Οι \textbf{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 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.
Η \textbf{ασύμμετρη κρυπτογραφία} (asymmetric cryptography) ή κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού (public-key cryptography) αποτελεί κρυπτογραφικό σύστημα που βασίζεται στη χρήση ενός ζεύγους κλειδιών (key pair), του \textit{δημόσιου} (public key) και του \textit{ιδιωτικού} (private key). Αυτά τα κλειδιά είναι μαθηματικά συνδεδεμένα ως εξής:
Η ασύμμετρη κρυπτογραφία (asymmetric cryptography) ή κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού (public-key cryptography) αποτελεί κρυπτογραφικό σύστημα που βασίζεται στη χρήση ενός ζεύγους κλειδιών (key pair), του \textit{δημόσιου} (public key) και του \textit{ιδιωτικού} (private key). Αυτά τα κλειδιά είναι μαθηματικά συνδεδεμένα ως εξής:
\begin{itemize}
\item Το ιδιωτικό κλειδί δε μπορεί να προκύψει γνωρίζοντας το δημόσιό του
@ -34,3 +34,4 @@
\caption{Κρυπτογράφηση απ' άκρη σ' άκρη}
\end{figure}
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 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.
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}
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{Λογαριασμοί}
Στο Ethereum blockchain οι λογαριασμοί αποτελούν οντότητες οι οποίες μπορούν να δέχονται, να κρατούν και να στέλνουν ETH και tokens, καθώς και να αλληλεπιδρούν με smart contracts\cite{2.6-ethereum-documentation}. Χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: στους λογαριασμούς εξωτερικής κατοχής (externally owned accounts ή EOAs) και στους λογαριασμούς συμβολαίων (contract accounts).
Οι λογαριασμοί εξωτερικής κατοχής δημιουργούνται χωρίς κόστος και ελέγχονται μέσω ιδιωτικών κλειδιών. Μπορούν να πραγματοποιούν μόνο συναλλαγές μεταφοράς ETH ή κάποιου token.
Από την άλλη, οι λογαριασμοί συμβολαίων απαιτούν κάποιο κόστος δημιουργίας, καθώς χρησιμοποιούν αποθηκευτικό χώρο επί του blockchain, ενώ ελέγχονται αποκλειστικά από τον κώδικά τους. Οι συναλλαγές από έναν λογαριασμό εξωτερικής κατοχής σε έναν λογαριασμό συμβολαίου μπορούν να ενεργοποιήσουν κώδικα που μπορεί να εκτελέσει ποικίλες διαφορετικές ενέργειες, όπως την ανάγνωση και την εγγραφή στην εσωτερική αποθήκευση, την πραγματοποίηση νέων συναλλαγών, ή τη δημιοργία νέων συμβολαίων.
Πιο αναλυτικά, τα πεδία που διαθέτουν οι λογαριασμοί στο Ethereum είναι τα εξής:
\begin{itemize}
\item Το \textbf{nonce}: ένας μετρητής που υποδεικνύει τον αριθμό των απεσταλμένων συναλλαγών του λογαριασμού. Αυτό διασφαλίζει ότι οι συναλλαγές διεκπεραιώνονται μόνο μία φορά. Σε έναν λογαριασμό συμβολαίου, αυτός ο αριθμός αντιπροσωπεύει τον αριθμό των συμβολαίων που δημιουργήθηκαν από εκείνον.
\item Το \textbf{balance}: το ποσό σε ETH που διαθέτει ο λογαριασμός, μετρημένο σε wei (1 ETH = $10^{18}$ wei).
\item Το \textbf{codeHash}: ένα hash που αναφέρεται στον κώδικα του λογαριασμού (contract code). Είναι χαρακτηριστικό των λογαριασμών συμβολαίων (στους λογαριασμούς εξωτερικής κατοχής είναι hash μίας κενής συμβολοσειράς) και, σε αντίθεση με τα άλλα πεδία, αφότου οριστεί παραμένει αμετάβλητο.
\item Το \textbf{storageRoot} ή storage hash: το root hash του δένδρου Merkle των αποθηκευμένων δεδομένων του smart contract σε έναν λογαριασμό συμβολαίου (δε χρησιμοποιείται σε λογαριασμούς εξωτερικής κατοχής).
\end{itemize}
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").
\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).
@ -14,13 +36,13 @@
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:
\begin{itemize}
\begin{enumerate}
\item Οικονομικές εφαρμογές, οι οποίες παρέχουν στους χρήστες ισχυρότερους τρόπους διαχείρισης και σύναψης συμβάσεων χρησιμοποιώντας τα χρήματά τους. Αυτό περιλαμβάνει υπο-νομίσματα, χρηματοοικονομικά παράγωγα, συμβάσεις αντιστάθμισης κινδύνου, πορτοφόλια αποταμίευσης, διαθήκες, και, τελικά, ακόμη και ορισμένες κατηγορίες συμβάσεων εργασίας πλήρους κλίμακας.
\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 (\textenglish{centralized}) αρχής.\cite{2.6-ethereum-whitepaper}
\end{itemize}
\end{enumerate}
\subsection{EVM}
Τα smart contracts εκτελούνται από την εικονική μηχανή του Ethereum (Ethereum Virtual Machine ή EVM). Η EVM αποτελεί μία quasi\footnote{"quasi" 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.
@ -35,4 +57,4 @@
Υπάρχει, επίσης, ένα σύνολο μεταβλητών περιβάλλοντος και δεδομένων, που είναι διαθέσιμα κατά την εκτέλεση.\cite{2.6-ethereum-mastering}
Ezerous
3 years ago