Методи та програмне забезпечення аналізу графа Біткоїн-транзакцій
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Жикін Ю. С. Методи та програмне забезпечення аналізу графа Біткоїн-транзакцій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2026.
Протягом майже двох десятиліть з моменту своєї появи Біткоїн став важливим компонентом глобальної фінансової системи. Біткоїн водночас є системою мікроплатежів та електронної готівки, активом приватних інвестицій, інструментом міжнародних розрахунків і навіть складовою державних фінансових стратегій. Незалежність Біткоїна від державних і банківських інституцій робить його привабливим фінансовим інструментом для користувачів у політично чи економічно нестабільних регіонах. Доступ індивідуального користувача до Біткоїна практично неможливо обмежити, оскільки для більшості операцій з Біткоїном достатньо навіть низькошвидкісного доступу до Інтернету, але у цьому контексті особливо важливим є питання анонімності користувачів і безпеки їхніх персональних даних. Біткоїн, як і більшість інших криптовалютних систем, не є абсолютно анонімним. Біткоїн-протокол базується на відкритому реєстрі транзакцій, який містить всю історію операцій за весь час існування системи, і у цьому реєстрі кожен користувач представлений одним або багатьма псевдонімами, які називають адресами. Транзакції в Біткоїні утворюють складний граф переходів власності, і аналіз цього графа дає змогу встановлювати соціально-економічні зв'язки між користувачами чи організаціями, знаходити множини адрес, що належать одному й тому ж користувачу, і навіть деанонімізувати окремих користувачів. З одного боку такі можливості є корисними для правоохоронних органів у боротьбі з шахрайством, відмиванням коштів і іншою злочинною діяльністю, а також для фінансових установ у моделюванні ринку та прогнозуванні економічних процесів. З іншого боку такі можливості ставлять під загрозу право індивідуальних користувачів на приватність їхніх фінансових даних. Втім, аналіз можливостей деанонімізації користувачів допомагає виявляти слабкі місця у моделі приватності Біткоїна, що в свою чергу сприяє розробці нових протоколів та інструментів, спрямованих на покращення приватності користувачів. Дослідження методів аналізу графа Біткоїн-транзакцій є актуальним як з точки зору окремого користувача з метою захисту персональних фінансових даних від несанкціонованого втручання, так і з точки зору правоохоронних органів та організацій з метою розпізнавання операцій, що можуть вказувати на потенційну злочинну діяльність, або прямої протидії фінансових злочинам. Розроблення відкритих програмних систем аналізу графа Біткоїн-транзакцій є корисним для підвищення безпеки всієї Біткоїн-екосистеми, як з точки зору індивідуального користувача, так і з точки зору правоохоронних органів. Метою дисертаційної роботи є спрощення процесів розроблення та експлуатації програмного забезпечення для аналізу графа Біткоїн-транзакцій шляхом розроблення узагальненої архітектури програмної системи на основі спеціалізованої моделі транзакційних даних, яка надає уніфікований семантичний контракт для інтеграції програмних компонентів і забезпечує масштабоване оброблення історії транзакцій. У першому розділі дисертаційної роботи розглянуто історичні й економічні передумови появи Біткоїна і вплив цих передумов на деякі аспекти Біткоїн-протоколу. Проведено аналіз Біткоїн-протоколу і його транзакційної моделі, розглянуто структуру транзакцій і механізм формування блоків. Проаналізовано проблему приватності користувачів і технології аналізу графа Біткоїн-транзакцій з метою деанонімізації користувачів, а також розглянуто існуючі рекомендації та інструменти збереження приватності. Сформульовано загальну концепцію програмної системи, що дає змогу будувати і розширювати граф знань про транзакції, а також здійснювати патерновий аналіз такого графа. Насамкінець, сформульовано вимоги до такої програмної системи. У другому розділі розроблено спеціалізовану RDF-модель даних Біткоїн-транзакцій, адаптовану для пошуків патернів типових операцій. Для цього розглянуто підграфи графа Біткоїн-транзакцій і обрано граф, що відображає і транзакції, і транзакційні виходи, а також аргументовано вибір технології представлення великих графів, і графів знань зокрема. Розглянуто можливості використання SPARQL як універсальної мови запитів для патернового аналізу, а також розглянуто можливості розширення SPARQL спеціалізованими фільтр-функціями для спрощення складних