La Blockchain: aspetti crittografici e applicazioni

La Blockchain è un deposito di dati distribuito costituito da una lista di record (in continua crescita) resistente a modifiche e revisioni, anche da parte degli operatori dei nodi (computer) su cui risiede. I dati sono sicuri anche in presenza di partecipanti non affidabili o disonesti alla rete. Una copia totale o parziale della blockchain è memorizzata su tutti i nodi. I record contenuti sono di due tipi: le transazioni, che sono i dati veri e propri, e i blocchi, che sono la registrazione di quanto ed in quale ordine le transazioni sono state inserite in modo indelebile nel database. Le transazioni sono create dai partecipanti alla rete nelle loro operazioni (per esempio, trasferimento di valuta ad un altro utente), mentre i blocchi sono generati da partecipanti speciali, i cosiddetti “miners”, che utilizzano software e a volte hardware specializzato per creare i blocchi. L’attività dei miners viene ricompensata con l’assegnazione di “qualcosa”, nel caso della rete Bitcoin di un certo numero di unità di valuta. Spesso negli esempi si fa riferimento alla Blockchain di Bitcoin perché è la catena di blocchi implementata per prima, e l'unica ad avere una dimensione consistente. Le transazioni, una volta create, vengono distribuite sui nodi con un protocollo del tipo “best effort”. La validità di una transazione viene verificata attraverso il consenso dei nodi della rete sulla base di una serie di parametri, che variano secondo l’implementazione specifica dell’architettura. Una volta verificata come valida, la transazione viene inserita nel primo blocco libero disponibile. Per evitare che ci sia una duplicazione delle informazioni l’architettura prevede un sistema di time stamping, che non richiede un server centralizzato.

Implications of Blockchain-Based Smart Contracts on Contract Law

Smart contracts are the most advanced blockchain applications. They can also be used in the contractual domain for the encoding and automatic execution of contract terms. Smart contracts already existed before the blockchain, but they take advantage of the characteristics of that technology. Namely, the decentralised and immutable characters of the blockchain determine that no single contracting party can control, modify, or interrupt the execution of smart contracts. As every new phenomenon, blockchain-based smart contracts have attracted the attention of institutions. For example, in its Resolution of 3 October 2018 on distributed ledger technologies and blockchain, the European Parliament has stressed the need to undertake an in-depth assessment of the legal implications,starting from the analysis of existing legal frameworks. Indeed, the present research thesis aims to verify how blockchain-based smart contracts fit into contract law. To this end, the analysis starts from the most discussed and relevant aspects and develops further considerations. Before that, it provides a detailed description and clarifications about the characteristics, the functioning, and the development of the technology, which is an essential starting point for a high-level quality legal analysis. It takes into considerations already existing rules concerning the use of technology in the life cycle of contracts, from vending machines to computable contracts, and verifies its applicability to blockchain-based smart contracts. The work does not limit to consider the mere technology, but some concrete scenarios of adoption of blockchain-based smart contracts in the contractual domain. Starting from the latter, it focuses on the implications of blockchain-based smart contracts on contract formation, contract performance, and applicable law and jurisdiction.

La Polizza di Carico nell'era della Blockchain

Da anni si assiste ad una continua e incessante evoluzione del settore marittimo, nel tentativo costante di introdurre nuove tecnologie per migliorare i servizi offerti, con l’obiettivo di accelerare la velocità degli scambi commerciali e ridurre i costi delle operazioni. Nell’intento di offrire un’assistenza all’avanguardia ed in tempi ridotti, particolare importanza hanno avuto le evoluzioni in tema di Polizza di Carico. La Polizza di Carico o Bill of Lading (B/L) è il principale documento utilizzato nel trasporto marittimo a livello internazionale caratterizzandosi come ricevuta di carico, titolo rappresentativo di merce e prova del contratto di trasporto. Dagli anni Ottanta del secolo scorso, diversi sono stati i tentativi di sviluppare una polizza di carico elettronica che presenti le stesse funzionalità di quella cartacea al fine di ovviare agli inconvenienti del documento tradizionale garantendone, al tempo stesso, la medesima sicurezza ed efficacia. Di recente, il progresso scientifico e l’innovazione digitale, hanno contribuito all’introduzione nel settore dello shipping di una polizza di carico basata sulla Blockchain. Nonostante sia indubbio che tale tecnologia possa garantire molteplici vantaggi, il reale utilizzo di una Blockchain Bill of Lading risulta, a tuttora, un’ipotesi in piena evoluzione.

