Метод маршрутизації транзакцій в мережі криптовалютних каналів з прихованою топологією

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorОнай, Микола Володимирович
dc.contributor.authorЖикін, Юрій Сергійович
dc.date.accessioned2019-05-24T11:40:38Z
dc.date.available2019-05-24T11:40:38Z
dc.date.issued2019-05
dc.description.abstractАктуальність теми. Мережі транзакційних каналів є найбільш ефективним з точки зору пропускної здатності застосування криптовалютної технології Bitcoin і є одним з найважливіших напрямків досліджень у галузі децентралізованих фінансових технологій. Основним процесом в такій мережі є маршрутизація транзакцій, оскільки саме вона визначає процес здійснення транзакцій. Єдина існуюча на даний момент реалізація такої мережі використовує фіксовану маршрутизацію, що зумовлює необхідність публічного доступу до топології мережі, яка в свою чергу містить інформацію про фінансові зв’язки між її учасниками. Для вирішення проблеми публічного доступу до топології мережі пропонується замінити метод детермінованої маршрутизації методом маршрутизації на основі тимчасових маршрутизаційних таблиць, що не використовує топологію мережі для побудови шляху. Такий метод маршрутизації дозволить використання множини приватних каналів в існуючій мережі для маршрутизації транзакцій без витоків даних про фінансові зв’язки між учасниками мережі. Об’єкт дослідження – процес маршрутизації транзакції в мережі криптовалютних каналів в умовах відсутності даних про її топологію. Предмет дослідження – методи, алгоритми та програмна реалізація маршрутизації транзакцій в мережах криптовалютних каналів. Мета роботи – побудувати модель мережі транзакційних каналів з прихованою топологією та розробити метод маршрутизації транзакцій у ній. Методи дослідження – моделювання мережі транзакційних каналів за допомогою теорії графів, композиція та адаптація існуючих методі маршрутизації до предметної області, розробка програмного інтерфейсу маршрутизатора. Hаукова новизна: 1. Розроблено модель мережі криптовалютних каналів з прихованою топологією, яка відрізняється від існуючої моделі тим, що приховує інформацію про кількість вершин в мережі та зв'язки між ними. 2. Запропоновано метод маршрутизації транзакцій в мережі криптовалютних каналів, який відрізняється від існуючих тим, що не потребує доступу до інформації про топологію мережі, таким чином дозволяючи приховати цю інформацію і покращити характеристики приватності фінансових даних. Практична цінність. Реалізацію запропонованого методу інтегровано в існуюче програмне забезпечення для роботи з мережею криптовалютних каналів Lightning, що дозволяє використовувати запропонований метод маршрутизації транзакцій в підмережі приватних криптовалютних каналів без витоків інформації про фінансові зв’язки між учасниками мережі. Апробація роботи. Результати досліджень доповідалися та обговорювалися на ХI науковій конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп’ютинг» ПМК-2018-2, яка відбулась у листопаді 2018 р., та опубліковані у збірнику тез доповідей за результатами конференції. За результатами досліджень була підготована та прийнята до друку в міжнародний журнал International Journal of Computer Network and Information Security (IJCNIS) наукова стаття на тему «Blind Payment Protocol for Payment Channel Networks». Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. У вступі зроблено огляд предметної області дослідження, сформульовано множину проблем, що розглядаються та обґрунтовано актуальність напрямку досліджень. У першому розділі розглянуто компоненти криптовалютної системи Bitcoin, проблеми пропускної здатності та публічного доступу до транзакційних даних та вирішення проблеми пропускної здатності за допомогою зовнішніх транзакційних протоколів, що базуються на технології криптовалютних каналів. Описано принцип роботи криптовалютних каналів та ідею об’єднання множини таких каналів у мережу, що дозволить здійснювати багатокрокові транзакції вздовж певної послідовності каналів. Також описано компоненти протоколу багатокрокових транзакцій, поняття маршрутизації транзакцій у подібній мережі та загальні підходи до маршрутизації пакетів даних в комп’ютерних мережах. У другому розділі побудовано модель мережі криптовалютних каналів на основі графа акторів та сформульовано транзакційний протокол мережі Lightning з точки зору цієї моделі. Окрім того, сформульовано поняття транзакційної, або фінансової топології та на основі графа акторів мережі продемонстровано встановлення фінансових зв’язків між фізичними сутностями за наявності асоціацій між ними та вершинами в мережі. У третьому розділі запропоновано модель мережі криптовалютних каналів з прихованою топологією. В контексті такої мережі запропоновано метод маршрутизації транзакцій, що базується на заміні детермінованої маршрутизації використанням тимчасових маршрутних вказівок, що зберігаються в маршрутизаційних таблицях вершин на транзакційному шляху. У четвертому розділі здійснено аналіз безпеки даних у мережі шляхом доповнення моделі мережі з прихованою топологією функцією існування шляху, що відображає процес маршрутизації. Використовуючи цю функцію як модель зловмисника, сформульовано основну перевагу запропонованого методу – властивість приховування топології мережі, і продемонстровано, що така мережа зберігає дану властивість з точки зору такого зловмисника. Також подано аналіз недоліків запропонованого методу маршрутизації та запропоновано напрямки подальших досліджень. У висновках наведено отримані результати роботи. У додатках наведено копію презентації та лістинг фрагментів програмної реалізації. Робота виконана на 74 сторінках, містить 8 рисунків, список використаних літературних джерел з 16 найменувань та 2 додатки.uk
