρική δομή δεδομένων, η οποία απαρτίζεται από φύλλα (leaf nodes), που περιέχουν hashes από blocks δεδομένων, και από άλλους κόμβους (non-leaf nodes), οι οποίοι περιέχουν τα hashes των θυγατρικών τους. Στην κορυφή του δένδρου βρίσκεται το λεγόμενο root hash\cite{2.3-merkle-tree}.
Η πιο συνηθισμένη υλοποίηση είναι το δυαδικό (binary) δένδρο Merkle, το οποίο περιλαμβάνει δύο θυγατρικούς κόμβους (child nodes) κάτω από κάθε γονικό non-leaf κόμβο, και είναι αυτό που αναλύεται στη συνέχεια.
Η πιο συνηθισμένη υλοποίηση είναι το δυαδικό (binary) δένδρο Merkle, το οποίο περιλαμβάνει δύο θυγατρικούς κόμβους (child nodes) κάτω από κάθε γονικό non-leaf κόμβο, και είναι αυτό που αναλύεται στη συνέχεια.
@ -12,5 +12,5 @@
\begin{itemize}
\begin{itemize}
\item Να αποφανθούμε εάν κάποια δεδομένα ανήκουν στο δένδρο (με τον αριθμό των hashes που θα πρέπει να υπολογιστούν να είναι ανάλογος του λογαρίθμου του αριθμού των leaf nodes).
\item Να αποφανθούμε εάν κάποια δεδομένα ανήκουν στο δένδρο (με τον αριθμό των hashes που θα πρέπει να υπολογιστούν να είναι ανάλογος του λογαρίθμου του αριθμού των leaf nodes).
\item Να αποδείξουμε συνοπτικά την εγκυρότητα ενός τμήματος κάποιου σετ δεδομένων, χωρίς να χρειαστεί να αποθηκεύσουμε ολόκληρο το σύνολο δεδομένων.
\item Να αποδείξουμε συνοπτικά την εγκυρότητα ενός τμήματος κάποιου σετ δεδομένων, χωρίς να χρειαστεί να αποθηκεύσουμε ολόκληρο το σύνολο δεδομένων.
\item Να διασφαλίσουμε την εγκυρότητα ενός συγκεκριμένου συνόλου δεδομένων εντός ενός μεγαλύτερου σύνολου, χωρίς να χρειαστεί να αποκαλυφθεί το περιεχόμενο οποιουδήποτε εκ των δύο\cite{merkle-proofs-explained}.
\item Να διασφαλίσουμε την εγκυρότητα ενός συγκεκριμένου συνόλου δεδομένων εντός ενός μεγαλύτερου σύνολου, χωρίς να χρειαστεί να αποκαλυφθεί το περιεχόμενο οποιουδήποτε εκ των δύο\cite{2.3-merkle-proofs-explained}.
Τα δίκτυα ομότιμων κόμβων ή Peer-to-Peer (P2P) networks αποτελούν μία κατανεμημένη αρχιτεκτονική δικτύων, οι συμμετέχοντες (κόμβοι) της οποίας μοιράζονται ένα τμήμα των πόρων τους, με στόχο την παροχή κάποιας υπηρεσίας (π.χ. τον διαμοιρασμό περιεχομένου). Εν αντιθέσει με συγκεντρωτικά δίκτυα τύπου client/server, οι κόμβοι (nodes) έχουν απευθείας πρόσβαση στους πόρους, χωρίς τη διαμεσολάβηση ενδιάμεσων οντοτήτων. Οι συμμετέχοντες ενός τέτοιου δικτύου είναι, δηλαδή, ταυτόχρονα, τόσο πάροχοι, όσο και αιτούντες των πόρων και της παρεχόμενης υπηρεσίας.\cite{p2p-networking}
