B i tcoin, Blockc h a i n & S m a r t C o n t ra c t s

Transcriptie

1 B i tcoin, Blockc h a i n & S m a r t C o n t ra c t s I n t r o d u c t i e Kristof Verslype Smals Onderzoek (smalsresearch.be)

2 Knowhow Development Infrastructure Staffing E-gov award

3 3 Agenda Bitcoin Blockchain 1.0 Applicaties Blockchain 2.0 Smart Contracts

4 Bitcoin Blockchain

5 Op 22 mei 2010 kocht een software ontwikkelaar 2 pizza s voor bitcoin. Vandaag zijn bitcoins meer dan 40 miljoen dollar waard 5

6 Bitcoin prijs BTC in omloop Totale waarde: ± 62 miljard $ Alle cryptomunten samen: ±120 miljard $ 6

7 7 Traditionele Internationale Transactie Bob Alice

8 8 Traditionele Internationale Transactie Is dit mogelijk zonder vertrouwde partij? 1 e gedistribueerde cryptomunt (2009) Bob Schok doorheen de financiële wereld Alice Snel aandacht voor Bitcoin/blockchain vanuit de financiële wereld

9 H o e w e r k t h e t? 9

10 Idee Ik transfereer 0,4 BTC naar Dave Ok! Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC Bob Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC Ok! Charlie Ok! Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC Alice 0,4 BTC 10

11 Idea I transfer 0,4 BTC to. Bob Blockchain Ok! Geldig Transactions Enkel geldige transacties worden aanvaard 5,1 BTC door het netwerk Vb. Bob is eigenaar / heeft het geld 0,7 niet BTC reeds eerder gespendeerd Atomisch Dave 0,4 BTC Iedereen schrijft de transactie in zijn/haar append-only spreadsheet of niemand Transactions Consensus mechanisme Ok! 5,1 BTC Transactions Relatief snel 0,7 BTC 5,1 BTC 0,4 BTC 0,7 BTC Veilig en robuust Systeem blijft correct werken, zelfs indien deel Charlie participanten 0,4 BTC offline of kwaadaardig is Ok! Gedistribueerd Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC Alice 0,4 BTC 11

12 12 Blockchain Block 51 Block 52 Block 53 Block 54 Header Header Header Header 5,10 BTC 0,40 BTC 0,70 BTC Blockchain specifiek: 10 minutes in Bitcoin, 10 seconden in Ethereum, Blockchain = aaneenschakeling van blokken, die transacties bevatten Aan vaste frequentie nieuwe blokken gecreëerd met daarin de meest recente transacties Transacties in de blockchain zijn onverwijderbaar De blockchain bevat alle transacties Vele entiteiten bezitten dezelfde kopie van de blockchain

13 Idee Dave Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC Bob Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC Charlie Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC Alice Transactions 5,1 BTC 0,7 BTC 0,4 BTC 13

14 14 Pseudoniemen & Sleutels Niet maar 0,40 BTC 0,40 BTC

15 Blockchain Block 51 Block 52 Block 53 Block 54 Header Header Header Header 5,10 BTC 0,40 BTC 0,70 BTC 3BcMuv1VJqm 1Nf311Qb8rLDk Bob Charlie 1F1tAaz5x1HUX Alice Dave 15

16 Transacties Mijn bitcoins zijn verspreid in de blockchain over meerdere transacties Block 51 Block 52 Block 53 Block 54 Header Header Header Header Transaction Z4R 0,01 BTC Output Addr BTC Transaction 06D 12,6 BTC Transaction 83F 1,2 BTC Transaction YC0 0,8 BTC 0,4 BTC Z4R[0] 0,01 06D[0] 12,6 83F[0] YCO[0] 1,2 0,8 YCO[1] 0,4 16

17 Gelijktijdige Blokcreatie Wat gebeurt er indien twee miners ongeveer gelijktijdig een geldig blok vinden Langste tak is diegene die aanvaard wordt Daarom best een aantal blokken wachten vooralleer transactie als verwerkt te beschouwen 17

18 I s h e t e f f i c i ë n t? 18

19 19 - Mining Miners gaan in competitie met elkaar om als eerste een rekenintensieve cryptografische puzzel te vinden (per blok).

