Cryptocurrencies Course: EPL682 Advanced Security Topics - PowerPoint PPT Presentation

Cryptocurrencies Course: EPL682 – Advanced Security Topics Instructor: Elias Athanasopoulos

SoK: Research perspective and challenges for Bitcoin and cryptocurrency Joseph Bonneau ∗ †‡, Andrew Miller § , Jeremy Clark¶, Arvind Narayanan ∗ , Joshua A. Kroll ∗ , Edward W. Felten ∗ ∗ Princeton University, †Stanford University, ‡Electronic Frontier Foundation, §University of Maryland, ¶Concordia University Systematization of Knowledge Papers Suitable papers are those that provide an important new viewpoint on an established, major research area, support or challenge long-held beliefs in such an area with compelling evidence, or present a convincing, comprehensive new taxonomy of such an area. www.ieee-security.org

Terms Blockchain A blockchain, is a growing list of records, called blocks, that are linked using cryptography. Each block contains a cryptographic hash of the previous block, a timestamp, and transaction data (generally represented as a Merkle tree). “ In Bitcoin, the log is implemented as a series of blocks of transactions, each containing the hash of the previous block, committing this block as its sole antecedent. It is referred to as the blockchain. “ Proof-of-Work A proof-of-work (PoW) system (or protocol, or function) is a consensus mechanism. It deters denial-of-service attacks and other service abuses such as spam on a network by requiring some work from the service requester, usually meaning processing time by a computer.

Bitcoin wallet Cryptocurrency wallet Comparable to a bank account, contains a pair of public and private cryptographic keys. A public key allows for other wallets to make payments to the wallet's address, whereas a private key enables the spending of cryptocurrency from that address.

Ερευνα στο Bitcoin • Γιατί είναι σημαντικό το Bitcoin και τις προκλήσεις του o Without any trusted parties o Without pre-assumed identities among the participants • Το βασικό πρωτόκολλο συναίνεσης του Bitcoin έχει επίσης σημαντικές συνέπειες για πολλά άλλα προβλήματα ασφάλειας υπολογιστών πέρα από το νόμισμα, όπως o distributed naming, o secure timestamping and commitment, o generation of public randomness, o financial problems such as self- enforcing (“smart”) contracts, o decentralized markets and order books, o distributed autonomous agents.

Γιατί αξίζει να το μελετήσουμε • “Bitcoin works in practice, but not in theory.” • Ενώ το Bitcoin έχει μέχρι στιγμής δουλέψει με εκπληκτικό τρόπο, υπάρχει ένας σημαντικός ρόλος της έρευνας να διαδραματίσει για να εντοπίσει ακριβώς γιατί αυτό ήταν δυνατό • Η ερευνητική κοινότητα ασφαλείας αποφεύγει να χρησιμοποιήσει το Bitcoin , χωρίς να αναγνωρίζει αμέσως την καινοτομία του, και ακόμα σήμερα το απορρίπτει λόγω της έλλειψης αυστηρών θεωρητικών θεμελίων. • Ο στόχος μας είναι να τονίσουμε και τους πολλούς τομείς στους οποίους έχει ήδη σημειωθεί σημαντική καινοτομία, από πρωτότυπα πρωτόκολλα πληρωμών μέχρι φιλικά προς το χρήστη διαχείριση κλειδιών (payment protocols to user-friendly key management), καθώς και τις πιο σημαντικές ανοικτές ερευνητικές προκλήσεις για το Bitcoin και τα μελλοντικά κρυπτοσυστήματα .

Ιστορία του Bitcoin • Cryptographic currencies date back to Chaum’s proposal for “untraceable payments” in 1983 o Ηθελε από την τραπεζα να εκδοθουν μετρητα σε τυφλα υπογραμμενα κερματα (blindly signed coin). o Θα ελεγχε μονο άν το blind coin έχει χρησιμοποιηθεί προηγουμένως. Δεν σύνδεε τον λογαριασμο με κάποια οντότητα o Τα τυφλά νομίσματα μεταφέρονται μεταξύ χρηστών και εμπόρων και μπορούν να εξαργυρωθούν αφού η τράπεζα επιβεβαιώσει ότι δεν έχουν εξαργυρωθεί προηγουμένως. • Καποιες εταιρίες ξεκίνησαν όπως η DigiCash Και Peppercoin χωρίς να προχωρίσουν • Ακολούθησαν πολλές άλλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων προτάσεων για δίκαιη λαχειοφόρο αγορά ( fair lottery)

