Методи та програмні засоби аналізу блокчейн транзакцій

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorДорогий, Ярослав Юрійович
dc.contributor.authorКолісніченко, Вадим Юрійович
dc.date.accessioned2024-09-02T11:04:04Z
dc.date.available2024-09-02T11:04:04Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractКолісніченко В. Ю. Методи та програмні засоби аналізу блокчейн транзакцій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена розробці методів та засобів для аналізу блокчейн транзакцій. Розроблені методи можуть бути прямо або опосередковано застосовані як при аналізі транзакцій, так і для дослідження блокчейн мереж загалом. Аналіз блокчейн мереж, а саме блокчейн транзакцій, є важливою задачею в блокчейн індустрії. У цьому контекстізосередження уваги на блокчейн транзакціях є не лише академічним інтересом але й практичною необхідністю для забезпечення безпеки, ефективності та стійкості мережі. Розробники постійно працюють над відлагодженням роботи блокчейнвузлів, що є надзвичайно важливим для підтримки надійності мережі. Це включає в себе не тільки виявлення та усунення помилок у коді, а й оптимізацію продуктивності та масштабованості. В такому контексті аналіз транзакцій допомагає ідентифікувати та вирішувати проблеми, які можуть впливати на роботу вузлів. Дослідники використовують аналіз транзакцій для виявлення потенційно неефективних місць у мережі. Це включає в себе вивчення шаблонів трафіку, обробку запитів, а також аналіз затримок і пропускної здатності. Такий аналіз може виявити вузькі місця, що потребують оптимізації, або навіть передбачити потенційні проблеми, які можуть виникнути в майбутньому. Виявлення вразливостей через аналіз блокчейн транзакцій є важливим як для забезпечення безпеки мережі, так і для дослідження минулих атак. Це охоплює відстеження підозрілих або нестандартних транзакцій, що може вказувати на спроби шахрайства, викрадення коштів, атаки типу "відмова в обслуговуванні" (DoS) або інші безпекові загрози. Аналіз транзакцій стає ключовим інструментом у боротьбі з кіберзлочинністю та забезпеченні довіри до блокчейн технологій. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності програмних засобів аналізу блокчейн транзакцій за рахунок удосконалення та розробки нових методів аналізу. У першому розділі дисертаційної роботи проаналізовано засоби та методи дослідження блокчейн транзакцій. Розглянуто області застосування такого аналізу у різних сферах та виділено основні групи задач, які він намагається вирішити: зв’язування адреси з особою, аналіз великих потоків транзакцій та аналіз смартконтрактів. Проведено порівняльний аналіз сучасних систем аналізу блокчейн транзакцій, серед яких є блокчейн-провідники та комплексні платформи дослідження транзакцій. Проведено огляд існуючих методів аналізу та їх обмежень, які вирішуються у даному дисертаційному дослідженні. У другому розділі розроблено алгоритмічне забезпечення для аналізу блокчейн транзакцій, а саме, розроблено чотири методи, які допомагають здійснювати аналіз транзакцій: метод застосування блокчейн-провідників для отримання даних з багатьох блокчейн мереж, метод виявлення та ідентифікації блокчейн вузлів, метод виявлення джерела транзакцій та метод аналізу OP_RETURN-скриптів. Третій розділ присвячено розробці архітектури комплексної системи аналізу блокчейн транзакцій, що здатна підтримувати різні типи блокчейн мереж та дозволяти вбудовувати додаткові компоненти аналізу. У розділі розглядається процес розроблення прототипів представлених методів та їх інтеграцію до комплексної аналітичної платформи. Четвертий розділ містить результати експериментального дослідження ефективності розроблених методів за допомогою реалізованих прототипів: методу застосування блокчейн-провідників для отримання даних з багатьох блокчейн мереж, методу виявлення та ідентифікації блокчейн вузлів, методу виявлення джерела транзакцій та методу аналізу OP_RETURN-скриптів. У дисертаційній роботі отримано низку нових наукових результатів, зокрема уперше розроблено архітектуру програмного забезпечення системи аналізу транзакцій блокчейн-мереж, яка відрізняється від існуючих застосуванням принципу інверсії керування, де компоненти аналізу окремих мереж ініціюють звʼязок та самостійно надсилають дані до ядра системи, що надає можливість інтеграції нових блокчейн-мереж та методів аналізу до системи. Вдосконалено метод отримання даних з блокчейн-мереж, який на відміну від наявних способів прямого отримання даних з вузлів передбачає застосування блокчейн-провідників, що надає можливість отримувати офчейн дані, які зберігаються провідником, а також уникнути розгортання власних блокчейн-вузлів під час аналізу різних мереж. Вперше здійснено формалізацію протоколу Peer Discovery блокчейн-мережі Rootstock на основі аналізу вихідного коду вузла RSKj, яка на відміну від інших включає та описує формати та послідовності повідомлень, що надає можливості для реалізації незалежних клієнтів мережі, подальшого аналізу та оптимізації даної децентралізованої системи. Вперше розроблено метод обходу вузлів блокчейн-мереж, який відрізняється від вже існуючих методів можливістю роботи з блокчейн-мережею Rootstock, що дозволяє шляхом її представлення у вигляді орієнтованого графа та послідовного опитування кожного нового виявленого вузла отримати усі доступні блокчейн вузли мережі Rootstock та її структуру. Вперше розроблено метод