запитів. У третьому розділі запропоновано концепцію пошуку типових операцій у графі Біткоїн-транзакцій за допомогою евристичних патернів, а також її реалізацію з використанням RDF-графа знань і SPARQL. Розроблено метод кластеризації виходів транзакцій на основі пошуку евристичних патернів типових фінансових операцій та пропагації зв'язків власності в межах таких патернів. Показано, що використання RDF-графа знань дає змогу зберігати результати проміжних ітерацій, виконувати інкрементальну кластеризацію й доповнювати її новими евристиками. Також сформульовано ідеї системного захисту від патернового аналізу графа транзакцій шляхом заміни існуючих раціональних стратегій менеджменту виходів на більш випадкові, які руйнують евристичний аналіз. Запропоновано метод захисту від патернового аналізу операцій консолідації шляхом багатокрокової симуляції операцій платежу одному отримувачу. У четвертому розділі розробляється архітектура програмної системи для побудови, розширення та дослідження графа знань про Біткоїн-транзакції, що складається з компонентів для збору даних, ETL-інтрументів, RDF-сховища графа знань, автоматизованого компоненту пропагації зв'язків та користувацького інтерфейсу для дослідження графа. Розроблено процес завантаження Біткоїн-блоків із підтримкою обробки реорганізацій ланцюга. Для реалізації і інтеграції решти компонентів розроблено і розміщено у відкритому доступі бібліотеку для взаємодії з Біткоїн-мережею з програмного середовища Common Lisp. У дисертаційній роботі отримано низку нових наукових результатів, зокрема вперше розроблено спеціалізовану модель даних Біткоїн-транзакцій, характерною рисою якої є відображення транзакцій, виходів транзакцій, власників виходів та довільних зовнішніх анотацій у єдиному RDF-графі з додатковими атрибутами, обчисленими на етапі побудови, що надає уніфікований семантичний контракт для інтеграції компонентів програмної системи аналізу графа транзакцій, забезпечує зберігання усієї історії транзакцій в межах єдиного сховища даних і уможливлює класи запитів для пошуку типових операцій, що складаються з однієї і більше транзакцій і відбуваються протягом тривалих проміжків часу. Уперше запропоновано метод евристичної кластеризації виходів Біткоїн-транзакцій, який ґрунтується на використанні спеціалізованого RDF-графа знань про Біткоїн-транзакції, що відображає повну історію транзакцій та довільні зовнішні анотації, зокрема результати попередніх аналізів, і відрізняється можливістю інкрементального виконання кластеризації з покроковою пропагацією зв'язків власності між виходами транзакцій відповідно до евристичного визначення типів операцій та збереженням проміжних результатів безпосередньо у графі знань. Уперше запропоновано метод захисту від патернового аналізу операцій консолідації виходів транзакцій, характерною рисою якого є багатокроковий процес, який симулює платежі з одним отримувачем і створює у графі транзакцій складний, стійкий до розпізнавання підграф операції, що дає змогу знижувати ризики деанонімізації та розкриття чутливої фінансової інформації. Уперше запропоновано узагальнену архітектуру програмної системи для аналізу графа Біткоїн-транзакцій, у якій спеціалізована модель транзакційних даних використовується як онтологічне ядро, що об'єднує транзакції, їхні виходи, власників та зовнішні метадані в межах єдиного RDF-графа, забезпечує накопичення внутрішніх і зовнішніх знань про транзакції у єдиному сховищі та надає уніфікований стандартизований інтерфейс взаємодії з графом знань. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковано у 7 наукових працях, зокрема у 3 наукових статтях, що належать до фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «Б», та у 4 матеріалах науково-технічних конференцій.
Опис
Ключові слова
інженерія програмного забезпечення, архітектура програмного забезпечення, прикладне програмне забезпечення, криптовалюта, блокчейн, Біткоїн, соціальні мережі, виявлення шахрайства, граф залежностей, граф знань, онтологія, RDF/OWL, евристики, аналіз даних, кластеризація, software engineering, software architecture, application software, cryptocurrency, blockchain, Bitcoin, social networks, fraud detection, dependency graph, knowledge graph, ontology, heuristics, data analysis, clustering
Бібліографічний опис
Жикін, Ю. С. Методи та програмне забезпечення аналізу графа Біткоїн-транзакцій : дис. ... д-ра філософії : 121 Інженерія програмного забезпечення / Жикін Юрій Сергійович. - Київ, 2026. - 220 с.