Browse Source

Merge branch 'develop' into feature/ethereum

develop
Ezerous 3 years ago
parent
commit
5c942b27ba
  1. 27
      bibliography/references.bib
  2. 3
      chapters/2.theoretical-background/2.0.theoretical-background.tex
  3. 6
      chapters/2.theoretical-background/2.3.merkle-trees.tex
  4. 4
      chapters/2.theoretical-background/2.5.blockchain.tex
  5. 8
      chapters/2.theoretical-background/2.7.distributed-databases.tex
  6. 18
      chapters/2.theoretical-background/2.7.ipfs.tex
  7. 1
      chapters/2.theoretical-background/2.8.decentralized-apps.tex
  8. 39
      chapters/2.theoretical-background/2.8.orbit-db.tex
  9. 4
      examples-page.tex
  10. 3
      packages.tex
  11. BIN
      thesis.pdf

27
bibliography/references.bib

@ -4,22 +4,17 @@
% proposed label naming convention: "chapter.subchapter-descriptive_name"
% for example: "2.2.2-why-gpg-is-awesome"
@article{einstein,
author = "Albert Einstein",
title = "{Zur Elektrodynamik bewegter K{\"o}rper}. ({German})
[{On} the electrodynamics of moving bodies]",
journal = "Annalen der Physik",
volume = "322",
number = "10",
pages = "891--921",
year = "1905",
DOI = "http://dx.doi.org/10.1002/andp.19053221004"
@online{merkle-tree,
author = "Wikipedia",
title = "Merkle tree",
url = "https://en.wikipedia.org/wiki/Merkle_tree"
}
@book{latexcompanion,
author = "Michel Goossens and Frank Mittelbach and Alexander Samarin",
title = "The \LaTeX\ Companion",
year = "1993",
publisher = "Addison-Wesley",
address = "Reading, Massachusetts"
@online{merkle-proofs-explained,
author = "Belavadi Prahalad",
title = "Merkle proofs Explained.",
date = "2018-01-07",
url = "https://medium.com/crypto-0-nite/merkle-proofs-explained-6dd429623dc5"
}

3
chapters/2.theoretical-background/2.0.theoretical-background.tex

@ -6,4 +6,5 @@
\input{chapters/2.theoretical-background/2.4.p2p-networks}
\input{chapters/2.theoretical-background/2.5.blockchain}
\input{chapters/2.theoretical-background/2.6.ethereum}
\input{chapters/2.theoretical-background/2.7.distributed-databases}
\input{chapters/2.theoretical-background/2.7.ipfs}
\input{chapters/2.theoretical-background/2.8.orbit-db}

6
chapters/2.theoretical-background/2.3.merkle-trees.tex

@ -1,6 +1,6 @@
\section{Δένδρα Merkle}
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. %TODO add reference: https://en.wikipedia.org/wiki/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{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.
@ -8,9 +8,9 @@
Τα Merkle trees επιτρέπουν την αποδοτική και ασφαλή επαλήθευση των περιεχομένων που ανήκουν σε σετ δεδομένων μεγάλου μεγέθους. Η βασική ιδιότητα είναι ότι για κάθε σετ δεδομένων υπάρχει ακριβώς ένα πιθανό δένδρο, το οποίο δε γίνεται να τροποποιηθεί χωρίς να αλλάξει ταυτόχρονα και το root hash.
Έτσι, μέσω των λεγόμενων Merkle proofs, μπορούμε: %TODO add reference: https://medium.com/crypto-0-nite/merkle-proofs-explained-6dd429623dc5
Έτσι, μέσω των λεγόμενων Merkle proofs, μπορούμε:
\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 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.
\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}.
\end{itemize}