From trust who to trust what. A fresh perspective on trust in the era of blockchain

In the last few years, a remarkable technological revolution has been taking place around the world. Such a technological revolution is not just a means to the end of improving efficiency, but an important end of social order. In this work, I show that blockchain is one important example. I discuss that the success of a disintermediated transaction is conditioned on the level of trust in the rules-of-code. In what follows, the dissertation is organized in three studies. Study 1 is a theoretical paper where I present and discuss a model of how blockchain-like technologies can automate and algorithmically dictate the nurturing of trust. Based on study 1, study 2 is aimed to develop and validate a quantitative scale to measure each component of the proposed trust model. Lastly, study 3 is intended to investigate how telematic equipment can affect individual trusting behavior under condition of information asymmetry. The introduction of black box in the Italian automobile insurance market is the set of this study. Overall, the dissertation offers some major contributions for theory and practice about the dynamics underlying the development of trust in the rising era of blockchain transactions.

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).

Realizzazione di una blockchain privata per la gestione di una rete di pagamenti

Nel seguente documento di tesi lo scopo della tecnologia blockchain è quello di creare un’architettura sicura per gli scambi di utility token basata su un sistema distribuito, ovvero un insieme eterogeneo formato da più calcolatori che appare all’utilizzatore come un unico dispositivo. Questa tesi descrive la progettazione e realizzazione di una rete blockchain Stellar permissioned capace di gestire transazioni di token applicabile a innumerevoli contesti all’interno di un ecosistema di pagamenti e di servizi. La tecnologia blockchain offre molteplici vantaggi tra cui la possibilità di diminuire le commissioni delle transazioni rispetto agli attuali sistemi di pagamento. L’architettura dell’infrastruttura di rete progettata prevede, oltre ai nodi della rete blockchain vera e propria, altri server che si occupano in particolare di offrire un servizio di database di custodia delle chiavi, un servizio di load balancing ed un servizio di accesso ai dati presenti nella rete tramite chiamate API fornite dai nodi Horizon. Oltre a questi è stato creato un elemento ad-hoc, ovvero il software BTKL, utilizzato per semplificare la comunicazione con la blockchain e per incrementare la sicurezza di comunicazione con il database di custodia.

Trasferimento di Token Inter-Blockchain: attacchi e soluzioni in uno scenario di Blockchain locali.

La disponibilità di connessioni a internet poco costose ed affidabili rappresenta un lusso in molti paesi in via di sviluppo e in zone rurali di nazioni sviluppate. L’utilizzo di nuove tecnologie come le blockchain risulta quindi difficile in queste aree, per quanto esse trarrebbero certamente beneficio dalla disponibilità di sistemi di pagamento digitali, decentralizzati e tolleranti ai guasti; inoltre l’uso delle blockchain in zone rurali potrebbe rendere l’abitabilità di tali aree maggiormente appetibile. Una possibile soluzione è costituita dalle blockchain locali, ossia catene a servizio di una ristretta area geografica in cui è disponibile solamente una rete locale, da cui potrebbero ricevere vantaggio sia paesi in via di sviluppo, sia scenari industriali dove si necessiti di blockchain il cui accesso debba avvenire solamente dall’interno dell’intranet aziendale. L’utilità delle blockchain locali risulterebbe tuttavia limitata qualora questi sistemi rimanessero totalmente isolati dal mondo esterno. Utilizzando tecnologie che permettono l’interoperabilità tra blockchain è però possibile interconnettere questi sistemi, rendendo possibile il trasferimento di asset tra diverse chain. Le particolarità degli scenari ipotizzati lasciano però spazio ad alcune vulnerabilità, che, se sfruttate, possono condurre ad attacchi ai danni degli utenti e dell’economia delle blockchain locali. Per risolvere le problematiche individuate, sono stati quindi discussi ed implementati una serie di requisiti per la messa in sicurezza del sistema.