20 Bitcoin Mining Winnaar beloond - Nieuwe bitcoins - Transactievergoedingen Eigenschappen - Moeilijk te vinden - Makkelijk te verifiëren - Aanpasbare moeilijkheidsgraad Header Hash (fingerprint) function A386ADBAED073B a3180f1e77e9e3c904b76d6254 bc9e cdc81c5b6203b E66EE8A6A61FD83BA33DF ff97acff2d8599b9dc91b 07e8d4c4cfe6eeb82fbaddefa345dc7b Disclaimer: in werkelijkheid wordt enkel de header gehasht, die een fingerprint bevat van de transacties 20

21 21 Ecologische Impact Elektriciteitsverbruik per land Max. capaciteit 3 transacties / sec. > 70% in China Zwakke milieuwetgeving Goedkope elektriciteit (steenkool & waterkracht)

22 I s h e t v e i l i g? 22

23 23 Veiligheid Block 51 Block 52 Block 53 Block 54 Header Header Header Header 5,10 BTC 0,40 BTC 0,70 BTC Hoe ouder de transactie, hoe beter beschermd Want gevolgd door meer blokken waarvoor cryptografische puzzel opnieuw opgelost moet worden

24 Veiligheid Het bitcoin protocol is veilig zolang er geen participant meer dan 50% van de rekenkracht bezit Bitcoin is niet alleen een concept Gebruiker Software Infrastructuur Verlies Diefstal Misbruik Informaticus James Howells verloor in bitcoins door per ongeluk een oude harde schijf weg te gooien. Die harde schijf bevatte zijn geheime sleutel 24

25 Risico Centrale entiteit individuele gebruiker Afhaallimiet Card Stop Terugbetaling Omgaan met verlies Soms zijn we blij dat er een centrale partij is 25

26 26 Hardware Wallets Sleutel fysiek beschermd met hardware token

27 27

28 Online Wallets Enkele gehackte online wallets Online wallet Beheert jouw bitcoins Volledig vertrouwen nodig Klanten verloren geld 28

29 29 Pseudoniemen & Sleutels (pseudonym) Shamir Secret Sharing (1979)

30 I s h e t s c h a a l b a a r? 30

31 31 Bitcoin Blockchain Grootte Blockchain.info Schaalprobleem - - Alle Alle transacties op in blockchain transacties / per sec. seconde Visa: 10 Visa: 000 / 65 sec. 000 / sec. - - En En blockchain reeds > 132 toch GB al (Blockchain 120GB groot + UTXO, SegWit)) Mogelijke aanpassingen korte termijn - Deel transactie opgeslagen buiten block (SegWit) - Dubbele blokgrootte (SegWit2X) => capaciteit x3-4, opslagvereisten x3-4 Toekomst: Lightening network blockchain.info/charts/blocks-size

32 32 W a a r v o o r w o r d t h e t g e b r u i k t?

33 Fleder, Michael, Michael S. Kester, and Sudeep Pillai. MIT. "Bitcoin transaction graph analysis." arxiv preprint arxiv: (2015). Goldfeder, Steven, et al. "When the cookie meets the blockchain: Privacy risks of web payments via cryptocurrencies." arxiv preprint arxiv: (2017). 33 Bitcoin & Privacy Graad van privacy op Bitcoin netwerk, maar verre van perfect Op de meeste shop websites ontvangen third party trackers informatie over aankopen van gebruikers. Dit voor analyse- en reclamedoeleinden. Wij tonen aan dat indien de gebruiker betaalt met een cryptomunt, trackers typisch genoeg informatie hebben over de aankoop om de transactie op de blockchain uniek te identificeren, te linken aan de cookie van de gebruiker, en verder aan de echte identiteit van de gebruiker. Geïdentificeerde personen gelinkt aan