4
chapters/2.theoretical-background/2.5.blockchain.tex

@ -1,6 +1,6 @@
\section{Blockchain}
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 κρυπτονομίσματος (cryptocurrency). Περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2008 από ένα άτομο (ή μία ομάδα ανθρώπων) γνωστό ως Satoshi Nakamoto, αποτελώντας τη βάση του κρυπτονομίσματος 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.
%TODO: add [https://bitcoin.org/bitcoin.pdf]
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).[]
@ -8,7 +8,7 @@
%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
Ως προς την κυριότητα επί αυτού, το blockchain συνήθως* δεν ελέγχεται από κάποια κεντρική οντότητα, αλλά διατηρείται από ένα δημόσιο P2P δίκτυο. Οι κόμβοι (nodes) του δικτύου συμμορφώνονται συλλογικά με ένα πρωτόκολλο συναίνεσης (consensus) για την επικοινωνία και την επικύρωση νέων μπλοκ. Για παράδειγμα, στο Bitcoin, το consensus επιτυγχάνεται μέσω ενός Proof of Work (PoW) αλγορίθμου, όπου οι κόμβοι (miners) ανταγωνίζονται ο ένας τον άλλον για το ποιος θα λύσει πρώτος ένα σύνθετο αλγοριθμικό πρόβλημα που συσχετίζεται με το εκάστοτε block. Αυτός που θα τα καταφέρει επιβραβεύεται για την επεξεργαστική ισχύ που δαπάνησε με ένα ποσό από bitcoin. Εκείνα είναι εν μέρει νέα νομίσματα που κόβονται ή "εξορύσσονται" εκείνη τη στιγμή (όπως ορίζεται από το πρωτόκολλο), αλλά και όσα τέλη (fees) κατέβαλαν οι κόμβοι για να πραγματοποιήσουν τις συναλλαγές του μπλοκ. Αξίζει να σημειωθεί πως δεν είναι αναγκαίο να διαθέτει κανείς ολόκληρο το blockchain (το οποίο είναι ογκώδες) - δηλαδή έναν πλήρη κόμβο - για να επικοινωνήσει με το δίκτυο, αλλά αρκεί ένας light node που απλά αναμεταδίδει την συναλλαγή που επιθυμεί να πραγματοποιήσει ο χρήστης.
\\
Η διευθυνσιοδότηση σε ένα blockchain επιτυγχάνεται αξιοποιώντας την κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού. Το πρωτόκολλο του εκάστοτε blockchain ορίζει έναν αλγόριθμο για την παραγωγή ζευγών κλειδιών (π.χ. ECDSA στο Bitcoin). Το δημόσιο από αυτά ορίζει τη διεύθυνση, ενώ το ιδιωτικό παραμένει μυστικό, υπό την κατοχή του χρήστη. Με αυτό τον τρόπο προκύπτει ένα πρακτικά ανεξάντλητο πλήθος πιθανών έγκυρων δημόσιων διευθύνσεων (π.χ. $2^{160}$ για το Bitcoin), στις οποίες οι χρήστες μπορούν να στέλνουν και να λαμβάνουν ποσά του εκάστοτε κρυπτονομίσματος. Για την αποστολή ενός ποσού, δηλώνουν το fee που επιθυμούν να καταβάλουν και υπογράφουν την επιθυμητή συναλλαγή με το ιδιωτικό τους κλειδί. Η συναλλαγή αναμεταδίδεται στο δίκτυο και παραμένει στο transaction pool μέχρις ότου να γίνει αποδεκτή και να συμπεριληφθεί στο επόμενο block.
*Υπάρχουν και κάποιες υλοποιήσεις ιδιωτικών blockchain που, όμως, δε θα μας απασχολήσουν.

8
chapters/2.theoretical-background/2.7.distributed-databases.tex

@ -1,8 +0,0 @@
\section{Αποκεντρωτική αποθήκευση δεδομένων (βάση δεδομένων)}
Distributed databases
- τι είναι;
- ποιες είναι οι διαφορές από το blockchain;
- γιατί τις χρειαζόμαστε; ποιο πρόβλημα λύνουν;
- πόσες, ποιες υπάρχουν; παραδείγματα/διαφορές
- τεχνική ανάλυση (προτερήματα, drawbacks)

18
chapters/2.theoretical-background/2.7.ipfs.tex

@ -0,0 +1,18 @@
\section{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}. %TODO: add [https://ipfs.io/]
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 μεταφέρουν πληροφορία, να την αποθηκεύσουν ή και τα δύο. %TODO: add [https://docs.ipfs.io/]
%TODO: add IPFS logo image
Ο τρόπος λειτουργίας του IPFS βασίζεται στα εξής:
\begin{itemize}
\item \textbf{Μοναδική ταυτοποίηση μέσω διευθυνσιοδότησης περιεχομένου (content addressing)}. Το περιεχόμενο δεν προσδιορίζεται από την τοποθεσία του (π.χ. https://...), αλλά από το τι περιλαμβάνει. Κάθε κομμάτι περιεχομένου έχει ένα μοναδικό αναγνωριστικό περιεχομένου (Content ID ή CID), το οποίο είναι το hash του.
\item \textbf{Σύνδεση περιεχομένου μέσω κατευθυνόμενων άκυκλων γράφων (Directed Acyclic Graphs ή DAGs)}. Το IPFS αξιοποιεί DAGs (και συγκεκριμένα Merkle DAGs), μίας δομής δεδομένων της οποίας κάθε κόμβος έχει ως μοναδικό αναγνωριστικό το hash του περιεχομένου του (το CID).
%TODO: add https://proto.school/tutorial-assets/T0008L04-complete-dag.svg
\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.
\end{itemize}
Ο αποκεντρωτικός χαρακτήρας του IPFS δίνει τη δυνατότητα να παρέχεται το περιεχόμενο από πολλούς κόμβους, οι οποίοι βρίσκονται σε διαφορετικές τοποθεσίες και δεν υπάγονται σε κάποια συγκεκριμένη κεντρική αρχή. Με αυτόν τον τρόπο, τα δεδομένα είναι πιο ανθεκτικά τόσο από άποψη διαθεσιμότητας (αν ένας κόμβος αποσυνδεθεί, θα υπάρχει κάποιος άλλος), όσο και από άποψη αντοχής στη λογοκρισία. Μπορεί, επίσης, να ανακτώνται γρηγορότερα, εφόσον τα διαθέτουν κάποιοι κοντινοί peers, πράγμα ιδιαίτερα πολύτιμο εάν για κοινότητες που είναι καλά δικτυωμένες τοπικά αλλά δεν έχουν καλή σύνδεση με το ευρύτερο διαδίκτυο.
%TODO: add stuff about lack of fees, pinning etc