Ιστορία του Bitcoin • Το Proo oof-of of-work χρησιμοποιήθηκε επίσης για την ανίχνευση των sybil κόμβων σε κατανεμημένα πρωτόκολλα συναίνεσης μεταξύ ομότιμων, παρόμοια με την τρέχουσα χρήση της στη συναίνεση Bitcoin. • Το pub publi lic led edger , το οποίο καθιστά τις διπλές δαπάνες ανιχνεύσιμες. • Το B-money , που προτάθηκε το 1998, φαίνεται να είναι το πρώτο σύστημα όπου όλες οι συναλλαγές είναι δημόσια (αν και ανώνυμα). • Το 2008 2008 , ανακοινώθηκε το Bitcoin και μια λευκή βίβλος με το ψευδώνυμο Satoshi Nakamoto. • Το Block gen enesis του Bitcoin in εξήχθη στις στις 3 Ιανουαρίου 2009. Η πρώτη χρήση του Bitcoin ως νομίσματος θεωρείται συναλλαγή τον Μάιο του 2010, όπου ένας χρήστης διέταξε την παράδοση πίτσας σε άλλο αντί για 10.000 bitcoins. • Η ιστοσελίδα της μαύρης αγοράς Silk lk Roa oad χρησιμοποιούσε Bitcoin μέχρι που έκλεισε. • Το 2014, ένας υπολογιστικός ιός που ονομάζεται CryptoLocker εξήγαγε εκατομμύρια δολάρια από τα θύματα, κρυπτογραφώντας τα αρχεία τους και ζητώντας Bitcoin.

Τα τρία βασικά τεχνικά στοιχεία του Bitcoin 1. 1. Tran ansactions an and scr scrip ipts 2. Con 2. onsensus s an and min inin ing 3. 3. Peer-to to-peer communication network

Bitcoin Transaction • 10^8 satoshis = 1 bitcoin. Transaction Fee: Οποιοδήποτε Bitcoin εισόδου που δεν • Input/output arrays. εξαργυρώνονται σε μια έξοδο θεωρείται τέλη • Hashed using SHA-256 (unique trans. ID). συναλλαγής (transaction fee). O ποιος δημιουργεί το • Transaction fee = Input Value – Output Value blog (miner ) μπορεί να το διεκδικήσει εισάγοντάς το στη συναλλαγή νομισμάτων (coinbase transaction) αυτού του blog.

Bitcoin Transaction “ In addition to the requirements that each transaction input matches a previous transaction output and that the two scripts execute successfully”

Consensus “Nakamoto consensus. This can be considered Bitcoin’s core innovation and perhaps the most crucial ingredient to its success.” • Παίρνουμε σαν σωστό το τι θα αποφασίσει η πλειοψηφία • Nakamoto Consensus = Proof of Work • Μια ομαδα κανονων • Δουλεία των mıners • Το Blockchaın μπορεί να έχει πολλά fork αλλα κάπια στιγμή θα κερδίσει αυτό με τα περισσότερα blog. Μεχρι τα 6 blog το θεωρουμε confirmed ( μπορει και όχι -de deep ep fork ork) • “In the worst case, this can effectively enable a double spending attack” • Το Proof-of-Work μας προστατεύει από DoS attacks και λόγο της τυχαιότητας του προβλήματος θα έχουμε πάντα μεγαλύτερο fork γιατί άλλος θα κερδίζει κάθε φορά. • Ta Deep forks αποφεύγονται από τα checkpoınts

Mining • Μ ining ειναι η διεργασία όπου πολλες μηχανες ψάχνουν να λύσουν εναν Puzzle-PoW • Ανταμήβονται χρηματικα • Μπαινει ενα μπλοκ καθε 10 λεπτα • Block size – 1MB • Hashing Algorithm SHA-256 Πως ανταμειβωνται οι miners • Fix- scheduled (From 50BTC, 25BTC…) • Transaction fee (difference between Input and Output) • Penny-flooding (1-2% ) of mining revenue

Peer-to-Peer Communication Network • Να λαμβανουν πολλα αλλα να μην σέλνουν πολλα • Το latency του δυκτίου έχει σημαντικο επακολουθο στο consensus First, any la latency between the discovery of a block and its receipt by all other nodes increases the possibility of a tem emporary ry fork … Second, a mal alic icious min iner er who is able to control a substantial portion of the network may attempt to favor the broadcast of their own blocks.”