Distributed ledger technologies between anonymity and transparency: AML/CFT regulation of cryptocurrency ecosystems in the EU

The advent of Bitcoin suggested a disintermediated economy in which Internet users can take part directly. The conceptual disruption brought about by this Internet of Money (IoM) mirrors the cross-industry impacts of blockchain and distributed ledger technologies (DLTs). While related instances of non-centralisation thwart regulatory efforts to establish accountability, in the financial domain further challenges arise from the presence in the IoM of two seemingly opposing traits: anonymity and transparency. Indeed, DLTs are often described as architecturally transparent, but the perceived level of anonymity of cryptocurrency transfers fuels fears of illicit exploitation. This is a primary concern for the framework to prevent money laundering and the financing of terrorism and proliferation (AML/CFT/CPF), and a top priority both globally and at the EU level. Nevertheless, the anonymous and transparent features of the IoM are far from clear-cut, and the same is true for its levels of disintermediation and non-centralisation. Almost fifteen years after the first Bitcoin transaction, the IoM today comprises a diverse set of socio-technical ecosystems. Building on an analysis of their phenomenology, this dissertation shows how there is more to their traits of anonymity and transparency than it may seem, and how these features range across a spectrum of combinations and degrees. In this context, trade-offs can be evaluated by referring to techno-legal benchmarks, established through socio-technical assessments grounded on teleological interpretation. Against this backdrop, this work provides framework-level recommendations for the EU to respond to the twofold nature of the IoM legitimately and effectively. The methodology cherishes the mutual interaction between regulation and technology when drafting regulation whose compliance can be eased by design. This approach mitigates the risk of overfitting in a fast-changing environment, while acknowledging specificities in compliance with the risk-based approach that sits at the core of the AML/CFT/CPF regime.

A formal analysis of blockchain consensus

In this thesis, we analyse these protocols using PRISM+, our extension of the probabilistic model checker PRISM with blockchain types and operations upon them. This allows us to model the behaviour of key participants in the protocols and describe the protocols as a parallel composition of PRISM+ processes. Through our analysis of the Bitcoin model, we are able to understand how forks (where different nodes have different versions of the blockchain) occur and how they depend on specific parameters of the protocol, such as the difficulty of the cryptopuzzle and network communication delays. Our results corroborate the statement that considering confirmed the transactions in blocks at depth larger than 5 is reasonable because the majority of miners have consistent blockchains up-to that depth with probability of almost 1. We also study the behaviour of the Bitcoin network with churn miners (nodes that leave and rejoin the network) and with different topologies (linear topology, ring topology, tree topology and fully connected topology). PRISM+ is therefore used to analyse the resilience of Hybrid Casper when changing various basic parameters of the protocol, such as block creation rates and penalty determination strategies. We also study the robustness of Hybrid Casper against two known attacks: the Eclipse attack (where an attacker controls a significant portion of the network's nodes and can prevent other nodes from receiving new transactions) and the majority attack (where an attacker controls a majority of the network's nodes and can manipulate the blockchain to their advantage).

Gestione della disponibilità nella catena di distribuzione del sangue con Smart Contract in Ethereum

All’inizio di questa tesi viene discusso il funzionamento delle tecnologie visionate, Bitcoin ed Ethereum, cercando di identificarne i punti principali e salienti: la gestione delle transazioni, le tipologie di Blockchain adottate oggi e l’introduzione degli Smart Contract per sviluppare applicazioni decentralizzate. Successivamente viene considerato il caso di studio, il quale sottolinea la distribuzione delle sacche di sangue tra un centro trasfusionale e un’azienda sanitaria, con lo scopo di mettere in evidenza le interazioni tra queste, concentrandosi sulla disponibilità. Infine, dopo un’analisi del linguaggio Solidity e dopo la descrizione della modalità di sviluppo adottata accompagnata da una fase di testing, viene esposta l’implementazione realizzata concentrandosi sui dettagli delle funzionalità proposte.

Energy and memory consumption of SHA256 algorithm

L'efficienza dei computer ha un limite inferiore dettato dal principio di Landauer. La distruzione di una qualsiasi informazione ha un costo energetico per la dissipazione dei bit che la formavano. L'unico modo per aggirare il principio di Landauer è attraverso la reversibilità. Questa tecnica di computazione ci permette di eseguire un programma senza dover distruggere informazioni e quindi, senza dissipare bit. Molti algoritmi ai giorni nostri hanno un grande impatto energetico sul mondo, ed uno di questi è SHA256, l'algoritmo usato nella block-chain di Bitcoin. Questa tesi si pone l'obbiettivo di analizzare il consumo energetico e di memoria di una implementazione di SHA256 reversibile ideale.

NFT per CryptoArt e altri campi di applicazione: storia, potenzialità e limiti

Negli ultimi anni il mercato degli NFT è cresciuto in modo sbalorditivo. Questo nuovo token deriva dall’idea di un nuovo standard Ethereum che riesca a distinguere univocamente ogni token. Infatti, può essere associato a proprietà virtuali e digitali ed è in grado di identificare in modo univoco le proprietà a cui si riferisce. Questa nuova tecnologia è in continua evoluzione in molti ambiti, dall’ambito sportivo, a quello dell’arte, alla musica, alla moda così via. Man mano che si sviluppa notiamo che vengono mutati campi, prodotti e servizi già esistenti, ma anche sviluppati dei nuovi. Le persone sono affascinate dagli NFT per il fatto che rappresentano oggetti piacevoli, creativi ed interessanti e poichè ci associano il concetto di “investimento”, “trading”, “guadagno” e necessariamente pensano alle criptovalute quali Bitcoin o Ethereum. Infatti, in molti hanno sentito parlare di almeno una delle opere diventate più famose grazie agli NFT. Ad esempio, l’opera d’arte “Everydays: the First 5000 Days” dell’artista Beeple Mike Winkelmann fu venduta dalla casa d’aste Christie’s ad un prezzo che fece il record di vendita per un unico NFT (più di 69 milioni di dollari). Uno dei settori in cui gli NFT sono entrati riguarda quello dell'arte, dando vita a un vero e proprio fenomeno definito come "Crypto-Art". La preziosità e il valore delle opere digitali si crea sull’unicità dell’opera. Il pregio dell’arte non è per tutti, ma su una nicchia di persone che sono appassionati e collezionisti del mondo dell’arte. L'obiettivo di questa tesi è appunto analizzare le potenzialità e i limiti di NFT in questo contesto.