Τα δίκτυα ομότιμων κόμβων ή Peer-to-Peer (P2P) networks αποτελούν μία κατανεμημένη αρχιτεκτονική δικτύων, οι συμμετέχοντες (κόμβοι) της οποίας μοιράζονται ένα τμήμα των πόρων τους, με στόχο την παροχή κάποιας υπηρεσίας (π.χ. τον διαμοιρασμό περιεχομένου). Εν αντιθέσει με συγκεντρωτικά δίκτυα τύπου client/server, οι κόμβοι (nodes) έχουν απευθείας πρόσβαση στους πόρους, χωρίς τη διαμεσολάβηση ενδιάμεσων οντοτήτων. Οι συμμετέχοντες ενός τέτοιου δικτύου είναι, δηλαδή, ταυτόχρονα, τόσο πάροχοι, όσο και αιτούντες των πόρων και της παρεχόμενης υπηρεσίας.\cite{2.4-p2p-networking}
Τα P2P networks μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες:
Τα P2P networks μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες:
Το blockchain αποτελεί μία διανεμημένη δημόσια σειρά δεδομένων, που διατηρεί έναν αμετάβλητο ως προς το ιστορικό του κατάλογο (immutable ledger) ψηφιακών συναλλαγών (digital transactions) ενός αγαθού (asset), π.χ. ενός νομίσματος (token). Περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2008 από ένα άτομο (ή μία ομάδα ανθρώπων) γνωστό ως Satoshi Nakamoto, αποτελώντας τη βάση του κρυπτονομίσματος (cryptocurrency) Bitcoin.\cite{bitcoin}
Το blockchain αποτελεί μία διανεμημένη δημόσια σειρά δεδομένων, που διατηρεί έναν αμετάβλητο ως προς το ιστορικό του κατάλογο (immutable ledger) ψηφιακών συναλλαγών (digital transactions) ενός αγαθού (asset), π.χ. ενός νομίσματος (token). Περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2008 από ένα άτομο (ή μία ομάδα ανθρώπων) γνωστό ως Satoshi Nakamoto, αποτελώντας τη βάση του κρυπτονομίσματος (cryptocurrency) Bitcoin.\cite{2.5-bitcoin}
Δομικό στοιχείο του blockchain είναι το μπλοκ (block), το οποίο περιέχει μία ομάδα έγκυρων συναλλαγών που έχουν κατακερματιστεί και κωδικοποιηθεί σε ένα δένδρο Merkle, το hash του προηγούμενου μπλοκ και μερικά ακόμα μεταδεδομένα (π.χ. nonce, timestamp). Έτσι, κάθε νέο μπλοκ "δείχνει" στο προηγούμενό του μέσω του hash, επιβεβαιώνοντας την ακεραιότητά του, με τα διαδεχόμενα μπλοκ να σχηματίζουν τελικά μία αλυσίδα, μέχρι το αρχικό μπλοκ, το οποίο είναι γνωστό ως το μπλοκ γένεσης (genesis block).\cite{blockchain}
Δομικό στοιχείο του blockchain είναι το μπλοκ (block), το οποίο περιέχει μία ομάδα έγκυρων συναλλαγών που έχουν κατακερματιστεί και κωδικοποιηθεί σε ένα δένδρο Merkle, το hash του προηγούμενου μπλοκ και μερικά ακόμα μεταδεδομένα (π.χ. nonce, timestamp). Έτσι, κάθε νέο μπλοκ "δείχνει" στο προηγούμενό του μέσω του hash, επιβεβαιώνοντας την ακεραιότητά του, με τα διαδεχόμενα μπλοκ να σχηματίζουν τελικά μία αλυσίδα, μέχρι το αρχικό μπλοκ, το οποίο είναι γνωστό ως το μπλοκ γένεσης (genesis block).\cite{2.5-blockchain}
%TODO: add image like https://cdn.hackernoon.com/hn-images/1*qYKsqQ6aV-DgFD0REfcnig.png or https://ethereum.org/static/6f7d50fd4fab9f8abb94b5e610ade7e4/bf8c1/ethereum-blocks.png --- add that this is simplified