визначення відправника транзакцій у блокчейнмережі Rootstock через підключення до кожного знайденого вузла та аналізу часу отримання нових транзакцій, який на відміну від аналогічних методів враховує та використовує особливості мережі Rootstock, що надає можливість ідентифікувати вузол (отримати ідентифікатор та IP-адресу), який першим транслював транзакцію. Вдосконалено методологію аналізу транзакцій блокчейн-мережі Bitcoin, що на відміну від наявних підходів дозволяє автоматично виділяти різні типи OP_RETURN-скриптів на основі частоти появи їх префіксних частин та без попереднього знання форматів, що надає можливість розпізнавати та класифікувати дані, що зберігаються або протоколи, які побудовані з використанням OP_RETURN-скриптів. Запропоновані методи дозволяють підвищити ефективність аналізу блокчейн транзакцій у різних сферах, таких як розробка блокчейн систем, аудит смарт контрактів, розслідування злочинів пов’язаних з блокчейн мережами, трейдинг та інше. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 4 наукових працях, зокрема, у 4 наукових статтях, з яких 2 статті опубліковано у 2 виданнях третього квартиля (Q3), які реферуються базою Scopus, 1 статті у виданні четвертого квартиля (Q4), який реферуються базою Scopus, та 1 стаття опублікована у науковому виданні, що входить до наукових фахових видань України. Запропоновані методи та прототипи впроваджені та використовуються розробниками блокчейн мережі Rootstock для аналізу динаміки вузлів та стану мережі та для аналізу безпеки.
dc.description.abstractotherKolisnichenko V. Methods and software tools for analysis of blockchain transactions. – Qualifying scientific work, the manuscript. Ph.D. thesis in the field of knowledge 12 Information technologies in a specialty 121 Software engineering. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2024. The dissertation is devoted to the development of methods and tools for the analysis of blockchain transactions. The developed methods can be directly or indirectly applied both to the analysis of transactions and to the study of blockchain networks in general. Analysis of blockchain networks, namely blockchain transactions, is an important task in the blockchain industry. In this context, focusing on blockchain transactions is not just an academic interest, but also a practical necessity to ensure the security, efficiency and stability of the network. Developers are constantly working on debugging the operation of blockchain nodes, which is extremely important for maintaining the reliability of the network. This includes not only finding and fixing bugs in the code, but also optimizing performance and scalability. In this context, transaction analysis helps to identify and solve problems that can affect the operation of nodes. Researchers use transaction analysis to identify potentially inefficient locations in the network. This includes studying traffic patterns, processing requests, and analyzing latency and throughput. Such analysis can reveal bottlenecks that need optimization or even predict potential problems that may arise in the future. Vulnerability detection through analysis of blockchain transactions is important for network security and for investigating past attacks. This includes tracking suspicious or unusual transactions that may indicate attempted fraud, embezzlement, denial-of-service (DoS) attacks, or other security threats. Transaction analysis is becoming a key tool in the fight against cybercrime and ensuring trust in blockchain technology. The purpose of the dissertation is to improve the effectiveness of software tools for analyzing blockchain transactions by improving and developing new algorithmic and software methods. The first section of the dissertation analyzes the means and methods of blockchain transaction research. The areas of application of such analysis in various areas are considered and the main groups of problems that it tries to solve are highlighted: linking an address with a person, analysis of large transaction flows, and analysis of smart contracts. A comparative analysis of modern blockchain transaction analysis systems was conducted, including blockchain explorers and complex transaction research platforms. An overview of the existing methods of analysis and their limitations, which are addressed in this dissertation study, was conducted. In the second section, algorithmic support for blockchain transaction analysis is developed, namely, four methods are developed to help perform transaction analysis: a method for using blockchain explorers to obtain data from multiple blockchain networks, a method for detecting and identifying blockchain nodes, a method for identifying the source of transactions, and a method analysis of OP_RETURN transactions. The third section is devoted to the development of the architecture of a comprehensive blockchain transaction analysis system capable of supporting various types of blockchain networks and allowing the integration of additional analysis components. The section considers the process of developing prototypes of the presented methods and their integration into a complex analytical platform. The fourth section contains the results of an experimental study of the effectiveness of the developed methods with the help of implemented prototypes: the method of using blockchain explorers to