34 34

35 35

36 36

37 Witwassen van Geld Real world Alice Bob Bob s ebook Shop Bitcoin Exchange Bitcoin network Anoniem, geen authenticatie Geen gereguleerde entiteit betrokken Wettelijke onderzoek bemoeilijk doordat meerdere jurisdicties betrokken 37

38 Waarvoor wordt Bitcoin gebruikt? Onmogelijk om exacte getallen te vinden Illegale activiteiten Gokken Speculatie Bescherming tegen waardeverlies lokale munt (V.b. Venezuela) Internationale transacties Transacties voor kleine bedragen soms erg duur 38

39 Waarvoor wordt Bitcoin gebruikt? Onmogelijk om exacte getallen te vinden Zet je euro s om in bitcoins en de overheid heeft er geen vat meer op Democratisering van vluchtroutes Gokken Illegale activiteiten Speculatie Bescherming tegen waardeverlies lokale munt (V.b. Venezuela) Internationale transacties Transacties voor kleine bedragen soms erg duur 39

40 Gemiddelde transactiekost in $ Volatiel en onvoorspelbaar Gebaseerd op vraag & aanbod Gebaseerd op grootte (in bytes) van transactie en niet op bedrag 40

41 Prijsvolatiliteit Onpraktisch voor handel 41

42 42 Enkele Bedenkingen Bitcoin is een eerste experiment Niet perfect en dat mogen we ook niet verwachten Gebruik van eenvoudige, oude crypto concepten (jaren 70) Blockchain = nieuwe technologie met potentieel In het bijzonder bij samenwerking maar vertrouwensissues Jonge technologie met uitdagingen en progressie Idee distributie vertrouwen m.b.v. technologie Alles dat met een vetrouwde autoriteit gedaan kan worden, kan ook zonder - D. Boneh, crypto Stanford Niet enkel blockchain technologie

44 Blockchain Applicaties 44

45 45 Blockchain Eigenschappen Algemene eigenschappen Append-only Robuust Sleutels & Pseudoniemen Consensus mechanisme Bitcoin eigenschappen Inefficiënt / competitie Open voor iedereen

46 46 Blockchain gaat over Distributie van Vertrouwen Bescherming data Blockchain Netwerk Afdwingen regels

47 Data & Blockchain Transaction 0,01 BTC Transaction Data Vertrouwde entiteit Voor de eenvoud Eigenschappen van data in een blockchain Onwijzigbaar (integriteit) Authentiek Onverwijderbaar (long-term) Robuust (beschikbaarheid) Tijdsstempel Transparant Toepassingen verschillend van cryptomunten met bestaande blockchain of met eigen blockchain 47

48 48 Blockchain Applicaties Diploma Alice Master in Lego Design KU Leuven Registratie feiten Transfereren activa Stroomlijnen processen Contracten Blockchain 1.0 (data) Blockchain 2.0 (regels)

49 Registratie Feiten Officiële documenten Rijbewijs Huwelijk Diploma Identiteit Testament Historiek/ overzicht Medische records Vaccinatie Herkomst / Toeleveringsketen Politieke mandaten Niet alle data per se op de blockchain zelf Misschien volstaat een unieke vingerafdruk (hash) 49

50 50 Registratie Feiten Transaction 9AF Alice 9AF Werkgever Diploma Alice Master in Lego Design KU Leuven In werkelijkheid gewoonlijk meer crypto (hashing, encryptie, pseudonymen) Alice heeft geen blockchain kopie nodig

51 Registratie Feiten Transaction 9AF 9AF Diploma Alice Alice Diploma Alice Master in Lego Design KU Leuven Werkgever Master in Lego Design KU Leuven Beste match met GDPR 51