%TODO: add image like https://cdn.hackernoon.com/hn-images/1*qYKsqQ6aV-DgFD0REfcnig.png or https://ethereum.org/static/6f7d50fd4fab9f8abb94b5e610ade7e4/bf8c1/ethereum-blocks.png --- add that this is simplified
Το Ethereum είναι ένα δημόσιο blockchain ανοιχτού κώδικα με εγγενές κρυπτονόμισμα το Ether (ETH). Παρέχει μία προγραμματιστική πλατφόρμα με ενσωματωμένη μία Turing-complete γλώσσα προγραμματισμού, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αποκεντρωμένων εφαρμογών (Decentralized Applications ή DApps) μέσω της χρήσης "έξυπνων συμβολαίων" (smart contracts).\cite{ethereum-whitepaper}
Το Ethereum είναι ένα δημόσιο blockchain ανοιχτού κώδικα με εγγενές κρυπτονόμισμα το Ether (ETH). Παρέχει μία προγραμματιστική πλατφόρμα με ενσωματωμένη μία Turing-complete γλώσσα προγραμματισμού, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία αποκεντρωμένων εφαρμογών (Decentralized Applications ή DApps) μέσω της χρήσης "έξυπνων συμβολαίων" (smart contracts).\cite{2.6-ethereum-whitepaper}
\subsection{Smart Contracts \& DApps}
\subsection{Smart Contracts \& DApps}
Με απλά λόγια, τα smart contracts αποτελούν αυτόνομα κομμάτια κώδικα τα οποία είναι αποθηκευμένα στο blockchain και ενεργοποιούνται μέσω συναλλαγών. Μπορούν να διαβάζουν και να γράφουν δεδομένα επί του blockchain, κληρονομώντας ιδιότητες όπως τη διαφάνεια (transparency), την εγκυρότητα (validability) και την αμεταβλητότητα (immutability).
Με απλά λόγια, τα smart contracts αποτελούν αυτόνομα κομμάτια κώδικα τα οποία είναι αποθηκευμένα στο blockchain και ενεργοποιούνται μέσω συναλλαγών. Μπορούν να διαβάζουν και να γράφουν δεδομένα επί του blockchain, κληρονομώντας ιδιότητες όπως τη διαφάνεια (transparency), την εγκυρότητα (validability) και την αμεταβλητότητα (immutability).
Ένα παράδειγμα της καθημερινότητας που μπορεί να παρομοιασθεί λειτουργικά με smart contract είναι ο αυτόματος πωλητής\cite{ethereum-smart-contracts}. Ένας αυτόματος πωλητής ορίζεται ως ένα αυτόνομο μηχάνημα που διανέμει αγαθά ή παρέχει υπηρεσίες όταν εισάγονται σε αυτόν κέρματα ή κάποια ηλεκτρονική πληρωμή. Οι αυτόματοι πωλητές είναι προγραμματισμένοι να εκτελούν συγκεκριμένους κανόνες που θα μπορούσαν να οριστούν σε ένα συμβόλαιο.
Ένα παράδειγμα της καθημερινότητας που μπορεί να παρομοιασθεί λειτουργικά με smart contract είναι ο αυτόματος πωλητής\cite{2.6-ethereum-smart-contracts}. Ένας αυτόματος πωλητής ορίζεται ως ένα αυτόνομο μηχάνημα που διανέμει αγαθά ή παρέχει υπηρεσίες όταν εισάγονται σε αυτόν κέρματα ή κάποια ηλεκτρονική πληρωμή. Οι αυτόματοι πωλητές είναι προγραμματισμένοι να εκτελούν συγκεκριμένους κανόνες που θα μπορούσαν να οριστούν σε ένα συμβόλαιο.