Blockchain ed Ethereum

Negli ultimi anni si sta notando sempre di più il cambiamento apportato dalla tecnologia ai vari settori industriali, il quale costringe ogni azienda ad adattare i propri processi per mantenere la propria posizione sul mercato. Un'innovazione è costituita dalla blockchain, che viene presentata come un insieme di tecnologie distribuite volte a mantenere un registro condiviso immutabile. Le sue applicazioni si possono trovare nell'ambito economico attraverso le criptovalute fino ad arrivare alla certificazione in supply chain di società o enti. Come tutte le innovazioni porta con sè vantaggi e peculiarità che ne contraddistinguono il funzionamento. In questa tesi si tratteranno blockchain Ethereum e Smart Contracts ossia componenti definiti in Solidity, un linguaggio dalla caratteristica di Touring Completeness. Con lo sviluppo degli Smart Contract si è arrivati alla creazione di applicazioni decentralizzate, organizzazioni autonome e certificazioni fino alla creazione di standard per token fungibili. Infine un aspetto da non sottovalutare quando si parla di sistemi distribuiti ed in particolare di blockchain è la sicurezza. Verranno introdotti i principali attacchi all'infrastruttura e all'utente, ponendo attenzione a come questo aspetto possa essere tralasciato per favorire interoperabilità tra blockchain.

Blockchain a supporto di Solid: potenzialità e applicazioni al controllo degli accessi

L’eccessiva centralizzazione dei dati ha reso sempre più frequenti fenomeni di manomissione e condivisione delle informazioni degli utenti senza il consenso dei proprietari. Questi potenziali rischi hanno aumentato negli utenti l’esigenza di una maggiore autorità sui propri dati, suscitando l’interesse per il decentramento. Questa tesi analizza due approcci al decentramento che sono Solid e Blockchain, e si concentra sui sistemi legati al controllo degli accessi derivanti dalla combinazione di questi due approcci. L’analisi parte dal descrivere le principali caratteristiche e funzionalità di Solid e Blockchain. Successivamente, dalla tesi si evince come, questi due paradigmi combinati insieme, possano rappresentare una soluzione valida alla decentralizzazione dei dati e vengono illustrati i principali ambiti in cui possono essere applicati sistemi assisti da Blockchain per Solid. In particolare lo studio approfondisce l'applicazione al controllo degli accessi e autenticazione dei dati. Due sono i sistemi presi in esame e approfonditi in questa tesi ovvero BCSolid e TrustAccess. Entrambi sono stati descritti in maniera dettagliata delineando l’architettura, la progettazione, le tecniche crittografiche utilizzate e illustrando dei casi d’uso pratici. Nella parte finale di questo elaborato viene effettuato un confronto tra questi due sistemi e spiegati i motivi per cui Trust Access può essere considerato migliore di BCSolid.

Come Blockchain, NFT e Metaverso stanno rivoluzionando il mondo.

La tecnologia Blockchain ha gi`a apportato grandissime modifiche in moltissimi campi dell’informatica, ma ha le potenzialit`a per provocare altre innumerevoli migliorie. Utilizzando la tecnologia Blockchain come base di partenza, sono gi`a state sviluppate, o sono in sviluppo, altri strumenti che possono cambiare il modo con cui tutte le persone si approcciano ad internet, e innumerevoli altri campi, apportando miglioramenti riguardanti ambiti come sicurezza e privacy, due temi molto caldi in questo periodo. La Blockchain `e vista come la base di partenza del Web 3.0, una versione successiva all’internet che conosciamo tutti, che `e stata molto discussa negli anni passati a causa della rivoluzione che vuole portare. Due protagonisti di questa sono NFT e Metaverso, entrambe, basate su Blockchain, con delle potenzialit`a enormi, se sviluppate e integrate in maniera corretta e coerente con le linee guida che il Web 3.0 vuole seguire. La seguente tesi ha lo scopo d’ introdurre queste tre tecnologie, analizzando i loro punti a favore e sfavore, confrontandole con le soluzioni gi`a in utilizzo attualmente, e studiando anche il perch´e funzionano dal lato pi`u strutturale. Gli argomenti trattati, secondo il mio punto di vista, vanno conosciuti se si vuole riuscire a utilizzare al meglio quello che sar`a l’internet del futuro, proprio per questo, ho cercato di mantenere un linguaggio accessibile a tutti e di non studiare troppo nello specifico, le complesse implementazioni su cui le tecnologie si basano.