52 Identiteit blockchainpilots.nl 52

53 blockchainpilots.nl 53 Identiteit Andere (superieure?) technologieën: Anonieme credentials = Attribute-based credentials

54 54 Blockchain Applicaties Diploma Alice Master in Lego Design KU Leuven Registratie feiten Transfereren activa Stroomlijnen processen Contracten Blockchain 1.0 (data) Blockchain 2.0 (regels)

55 Applicaties: Transfereren Activa Cryptomunten Bitcoin Monero Ethereum Immateriële activa Auteursrechten Ticketten.bit Domeinnamen Materiële activa Kadaster Wagens Diamanten 55

56 Transfereren Activa Transaction 23F Transaction 9BG Transaction XP0 23F 9BG De rechtmatige eigenaar van is. De rechtmatige eigenaar van is. De rechtmatige eigenaar van is. Hypotheekkantoor (staatsinstelling) Eigenaar 1 (Bob) enkel vereist bij initiële registratie Eigenaar 2 (Charlie) Volledige historiek op de blockchain 56

57 Transfereren Activa Transaction 23F Transaction 9BG Transaction XP0 23F 9BG Transactie enkel geldig indien ondertekend door zowel als. Geen notaris vereist om fondsen tijdelijk in bewaring te houden Extra regels mogelijk (Vb. geldig bodemattest of goedkeuring notaris) Exact betaalde bedrag moet verborgen blijven Hypotheekkantoor (staatsinstelling) Eigenaar 1 (Bob) Eigenaar 2 (Charlie) Eigenaar 3 (Alice) 57

58 58 Blockchain Applicaties Diploma Alice Master in Lego Design KU Leuven Registratie feiten Transfereren activa Stroomlijnen processen Contracten Blockchain 1.0 Blockchain 2.0 (smart contracts)

59 Permissionless P u b liek Permissioned Ente rprise / Consortium Vb. Verwerking medische voorschriften - Enkel erkende artsen kunnen nieuwe voorschriften uitgeven - Enkel RIZIV bepaalt welke artsen erkend - 5/7 mutualiteiten valideren transactie Toegang & gebruik door hele wereld Volledig transparant Meestal erg onefficiënt Vertrouwen gedistribueerd Cryptomunt vereist Extra laag voor toegangscontrole Meer controle op wie ziet wat (vb. audit) Pakken efficiënter Vertrouwen gedecentraliseerd Cryptomunt niet steeds vereist 59

60 60 Stroomlijnen Processen Banken delen blockchain i.p.v. elk eigen database Verhuis door burger 1 x aangeven. Alle belanghebbenden geïnformeerd (electriciteitsleverancier, post, gemeenten, ) Geboorte 1 x aangeven, belang hebbenden geïnformeerd: lokale administratie, Kind en Gezin, bank, verzekering mutualiteit Processen tussen overheidsinstellingen Voordelen - Geen centrale partij - Robuust - Elke stap gevalideerd / volgens regels - Transparantie / Audit (real-time) - Sequentieel parallel

61 Permissioned Blockchain 61

62 Uitdagingen Veiligheid Andere Gebaseerd op aantal aannames Privacy & confidentialiteit Sleutelbeheer & bescherming endpoints Schaalbaarheid Standaardisatie / best practices Paradigma shift Volatiliteit wisselkoersen => Veel onderzoek om deze uitdagingen aan te pakken 62

63 63 Conclusies Het gaat over VERTROUWEN Veelbelovende technologie voor applicaties die traditioneel vertrouwen vereisen in centrale partijen. Daarom wordt het als disruptief beschouwd Geen oplossing voor alles Het is mogelijk met blockchain Blockchain is de beste keuze Uitdagingen Schaalbaarheid, sleutelbeheer, privacy, juridisch, Veel onderzoek (MIT, KU Leuven, TU Delft, IBM, )

65 Smart Contracts

66 66 Blockchain gaat over Distributie van Vertrouwen Bescherming data Blockchain Netwerk Afdwingen regels

67 67 Smart Contracts (aka chaincode) Code die uitgevoerd wordt op het blockchain netwerk, zonder centrale partij Regels zijn - Hardgecodeerd in de Bitcoin software - Applicatiespecifiek Niet flexibel Kan een blockchain netwerk ook op een flexibele regels afdwingen voor een diverse set van applicaties?

