Οι κρυπτογραφικές συναρτήσεις κατακερματισμού (cryptographic hash functions) είναι ειδική κατηγορία συναρτήσεων κατακερματισμού σχεδιασμένες για χρήση στην κρυπτογραφία. Αποτελούν μαθηματικές συναρτήσεις που δέχονται ως είσοδο δεδομένα τυχαίου μεγέθους και επιστρέφουν συμβολοσειρές σταθερού μήκους.
Οι τιμές που επιστρέφει η συνάρτηση κατακερματισμού ονομάζονται τιμές κατακερματισμού (hash values, digests ή απλά hashes). Μία ιδανική κρυπτογραφική συνάρτηση κατακερματισμού έχει τις εξής βασικές ιδιότητες:
@ -13,4 +17,10 @@
\item Είναι αποδοτική, δηλαδή ο υπολογισμός του hash οποιασδήποτε εισόδου είναι γρήγορος.
Μία από τις δημοφιλέστερες οικογένειες κρυπτογραφικών αλγορίθμων κατακερματισμού είναι αυτή των Secure Hash Algorithms (SHA), η οποία περιλαμβάνει τους SHA-0, SHA-1, SHA-2 και SHA-3.
Μία προσέγγιση στην κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού είναι η κρυπτογραφία ελλειπτικής καμπύλης (Elliptic-Curve Cryptography ή ECC). Η ECC βασίζεται στην αλγεβρική δομή των ελλειπτικών καμπυλών σε πεπερασμένα πεδία και υπερέχει της non-EC κρυπτογραφίας, καθώς επιτρέπει τη δημιουργία μικρότερων κλειδιών με ισοδύναμη ασφάλεια. Ένα από τα πρωτόκολλά της είναι ο Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), ο οποίος χρησιμοποιείται για την ψηφιακή υπογραφή δεδομένων και αποτελεί το EC-ανάλογο του DSA (Digital Signature Algorithm)\cite{2.2-ecdsa}.
Μία προσέγγιση στην κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού είναι η κρυπτογραφία ελλειπτικής καμπύλης (Elliptic-Curve Cryptography ή ECC). Η ECC βασίζεται στην αλγεβρική δομή των ελλειπτικών καμπυλών σε πεπερασμένα πεδία και υπερέχει της non-EC κρυπτογραφίας, καθώς επιτρέπει τη δημιουργία μικρότερων κλειδιών με ισοδύναμη ασφάλεια. Ένα από τα πρωτόκολλά της είναι ο Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), ο οποίος χρησιμοποιείται για την ψηφιακή υπογραφή δεδομένων και αποτελεί το EC-ανάλογο του DSA (Digital Signature Algorithm).\cite{2.2-ecdsa}
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 ο ριζικός κόμβος με το λεγόμενο root hash\cite{2.3-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 ο ριζικός κόμβος με 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.
%TODO create and add image of a binary hash tree like: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Hash_Tree.svg
\begin{figure}[H]
\centering
\includegraphics[width=15cm]{merkle-tree.png}
\caption{Παράδειγμα δυαδικού δένδρου Merkle}
\end{figure}
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.
@ -12,5 +16,5 @@
\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\cite{2.3-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}
Η δημιουργία των λογαριασμών επιτυγχάνεται μέσω της παραγωγής ενός ζεύγους κλειδιών, αξιοποιώντας τον
ECDSA (βλ. ενότητα \ref{section:2-2-asymmetric-cryptography}). Έτσι, το ιδιωτικό κλειδί χρησιμοποιείται για να υπογράφονται ψηφιακά οι συναλλαγές, ενώ το δημόσιο ορίζει τη δημόσια διεύθυνση του λογαριασμού (είναι της μορφής "0x + τα 20 τελευταία bytes του Keccak-256 hash του δημόσιου κλειδιού").
ECDSA (βλ. ενότητα \ref{section:2-2-asymmetric-cryptography}). Έτσι, το ιδιωτικό κλειδί χρησιμοποιείται για να υπογράφονται ψηφιακά οι συναλλαγές, ενώ το δημόσιο ορίζει τη δημόσια διεύθυνση του λογαριασμού (είναι της μορφής "0x + τα 20 τελευταία bytes του Keccak-256\footnote{Ο Keccak-256 αποτελεί τον κρυπτογραφικό αλγόριθμο κατακερματισμού που χρησιμοποειίται στο Ethereum. Πρόκειται για τον αλγόριθμο SHA3-256 πριν την τυποποίησή του από το NIST.} hash του δημόσιου κλειδιού").