Proof of Location through a Blockchain Agnostic Smart Contract Language: Design and Evaluation over Algorand and Ethereum

Le applicazioni che offrono servizi sulla base della posizione degli utenti sono sempre più utilizzate, a partire dal navigatore fino ad arrivare ai sistemi di trasporto intelligenti (ITS) i quali permetteranno ai veicoli di comunicare tra loro. Alcune di questi servizi permettono perfino di ottenere qualche incentivo se l'utente visita o passa per determinate zone. Per esempio un negozio potrebbe offrire dei coupon alle persone che si trovano nei paraggi. Tuttavia, la posizione degli utenti è facilmente falsificabile, ed in quest'ultima tipologia di servizi, essi potrebbero ottenere gli incentivi in modo illecito, raggirando il sistema. Diviene quindi necessario implementare un'architettura in grado di impedire alle persone di falsificare la loro posizione. A tal fine, numerosi lavori sono stati proposti, i quali delegherebbero la realizzazione di "prove di luogo" a dei server centralizzati oppure collocherebbero degli access point in grado di rilasciare prove o certificati a quegli utenti che si trovano vicino. In questo lavoro di tesi abbiamo ideato un'architettura diversa da quelle dei lavori correlati, cercando di utilizzare le funzionalità offerte dalla tecnologia blockchain e dalla memorizzazione distribuita. In questo modo è stato possibile progettare una soluzione che fosse decentralizzata e trasparente, assicurando l'immutabilità dei dati mediante l'utilizzo della blockchain. Inoltre, verrà dettagliato un'idea di caso d'uso da realizzare utilizzando l'architettura da noi proposta, andando ad evidenziare i vantaggi che, potenzialmente, si potrebbero trarre da essa. Infine, abbiamo implementato parte del sistema in questione, misurando i tempi ed i costi richiesti dalle transazioni su alcune delle blockchain disponibili al giorno d'oggi, utilizzando le infrastrutture messe a disposizione da Ethereum, Polygon e Algorand.

Modellazione e progettazione di un sistema di tracciabilità blockchain nell’industria agroalimentare: Il caso Moncaro

Industria 4.0 ha coinvolto il settore agroalimentare introducendo nuove strategie di tracciabilità, a favore della sostenibilità e della sicurezza alimentare. L’Organizzazione Internazionale della Vigna e del Vino pone tra gli obiettivi per il 2024 la transizione digitale della filiera, così da avere una tracciabilità trasparente e affidabile. Questo fornisce un vantaggio ai produttori e ai consumatori che dispongono di maggiori informazioni quantitative e qualitative del prodotto. I sistemi di tracciabilità sono integrati nella supply chain aumentandone la resilienza; tuttavia, la maggior parte degli ERP in commercio ricostruiscono la tracciabilità a posteriori: dal codice lotto finale si ricompone tutto il processo. Per monitorare costantemente la filiera ed incrementarne la trasparenza si stanno integrando nuove tecnologie alla tracciabilità, come l’intelligenza artificiale e la blockchain. Obiettivo di questa tesi è la progettazione di un sistema di tracciabilità blockchain. Pertanto, si introduce alla tracciabilità e alla blockchain descrivendo i principali contributi in letteratura che propongono approcci e strategie, evidenziando vantaggi e sfide future. Poi, si presenta il caso Moncaro, cooperativa agricola che ha cantine e vigneti nel territorio marchigiano, analizzando il processo di vinificazione in bianco dal punto di vista del flusso fisico e informativo, rispettivamente tramite BPMN e Relationship chart. Ai fini della modellazione e della scelta dei dati da inserire in tracciabilità, si analizzano le informazioni registrate negli ERP sviluppati da Apra s.p.a., software house, di cui Moncaro fruisce. Quindi, si propone la formulazione di un algoritmo in pseudocodice che permette di collegare sequenzialmente le attività, così, da ottenere la tracciabilità real time e un’architettura che può gestire tutte le informazioni della supply chain. Infine, si è implementato uno scenario produttivo reale, mediante l’architettura di database a grafo di Neo4j AuraDB