obtain data from multiple blockchain networks, the method of detecting and identifying blockchain nodes, the method of detecting the source of transactions, and the method of analyzing OP_RETURN transactions. In the dissertation, a number of new scientific results were obtained, in particular, a method was developed for the first time the software architecture of the blockchain transaction analysis system was developed for the first time, which differs from the existing ones by applying the inversion of control principle, where the analysis components of each network initiate communication and independently send data to the system core, which provides the possibility of integration new blockchain networks and analysis methods to the system. The method of obtaining data from blockchain networks has been improved, which, unlike existing methods of directly obtaining data from nodes, involves the use of blockchain explorers, which provides the opportunity to receive off-chain data stored by the explorers, as well as to avoid the deployment of own blockchain nodes during analysis various networks. For the first time, the formalization of the Peer Discovery protocol of the Rootstock blockchain network was carried out based on the analysis of the source code of the RSKj node, which, unlike others, includes and describes message formats and sequences, which provides opportunities for the implementation of independent network clients, further analysis and optimization of this decentralized system. For the first time, a method of nodes traversing of blockchain networks has been developed, which differs from existing methods by the possibility of working with the Rootstock blockchain network, which allows, by presenting it in the form of a directed graph and sequentially polling each newly discovered node, to obtain all available blockchain nodes of the Rootstock network and its structure. For the first time, a method of identifying the sender of transactions in the Rootstock blockchain network by connecting to each found node and analyzing the time of receiving new transactions has been developed, which, unlike similar methods, takes into account and uses the features of the Rootstock network, which provides the opportunity to identify a node (get an ID and an IP address), which was the first to broadcast the transaction. The methodology for analyzing transactions of the Bitcoin blockchain network has been improved, which, unlike existing approaches, allows to automatically distinguish different types of OP_RETURN scripts based on the frequency of appearance of their prefix parts and without prior knowledge of the formats, which provides the opportunity to recognize and classify the data stored or the protocols that built using OP_RETURN scripts. The proposed methods and prototypes make it possible to increase the effectiveness of the analysis of blockchain transactions in various areas, such as the development of blockchain systems, audit of smart contracts, investigation of crimes related to blockchain networks, trading, and others. The main results of the dissertation work were published in 4 scientific papers, in particular, in 4 scientific articles, of which 2 articles were published in 2 editions of the third quartile (Q3) referenced by the Scopus database, 1 article in the edition of the fourth quartile (Q4) referenced by the Scopus database, and 1 article was published in a scientific publication, which is included in the scientific specialized publications of Ukraine. The proposed methods and prototypes are implemented and used by the developers of the Rootstock blockchain network to analyze the dynamics of nodes and the state of the network, and to analyze security.
dc.format.extent144 с.
dc.identifier.citationКолісніченко, В. Ю. Методи та програмні засоби аналізу блокчейн транзакцій : дис. … д-ра філософії : 121 Інженерія програмного забезпечення / Колісніченко Вадим Юрійович. – Київ, 2024. – 144 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/68655
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectприкладне програмне забезпечення
dc.subjectдецентралізовані системи
dc.subjectрозподілені бази даних
dc.subjectблокчейн платформи
dc.subjectкриптовалюта
dc.subjectсистеми блокчейн аналізу
dc.subjectінформаційна технологія аналізу
dc.subjectаналітична платформа
dc.subjectархітектура програмного забезпечення
dc.subjectархітектура застосунків
dc.subjectпроектування програмного забезпечення
dc.subjectаналіз транзакцій
dc.subjectблокчейн криміналістика
dc.subjectконфіденційність у блокчейн мережах
dc.subjectпротокол пошуку вузлів
dc.subjectapplication software
dc.subjectdecentralized systems
dc.subjectdistributed databases
dc.subjectblockchain platforms
dc.subjectcryptocurrency
dc.subjectblockchain analysis systems
dc.subjectinformation technology of analysis
dc.subjectanalytical platform
dc.subjectsoftware architecture
dc.subjectapplications architecture
dc.subjectsoftware design
dc.subjecttransaction analysis
dc.subjectblockchain forensics
dc.subjectprivacy in blockchain networks
dc.subjectpeer discovery protocol
dc.subject.udc004.4:004.9
dc.titleМетоди та програмні засоби аналізу блокчейн транзакцій
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Kolisnichenko_dys.pdf
Розмір:
6.05 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ІПІ)
Дисертації (вільний доступ)