68 68 Smart Contracts (aka chaincode) Code die uitgevoerd wordt op het blockchain netwerk, zonder centrale partij Regels zijn - Hardgecodeerd in de Bitcoin software - Applicatiespecifiek Niet flexibel Verwerken voorschriften Verkiezingen Verzekeringen - Smart contract = set applicatiespecifieke regels - Blockchain netwerk dwingt regels af, zorgt voor correcte uitvoering - Smart contracts kan cryptogeld ontvangen, bijhouden en uitgeven Sterke toename potentieel blockchain technologie

69 Voorbeelden Veiling Crowdfunding Verkiezingen Blokkeren huurwaarborg Smart locks (wagen, huis, ) Afspraken tussen partijen die elkaar niet vertrouwen 69

70 Smart Contracts end() Charlie 20 Contract Auction{ function bid() function end() bid(), 10 } HighestBid: HighestBidder: Alice Bob Beneficiary: Charlie 10 Alice bid(), 20 Bob Smart contract kan cryptogeld tijdelijk blokkeren Niemand kan de correcte uitvoering beïnvloeden 70

71 71 Smart Contract Blockchain Block 51 Block 52 Block 53 Block 54 Header Publiceren contract Header Header Oproepen functie Header contract c c.bid(), 20 c.bid(), 10 c.end()

72 append-only Geschiedenis van smart contracts Wijzigbaar door oproepen van functies 72 Netwerk Miner Validating (full) node Light node Blockchain Smart contract

73 Smart Contract Code contract SimpleAuction { address public beneficiary; uint public auctionstart; uint public biddingtime; address public highestbidder; uint public highestbid; bool ended; Interpretatie Code voor meeste mensen moeilijker te begrijpen dan menselijke taal event HighestBidIncreased(address bidder, uint amount); event AuctionEnded(address winner, uint amount); function SimpleAuction(uint _biddingtime, address _beneficiary) { Stel, smart contracts meer en meer gebruikt in beneficiary = huurcontracten, _beneficiary; vastgoedtransacties, verzekeringen, auctionstart = Moeten now; juristen leren programmeren? biddingtime = _biddingtime; } function bid() payable - Weinigen expert in twee domeinen - Begrijpen smart contracts meerwaarde Disclaimer: Een Ethereum exploit wordt genegeerd voor de eenvoud 73

74 contract SimpleAuction { address public beneficiary; uint public auctionstart; uint public biddingtime; } Ontwikkelomgeving Programmeertaal: Solidity address public highestbidder; uint public highestbid; bool ended; b e event HighestBidIncreased(address c7565b5b b8082 bidder, uint amount); event AuctionEnded(address winner, ec uint amount); function SimpleAuction(uint _biddingtime, 5b b50505b505b c60003 address _beneficiary) { 6000f c beneficiary = _beneficiary; auctionstart = now; ffffffff c0e1b biddingtime = _biddingtime; 3cfae b b }... Gecompileerde Ethereum byte code op blockchain c c b5b a fffffffffffffffffffffff fffffffffffff ffffffffffffffffffffffffffffffff ffff b f f106100b ff b e Turing compleet ( Bitcoin scripts). Alles wat te berekenen is met een computer kan ook in Solidity / Ethereum byte code ee565b005b b

75 Doe dit NOOIT // Proof of Ownership contract contract ProofOfOwnership{ mapping(bytes32=>bool) proofs; //calculate and store the proof for a document function notarize(string document){ var proof = sha256(document); proofs[proof] = true; } proofs: c c3cbc true 5d5f4926be230 true c56d58202b0aa true 17f8f6699a8948 true } // check if a document has been notarized function checkdocument(string document) returns (bool){ var proof = calculateproof(document); return proofs[proof]; } document VOLLEDIG bewaard in transactie op blockchain Dit werd als ernstig voorbeeld gegeven op een seminarie door een expert 75