Με όμοιο τρόπο, σε ένα smart contract μπορούν να κωδικοποιηθούν αυθαίρετες συναρτήσεις μετάβασης, επιτρέποντας τη δημιουργία ποικίλων αποκεντρωμένων εφαρμογών. Οι εφαρμογές αυτές μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες:
Με όμοιο τρόπο, σε ένα smart contract μπορούν να κωδικοποιηθούν αυθαίρετες συναρτήσεις μετάβασης, επιτρέποντας τη δημιουργία ποικίλων αποκεντρωμένων εφαρμογών. Οι εφαρμογές αυτές μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες:
\begin{itemize}
\begin{itemize}
@ -19,7 +19,7 @@
\item Ημι-οικονομικές εφαρμογές, όπου εμπλέκονται χρήματα, αλλά η λειτουργία τους εμπεριέχει παράλληλα και μία αξιοσημείωτη μη νομισματική πλευρά. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι οι αυτόματες πληρωμές για λύσεις σε υπολογιστικά προβλήματα (βλ. Gitcoin).
\item Ημι-οικονομικές εφαρμογές, όπου εμπλέκονται χρήματα, αλλά η λειτουργία τους εμπεριέχει παράλληλα και μία αξιοσημείωτη μη νομισματική πλευρά. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι οι αυτόματες πληρωμές για λύσεις σε υπολογιστικά προβλήματα (βλ. Gitcoin).
\item Μη οικονομικές εφαρμογές, όπως η αποκεντρωμένη αποθήκευση δεδομένων, συστήματα ταυτότητας (identity) και φήμης (reputation), διαδικτυακές ψηφοφορίες και αποκεντρωμένη διακυβέρνηση. Οι τελευταίες εισάγουν και την έννοια των Αποκεντρωμένων Αυτόνομων Οργανώσεων (Decentralized Autonomous Organizations ή DAOs), οντοτήτων που ενεργούν αυτόνομα, χωρίς την ανάγκη διαμεσολάβησης κάποιας συγκεντρωτικής (centralized) αρχής.\cite{ethereum-whitepaper}
\item Μη οικονομικές εφαρμογές, όπως η αποκεντρωμένη αποθήκευση δεδομένων, συστήματα ταυτότητας (identity) και φήμης (reputation), διαδικτυακές ψηφοφορίες και αποκεντρωμένη διακυβέρνηση. Οι τελευταίες εισάγουν και την έννοια των Αποκεντρωμένων Αυτόνομων Οργανώσεων (Decentralized Autonomous Organizations ή DAOs), οντοτήτων που ενεργούν αυτόνομα, χωρίς την ανάγκη διαμεσολάβησης κάποιας συγκεντρωτικής (centralized) αρχής.\cite{2.6-ethereum-whitepaper}
\end{itemize}
\end{itemize}
\subsection{EVM}
\subsection{EVM}
@ -33,6 +33,6 @@
\item Ένας χώρος μόνιμης αποθήκευσης, που είναι μέρος του Ethereum state, επίσης αρχικά μηδενισμένος.
\item Ένας χώρος μόνιμης αποθήκευσης, που είναι μέρος του Ethereum state, επίσης αρχικά μηδενισμένος.
\end{itemize}
\end{itemize}
Υπάρχει, επίσης, ένα σύνολο μεταβλητών περιβάλλοντος και δεδομένων, που είναι διαθέσιμα κατά την εκτέλεση.\cite{ethereum-mastering}
Υπάρχει, επίσης, ένα σύνολο μεταβλητών περιβάλλοντος και δεδομένων, που είναι διαθέσιμα κατά την εκτέλεση.\cite{2.6-ethereum-mastering}