1
chapters/2.theoretical-background/2.8.decentralized-apps.tex

@ -1 +0,0 @@
\section{Αποκετροποιημένες εφαρμογές}

39
chapters/2.theoretical-background/2.8.orbit-db.tex

@ -0,0 +1,39 @@
\section{OrbitDB}
Η OrbitDB είναι μία P2P βάση δεδομένων. 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. %TODO add [https://orbitdb.org] and logo
\underline{\textbf{Stores}}\\
Η OrbitDB παρέχει διάφορους τύπους βάσεων (stores) για διαφορετικά μοντέλα δεδομένων και περιπτώσεις χρήσης:
\begin{itemize}
\item log: ένα αμετάβλητο (μόνο για προσάρτηση) ημερολόγιο με ανιχνεύσιμο ιστορικό.
\item feed: ένα μεταβλητό αρχείο καταγραφής με ανιχνεύσιμο ιστορικό, του οποίου οι καταχωρήσεις μπορούν να προστεθούν και να αφαιρεθούν.
\item keyvalue: μία βάση δεδομένων κλειδιών-τιμών.
\item docs: μία βάση δεδομένων εγγράφων στην οποία μπορούν να αρχειοθετηθούν έγγραφα JSON με ένα καθορισμένο κλειδί.
\item counter: μία βάση δεδομένων για καταμέτρηση συμβάντων.
\end{itemize}
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.
\underline{\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 %TODO add [https://github.com/orbitdb/orbit-db/blob/main/GUIDE.md]
. Το μανιφέστο είναι ένα IPFS object που περιέχει πληροφορίες της βάσης όπως το όνομα, τον τύπο και έναν δείκτη στον ελεγκτή πρόσβασης (access controller).
\underline{\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. %TODO add [https://github.com/orbitdb/orbit-db-identity-provider]
Η μορφή του έχει ως εξής:
\begin{lstlisting}[breaklines=true]
{
_id: <the ID of the external identity>,
_publicKey: <signing key used to sign OrbitDB entries (auto-generated by OrbitDB)>,
signatures: {
id: <signature of _id signed using _publicKey>, //Allows the owner of _id to prove they own the private key associated with _publicKey
publicKey: <signature of signatures.id + _publicKey using _id> //This links the two ids
},
type: 'orbitdb'
}
\end{lstlisting}
\underline{\textbf{Access Control}}\\
Κατά τη δημιουργία μίας βάσης μπορούν να οριστούν όσοι θα έχουν δικαίωμα να γράψουν σε αυτήν μέσω ενός ελεγκτή πρόσβασης (access controller). Ο ελεγκτής θα περιλαμβάνει τα public keys τους, τα οποία μπορούν να ανακτηθούν από το identity του καθενός. Από προεπιλογή και αν δεν ορίζεται διαφορετικά, δίνεται πρόσβαση εγγραφής μόνο στον δημιουργό της βάσης.

4
examples-page.tex

@ -1,7 +1,3 @@
Some text and the a cite\cite{einstein}.
And another cite\cite{latexcompanion}.
This is a list:
\begin{itemize}
\item item 1

3
packages.tex

@ -12,8 +12,9 @@
% Paper size and margins
\usepackage{geometry}
\usepackage{biblatex}
\usepackage[backend=bibtex, sorting=none]{biblatex}
\usepackage{csquotes}
\usepackage{listings} % Typeset source code listings
% Custom commands
\input{custom-commands/custom-title}

BIN
thesis.pdf

Binary file not shown.
Loading…
Cancel
Save