76 S o m s h e eft e e n smart contra ct gegevens n odig uit de re ë le we re ld Orakels Vertrouwde leverancier van gegevens uit de reële wereld En wat indien een orakel foute informatie aanlevert? Contract uitvoering kan niet teruggedraaid worden Compensatie Verzekering Orakel roept telkens contractfunctie aan Transactie op blockchian 76

77 83 The DAO Set van smart contracts gepubliceerd op Ethereum Investeerders transfereren Ether naar The DAO and ontvangen daarvoor voting tokens Contractors dienen investeringsvoorstellen in Investeerders stemmen voor / tegen voorstel Smartcontract transfereert al dan niet geld Een aantal cijfers Volledig transparant: code, data & historiek public. Iedereen kan audit doen Bugs - Code is law? - Investeerders vertrouwen dat smart contract doet wat ze verwachten $168m verzameld 14% van alle Ether investeerders $54m gelekt naar aanvaller

78 Ethereum Hard Fork DAO verzamelde $168M (Juni 16) DAO bug exploit $54M in Ether lekt weg (July 16) Decentralised Autonomous Organisation (DAO) 84

79 Ethereum Hard Fork DAO verzamelde $168M (Juni 16) DAO bug exploit $54M in Ether lekt weg (July 16) Verwachting /Hoop (Steun voor) oude tak verdwijnt volledig The DAO bug exploit is nooit gebeurd Een deel van het verleden wordt collectief vergeten Decentralised Autonomous Organisation (DAO) 85

80 Ethereum Hard Fork DAO verzamelde $168M (Juni 16) DAO bug exploit $54M in Ether lekt weg (July 16) Realiteit: beide takken blijven naast elkaar Replay attack mogelijk Decentralised Autonomous Organisation (DAO) 86

81 Ethereum Hard Fork Tamper-resistance - Hoe onwijzigbaar is de blockchain? Niet zo absoluut als beweerd wordt - Nog aftakkingen (forks)? Contract split - Plots niet één, maar twee smart contracts. Welk is geldig? - Vb. Eén veiling, met twee verschillende winnaars 87

82 88 DAO Decentralised Autonomous Organisation Algoritme (contract) dat gedistribueerd draait op een blockchain netwerk en autonoom beslissingen neemt Geen fysiek adres - Geen menselijke interventie The DAO Interessante case Toekomst Met artificiële intelligentie

83 89 Initial Coin Offerings (ICO) Crowdfunding door lanceren nieuwe cryptomunt Publicatie white paper (Claims meestal niet geaudit) ICO periode: Investeerders kopen munten Gewoonlijk aan vaste prijs Meestal ongereguleerd Business operationeel Gebruik vereist munten Munten verhandelbaar Succesvol meer vraag hogere waarde (beperkt aantal munten) Manier om geld te verdienen aan gedistribueerde protocols Gedecentraliseerd platform voor competitie online game Gedecentraliseerde cloud opslag

84 90 Conclusies Afdwingen afspraken tussen partijen die elkaar niet vertrouwen Mechanisme waarmee ook technisch verplichtingen afgedwongen kunnen worden Minder afdwingingsproblemen/geschillen Automatisering & vereenvoudiging - Vereenvoudiging bestaande processen (zoals huurwaarborg) - Nieuwe mogelijkheden (V.b. DAO s, ICO s) Smart Vs. Traditioneel - Geen vervanging traditionele contracten/wetgeving wegens noodzaak menselijke interpretatie - Code ondergeschikt aan de wet en niet code is wet

86 92 Conclusies Erg jonge technologie, in volle ontwikkeling H Y P E H U Y i t d P a g i E n g e n