Το IPFS (InterPlanetary File System) είναι \textit{ένα P2P πρωτόκολλο υπερμέσων, σχεδιασμένο για να διατηρήσει και να αυξήσει τη γνώση της ανθρωπότητας κάνοντας το διαδίκτυο αναβαθμίσιμο, ανθεκτικό και πιο ανοιχτό}.\cite{ipfs}
Το IPFS (InterPlanetary File System) είναι \textit{ένα P2P πρωτόκολλο υπερμέσων, σχεδιασμένο για να διατηρήσει και να αυξήσει τη γνώση της ανθρωπότητας κάνοντας το διαδίκτυο αναβαθμίσιμο, ανθεκτικό και πιο ανοιχτό}.\cite{2.7-ipfs}
Πρακτικά πρόκειται για ένα κατανεμημένο σύστημα για αποθήκευση και πρόσβαση σε αρχεία, ιστότοπους, εφαρμογές και δεδομένα. Το περιεχόμενο είναι προσβάσιμο μέσω ενός δικτύου ομότιμων κόμβων που βρίσκονται οπουδήποτε στον κόσμο, οι οποίοι ενδέχεται να να αποθηκεύουν πληροφορία, να τη μεταφέρουν (relay nodes) ή και τα δύο.\cite{ipfs-docs}
Πρακτικά πρόκειται για ένα κατανεμημένο σύστημα για αποθήκευση και πρόσβαση σε αρχεία, ιστότοπους, εφαρμογές και δεδομένα. Το περιεχόμενο είναι προσβάσιμο μέσω ενός δικτύου ομότιμων κόμβων που βρίσκονται οπουδήποτε στον κόσμο, οι οποίοι ενδέχεται να να αποθηκεύουν πληροφορία, να τη μεταφέρουν (relay nodes) ή και τα δύο.\cite{2.7-ipfs-docs}
Στο παραπάνω Merkle DAG τα baf...i αποτελούν τα CID των αρχείων και των φακέλων. Το δένδρο δημιουργείται από κάτω προς τα πάνω, υπολογίζοντας κάθε φορά τα κατάλληλα hashes/CIDs. Σε περίπτωση που το περιεχόμενο ενός κόμβου αλλάξει, τότε αλλάζει τόσο το CID του, όσο και τα CIDs όλων των προγόνων του.
Στο παραπάνω Merkle DAG τα baf...i αποτελούν τα CID των αρχείων και των φακέλων. Το δένδρο δημιουργείται από κάτω προς τα πάνω, υπολογίζοντας κάθε φορά τα κατάλληλα hashes/CIDs. Σε περίπτωση που το περιεχόμενο ενός κόμβου αλλάξει, τότε αλλάζει τόσο το CID του, όσο και τα CIDs όλων των προγόνων του.
\item\textbf{Ανακάλυψη περιεχομένου μέσω κατανεμημένων πινάκων κατακερματισμού (Distributed Hash Tables ή DHTs)}. Ο DHT είναι ένα κατανεμημένο σύστημα για την αντιστοίχιση κλειδιών σε τιμές. Στο IPFS αποτελεί το θεμελιώδες συστατικό του συστήματος δρομολόγησης περιεχομένου και λειτουργεί ως διασταύρωση μεταξύ καταλόγου και συστήματος πλοήγησης. Πρακτικά πρόκειται για ένα πίνακα που αποθηκεύει ποιος έχει ποια δεδομένα και, μέσω του οποίου, ο χρήστης βρίσκει τον peer που έχει αποθηκευμένο το επιθυμητό περιεχόμενο.
\item\textbf{Ανακάλυψη περιεχομένου μέσω κατανεμημένων πινάκων κατακερματισμού (Distributed Hash Tables ή DHTs)}. Ο DHT είναι ένα κατανεμημένο σύστημα για την αντιστοίχιση κλειδιών σε τιμές. Στο IPFS αποτελεί το θεμελιώδες συστατικό του συστήματος δρομολόγησης περιεχομένου και λειτουργεί ως διασταύρωση μεταξύ καταλόγου και συστήματος πλοήγησης. Πρακτικά πρόκειται για ένα πίνακα που αποθηκεύει ποιος έχει ποια δεδομένα και, μέσω του οποίου, ο χρήστης βρίσκει τον peer που έχει αποθηκευμένο το επιθυμητό περιεχόμενο.
