Merge branch 'feature/blockchain' into develop

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

@@ -1,14 +1,18 @@
 \section{Blockchain}
 
-% Παλιό από Drive
+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.
-Πρακτικά το blockchain είναι μία διανεμημένη δημόσια βάση δεδομένων που διατηρεί έναν αμετάβλητο κατάλογο (immutable ledger) ψηφιακών συναλλαγών (digital transactions) ενός νομίσματος (token). Ο κατάλογος αυτός παίρνει τη μορφή μιας αλυσίδας (chain) από blocks συναλλαγών που διαδέχονται το ένα το άλλο.
+%TODO: add [https://bitcoin.org/bitcoin.pdf]
 
-Ως προς την κυριότητα επί αυτής, η βάση δεν ελέγχεται από κάποια κεντρική οντότητα, αλλά αναπαράγεται σε όλους τους (πλήρεις) κόμβους (full nodes) που απαρτίζουν συλλογικά το δίκτυο. Με το δικό του κόμβο μπορεί να συμμετάσχει οποιοσδήποτε το επιθυμεί, ωστόσο δεν είναι αναγκαίο για τον χρήστη που θέλει απλά να συναλλαγεί στο δίκτυο να διαθέτει τον κόμβο του (διαθέτει απλά έναν light node).
+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).[]
+%TODO: add [https://en.wikipedia.org/wiki/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
 
-Η λειτουργία των κόμβων (ενν. full) είναι η επικύρωση των συναλλαγών που επιθυμούν να πραγματοποιήσουν οι χρήστες. Για την επικύρωση, ανταγωνίζονται ο ένας τον άλλον για το ποιος θα λύσει πρώτος ένα σύνθετο αλγοριθμικό πρόβλημα που συσχετίζεται με το εκάστοτε block. Το κίνητρο για τη δαπάνη της επεξεργαστικής ισχύος που απαιτείται για αυτό είναι η ανταμοιβή του κόμβου που θα καταλήξει πρώτος στη λύση του προβλήματος  με ένα ποσό από tokens. Ανάλογα με τον αλγόριθμο που έχει προσυμφωνηθεί να χρησιμοποιείται στο εκάστοτε blockchain (Proof of Work, Proof of Stake κτλ.), οι κόμβοι του χαρακτηρίζονται ως miners/stakers/κ.ά. .
+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.
 
- Έτσι, με το που προκύψει λύση, δημιουργείται ένα νέο block στο οποίο καταγράφονται -μεταξύ άλλων- οι συναλλαγές που πραγματοποιούν οι χρήστες, μια παραπομπή στο προηγούμενο block και η λύση του αλγορίθμου.  O κόμβος που επέλυσε πρώτος το πρόβλημα επιβραβεύεται με ένα ποσό νομισμάτων, που απαρτίζεται τόσο από μια προσυμφωνηθείσα ποσότητα νομισμάτων που δημιορυργείται σε κάθε block, όσο και με τα τέλη συναλλαγής (transaction fees) που κατέβαλαν στο δίκτυο οι χρήστες που πραγματοποίησαν τις συναλλαγές.
+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.
 
-% TODO: insert diagram
+*Υπάρχουν και κάποιες υλοποιήσεις ιδιωτικών blockchain που, όμως, δε θα μας απασχολήσουν.
 
-Η διευθυνσιοδότηση σε ένα blockchain επιτυγχάνεται αξιοποιώντας το PGP. Δηλαδή  αποστολείς και παραλήπτες είναι πάντα κάτοχοι των ιδιωτικών κλειδιών κάποιων δημοσίων διευθύνσεων. Ο οποιοσδήποτε μπορεί να παράγει ανά πάσα στιγμή στον υπολογιστή του ένα valid PGP ζεύγος και να λαμβάνει tokens στην παραχθείσα δημόσια διεύθυνση (το πλήθος των έγκυρων δημοσίων διευθύνσεων είναι πρακτικά ανεξάντλητο π.χ. $2^{160}$ για το Bitcoin).
+Από τεχνική σκοπιά, το blockchain μπορεί να θεωρηθεί ως μία μηχανή καταστάσεων βασισμένη σε συναλλαγές (transaction-based state machine). Δηλαδή, ξεκινάει από μία αρχική κατάσταση (genesis state), η οποία τροποποιείται σταδιακά με κάθε block, και περιλαμβάνει ανά πάσα στιγμή τις διευθύνσεις με τα ποσά των νομισμάτων που τις αντιστοιχούν.
+
+%TODO: add image like ethereum-evm-illustrated page 9 or https://ethereum.org/static/0aeff9bcdfb1f5fd002610b4a5cff197/460fa/ethereum-state-transition.png