Κατά κύριο λόγο, οι χρήστες παράγουν και διαχειρίζονται τα ιδιωτικά κλειδιά των λογαριασμών εξωτερικής κατοχής μέσω ενός πορτοφολιού (wallet). Τα wallets αποτελούν εφαρμογές, οι οποίες δείχνουν το balance του λογαριασμού και παρέχουν τη δυνατότητα αποστολής/ λήψης ETH και tokens από/ σε αυτόν. Ορισμένα προτοφόλια προσφέρουν περαιτέρω λειτουργίες, σημαντικότερη εκ των οποίων είναι η διασύνδεση του λογαριασμού με αποκεντρωμένες εφαρμογές. Επί του παρόντος, το πιο διαδεδομένο πορτοφόλι τέτοιου τύπου είναι το MetaMask\footnote{Επίσημος ιστότοπος: \url{https://metamask.io/}}.
@ -67,7 +67,7 @@ ECDSA (βλ. ενότητα \ref{section:2-2-asymmetric-cryptography}). Έτσι
\subsection{Tokens}
Η λέξη "token" προέρχεται τη λέξη "tācen" των Παλαιών Αγγλικών και σημαίνει σημάδι ή
Η λέξη "token" προέρχεται από τη λέξη "tācen" των Παλαιών Αγγλικών και σημαίνει σημάδι ή
σύμβολο. Στην καθημερινότητα, ο όρος χρησιμοποιείται, κατά κύριο λόγο, για την περιγραφή αντικειμένων ειδικού σκοπού, τα οποία μοιάζουν με κέρματα και έχουν ασήμαντη εγγενή αξία (π.χ. μάρκες παιχνιδιών). Συνήθως, η χρήση των tokens περιορίζεται σε συγκεκριμένες επιχειρήσεις, οργανισμούς ή τοποθεσίες, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι δεν ανταλλάσσονται εύκολα και τυπικά έχουν μόνο μία λειτουργία.\cite{2.6-ethereum-mastering}
Ωστόσο, στο Ethereum blockchain η έννοια των tokens επεκτείνεται και επαναπροσδιορίζεται. Πλέον δεν υπάρχουν περιορισμοί χρήσης και ιδιοκτησίας, ενώ η αξία τους ποικίλει, ανάλογα με το τι αντιπροσωπεύουν (π.χ. νομίσματα, περιουσιακά στοιχεία, ή δικαιώματα πρόσβασης). Μπορούν, δε, να ανταλλαχθούν σε παγκόσμιο επίπεδο, για άλλα tokens ή για άλλα νομίσματα.
@ -91,7 +91,7 @@ ECDSA (βλ. ενότητα \ref{section:2-2-asymmetric-cryptography}). Έτσι
Ένα σημαντικό κριτήριο κατηγοριοποίησης των tokens είναι η εναλλαξιμότητα (fungibility) τους. Ένα token είναι εναλλάξιμο όταν οποιαδήποτε μονάδα του μπορεί να αντικατασταθεί με μία άλλη χωρίς καμία διαφορά στην αξία ή τη λειτουργία του. Από την άλλη πλευρά, ένα non-fungible token (NFT) αντιπροσωπεύει ένα μοναδικό υλικό ή άυλο στοιχείο και, επομένως, είναι μη εναλλάξιμο.
Τέλος, τα tokens συχνά ακολουθούν κάποια καθορισμένα standards στην υλοποίησή τους. Τα δημοφιλέστερα από αυτά είναι τα ERC-20 και ERC-777 (για fungible tokens), το ERC-721 (για NFTs) και το ERC-1155 (για smart contracts με πολλούς τύπους token).
Τέλος, τα tokens συχνά ακολουθούν κάποια καθορισμένα standards στην υλοποίησή τους. Τα δημοφιλέστερα από αυτά είναι τα ERC-20 και ERC-777 (για fungible tokens), το ERC-721 (για NFTs) και το ERC-1155 (για semi-fungible tokens ή SFTs).
\subsection{EVM}\label{subsection:2-6-5-evm}
Τα smart contracts (και, κατ' επέκταση, οι DApps) εκτελούνται από την εικονική μηχανή του Ethereum (Ethereum Virtual Machine ή EVM). Η EVM αποτελεί μία quasi\footnote{"Quasi" ("σχεδόν") επειδή όλες οι διαδικασίες εκτέλεσης περιορίζονται σε έναν πεπερασμένο αριθμό υπολογιστικών βημάτων από την ποσότητα gas που είναι διαθέσιμη για οποιαδήποτε εκτέλεση ενός smart contract.}–Turing-complete μηχανή καταστάσεων αρχιτεκτονικής βασισμένης σε στοίβα (stack-based architecture). Σε υψηλό επίπεδο, η EVM μπορεί να θεωρηθεί ως ένας παγκόσμιος αποκεντρωμένος υπολογιστής που περιέχει εκατομμύρια εκτελέσιμα αντικείμενα, το καθένα με τη δική του μόνιμη αποθήκη δεδομένων.
Ezerous
3 years ago