Η OrbitDB είναι μία P2P βάση δεδομένων ανοιχτού κώδικα. Χρησιμοποιεί το IPFS για την αποθήκευση των δεδομένων και το IPFS Pubsub για τον αυτόματο συγχρονισμό των βάσεων δεδομένων μεταξύ των peers. Είναι μία τελικά συνεπής (eventually consistent) και χρησιμοποιεί CRDTs (Conflict-Free Replicated Data Types) για συγχωνεύσεις βάσεων δεδομένων χωρίς συγκρούσεις, πράγμα που την καθιστά εξαιρετική επιλογή για DApps και offline-first web applications.\cite{orbitdb}
Η OrbitDB είναι μία P2P βάση δεδομένων ανοιχτού κώδικα. Χρησιμοποιεί το IPFS για την αποθήκευση των δεδομένων και το IPFS Pubsub για τον αυτόματο συγχρονισμό των βάσεων δεδομένων μεταξύ των peers. Είναι μία τελικά συνεπής (eventually consistent) και χρησιμοποιεί CRDTs (Conflict-Free Replicated Data Types) για συγχωνεύσεις βάσεων δεδομένων χωρίς συγκρούσεις, πράγμα που την καθιστά εξαιρετική επιλογή για DApps και offline-first web applications.\cite{2.8-orbitdb}
Κάποια Βασικά χαρακτηριστικά της είναι τα εξής:
Κάποια Βασικά χαρακτηριστικά της είναι τα εξής:
\begin{itemize}
\begin{itemize}
@ -22,7 +22,7 @@
Όλα τα stores υλοποιούνται πάνω στο \texttt{ipfs-log}, μία αμετάβλητη, operation-based CRDT για κατανεμημένα συστήματα, ενώ υπάρχει και η δυνατότητα δημιουργίας προσαρμοσμένων stores ανάλογα με την περίπτωση.
Όλα τα stores υλοποιούνται πάνω στο \texttt{ipfs-log}, μία αμετάβλητη, operation-based CRDT για κατανεμημένα συστήματα, ενώ υπάρχει και η δυνατότητα δημιουργίας προσαρμοσμένων stores ανάλογα με την περίπτωση.
\item\textbf{Address}: Κάθε βάση δεδομένων λαμβάνει κατά τη δημιουργία της μία διεύθυνση της μορφής: \texttt{/orbitdb/CID/DATABASE\_NAME}, όπου CID είναι το IPFS multihash του μανιφέστου της, ενώ το DATABASE\_NAME είναι το όνομα της βάσης\cite{orbitdb-guide}. Το μανιφέστο είναι ένα IPFS object που περιέχει πληροφορίες της βάσης όπως το όνομα, τον τύπο και έναν δείκτη στον ελεγκτή πρόσβασης (access controller).
\item\textbf{Address}: Κάθε βάση δεδομένων λαμβάνει κατά τη δημιουργία της μία διεύθυνση της μορφής: \texttt{/orbitdb/CID/DATABASE\_NAME}, όπου CID είναι το IPFS multihash του μανιφέστου της, ενώ το DATABASE\_NAME είναι το όνομα της βάσης\cite{2.8-orbitdb-guide}. Το μανιφέστο είναι ένα IPFS object που περιέχει πληροφορίες της βάσης όπως το όνομα, τον τύπο και έναν δείκτη στον ελεγκτή πρόσβασης (access controller).
\item\textbf{Identity}: Κάθε φορά που προστίθεται μία εγγραφή στη βάση υπογράφεται από τον δημιουργό της, ο οποίος προσδιορίζεται από μία ταυτότητα (identity). Το Identity object, πέρα από τον προεπιλεγμένο τρόπο λειτουργίας, μπορεί να προσαρμοστεί έτσι ώστε να συνδέεται με κάποιο εξωτερικό αναγνωριστικό.
\item\textbf{Identity}: Κάθε φορά που προστίθεται μία εγγραφή στη βάση υπογράφεται από τον δημιουργό της, ο οποίος προσδιορίζεται από μία ταυτότητα (identity). Το Identity object, πέρα από τον προεπιλεγμένο τρόπο λειτουργίας, μπορεί να προσαρμοστεί έτσι ώστε να συνδέεται με κάποιο εξωτερικό αναγνωριστικό.
Η μορφή του έχει ως εξής (βλ. και \url{https://github.com/orbitdb/orbit-db-identity-provider}):
Η μορφή του έχει ως εξής (βλ. και \url{https://github.com/orbitdb/orbit-db-identity-provider}):
Ezerous
3 years ago