Lohkoketjuteknologian soveltaminen finanssisektorille

Tämän kandidaatintutkielman tarkoituksena on tutkia, miten lohkoketjuteknologiaa voi soveltaa finanssisektorille. Tutkimus tarjoaa yleiskuvan lohkoketjuteknologista, sekä sen sovelluskohteista finanssisektorilla. Tutkimusmenetelmä on kvalitatiivinen ja se toteutettiin haastattelemalla pankkeja, jotka osallistuvat Distributed Ledger Group (DLG)-konsortioon. Kyseinen konsortio pyrkii 42 pankin ja R3cev nimisen yrityksen välisessä yhteistyössä soveltamaan lohkoketjuteknologiaa pankkisektorille. Haastattelujen perusteella pankit pitävät lohkoketjuteknologian potentiaalia pitkällä aikavälillä suurena. Erityisesti lohkoketjuteknologian odotetaan laskevan kustannuksia, sekä nopeuttavan toimintoja useiden eri tuotteiden kohdalla. Pelkästään pankkisektorilla tutkitaan tällä hetkellä kymmeniä eri sovelluskohteita. Ennen kuin lohkoketjulla voidaan nähdä kaupallista toimintaa, tulee haasteita ylittää sekä teknisellä, että säädännöllisellä puolella. Vielä on liian varhaista arvioida, milloin lohkoketjuteknologiaa tullaan soveltamaan laajemmin finanssisektorilla. Pankkien oma tutkimus aiheesta oli vielä suhteellisen varhaisessa vaiheessa. Lohkoketjuteknologian potentiaali voidaan nähdä tutkimuksen perusteella valtavan suurena. Vielä on kuitenkin vaikea arvioida tullaanko tähän potentiaaliin tulevaisuudessa yltämään. Finanssisektorilla on monia toimijoita, jotka tutkivat lohkoketjuteknologiaa ja se vauhdittaa kehitystä. Lohkoketjuteknologia saattaa tulevaisuudessa mullistaa monia finanssisektorin osa-alueita tai jopa korvata ne kokonaan.

Bitcoin mining is about to become a lot less profitable.

Imagine being told that your wage was going to be cut in half. Well, that’s what’s soon going to happen to those who make money from Bitcoin mining, the process of earning the online currency Bitcoin. The current expected date for this change is 11 July 2016. Many see this as the day when Bitcoin prices will rocket and when Bitcoin owners could make a great deal of money. Others see it as the start of a Bitcoin crash. At present no one quite knows which way it will go. Bitcoin was created in 2009 by someone known as Satoshi Nakamoto, borrowing from a whole lot of research methods. It is a cryptocurrency, meaning it uses digital encryption techniques to create bitcoins and secure financial transactions. It doesn’t need a central government or organisation to regulate it, nor a broker to manage payments. Conventional currencies usually have a central bank that creates money and controls its supply. Bitcoin is instead created when individuals “mine” for it by using their computers to perform complex calculations through special software. The algorithm behind Bitcoin is designed to limit the number of bitcoins that can ever be created. All Bitcoin transactions are recorded on a public database known as a blockchain. Every time someone mines for Bitcoin, it is recorded with a new block that is transmitted to every Bitcoin app across the network, like a bank updating its online records.

Provable Security for Cryptocurrencies

The past several years have seen the surprising and rapid rise of Bitcoin and other “cryptocurrencies.” These are decentralized peer-to-peer networks that allow users to transmit money, tocompose financial instruments, and to enforce contracts between mutually distrusting peers, andthat show great promise as a foundation for financial infrastructure that is more robust, efficientand equitable than ours today. However, it is difficult to reason about the security of cryptocurrencies. Bitcoin is a complex system, comprising many intricate and subtly-interacting protocol layers. At each layer it features design innovations that (prior to our work) have not undergone any rigorous analysis. Compounding the challenge, Bitcoin is but one of hundreds of competing cryptocurrencies in an ecosystem that is constantly evolving. The goal of this thesis is to formally reason about the security of cryptocurrencies, reining in their complexity, and providing well-defined and justified statements of their guarantees. We provide a formal specification and construction for each layer of an abstract cryptocurrency protocol, and prove that our constructions satisfy their specifications. The contributions of this thesis are centered around two new abstractions: “scratch-off puzzles,” and the “blockchain functionality” model. Scratch-off puzzles are a generalization of the Bitcoin “mining” algorithm, its most iconic and novel design feature. We show how to provide secure upgrades to a cryptocurrency by instantiating the protocol with alternative puzzle schemes. We construct secure puzzles that address important and well-known challenges facing Bitcoin today, including wasted energy and dangerous coalitions. The blockchain functionality is a general-purpose model of a cryptocurrency rooted in the “Universal Composability” cryptography theory. We use this model to express a wide range of applications, including transparent “smart contracts” (like those featured in Bitcoin and Ethereum), and also privacy-preserving applications like sealed-bid auctions. We also construct a new protocol compiler, called Hawk, which translates user-provided specifications into privacy-preserving protocols based on zero-knowledge proofs.