dc.description.abstractenTheme urgency. Payment channel networks are the most efficient applications of the Bitcoin cryptocurrency technology from the point of view of transaction throughput, and thus are one of the most important research areas in the sphere of decentralized financial technologies. The main process within such networks is the transaction routing, since it directly defines the process of making a transaction. The only active at the moment implementation of such networks uses source routing, which requires public access to the network topology, which in turn contains information about financial relations between the members of the network. In order to solve this problem, this thesis proposes to replace source routing with routing based on temporary routing tables, that doesn’t use the network topology during route construction. This method allows to use the subset of private channels within the existing network to route transactions without leaking financial data. Object of research – the process of transaction routing in the payment channel network with no access to its topology data. Subject of research – methods, algorithms and software implementations of the transaction routing in the payment channel networks. Research objective – develop a model of the payment channel network with the hidden topology and design a transaction routing method for such a network. Research methods – graph-based network modelling, composition and adaptation of the existing routing methods to the given domain, applied programming interface design. Scientific novelty: 1. Developed payment channel network model is different from the existing ones because it hides the information about the amount of nodes within the network as well as the connections between them. 2. Proposed transaction routing method is different from the existing one because it does not require access to the network topology data and thus allows to hide this information, consequently improving financial data privacy characteristics of the network Practical value. Implementation of the proposed method is integrated in the existing software for interacting with the Lightning payment channel network, which allows to use the proposed transaction routing method in the private payment channel subnet without leaking information about financial relations between the members of the network. Approbation. Results of the research have been presented and discussed at the 11th scientific conference for students and postgraduates “Applied mathematics and computing” PMK-2018-2 (Kyiv, November, 2018) as well formatted into a scientific paper «Blind Payment Protocol for Payment Channel Networks», accepted for publication in the International Journal of Computer Network and Information Security (IJCNIS, MECS-Press, Hong-Kong). Structure and contents of the thesis. The master thesis consists ofo the introduction, four chapters, conclusions and appendixes. Introduction contains an overview of research domain, important research problems as well as the argument for urgency of this particular research. First chapter describes main components of the Bitcoin cryptocurrency system, the known problems of transaction throughput and data base transparency as well as the proposed solution to the transaction throughput problem using the external payment protocols that are based on the payment channel technology. It describes the operation principles of payment channels and the idea to organize the set of such channels into a network, which allows to perform multi-hop transactions along a certain sequence of payment channels. It also describes the main components of the multi-hop payment protocol, the notion of transaction routing in such networks and gives details on general approaches to data packet routing in computer network. Second chapter introduces the actor-graph-based model for the payment channel network and formulates the transaction protocol from the point of view of this model. It also formulates the notion of transactional or financial topology and using the actor graph of the example network, demonstrates how financial connections between external entities can be inferred when there are associations available between these entities and network nodes. Third chapter proposes a model of the payment channel network with hidden topology. It also proposes a transaction routing method in the context of such network, which is based on replacement of source routing with temporary routing hints which are stored in the routing tables of the network nodes on the transaction route. Fourth chapter performs an analysis of the data privacy in such networks by extending the network model with a path lookup function that represents the process of routing. Using this function as a model of an adversary, it formulates the main advantage of the proposed routing method – the property of hidden transaction topology and demonstrates that such network holds the property of hidden topology against the given adversary. It also contains the analysis of the disadvantages of the proposed method and lists potential areas of further research. Conclusions describe the obtained results. Appendices contain the copy of the slide deck and fragments of the implementation code base. The thesis is presented on 74 pages, contains 8 diagrams, a list of 16 references and 2 appendices.uk
dc.format.page123 с.uk
dc.identifier.citationЖикін, Ю. С. Метод маршрутизації транзакцій в мережі криптовалютних каналів з прихованою топологією : магістерська дис. : 121 Програмна інженерія / Жикін Юрій Сергійович. – Київ, 2019. – 123 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/27657
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectмережа криптовалютних каналівuk
dc.subjectкриптовалютаuk
dc.subjectBitcoinuk
dc.subjectмаршрутизаціяuk
dc.subjectpayment channel networkuk
dc.subjectcryptocurrencyuk
dc.subjectBitcoinuk
dc.subjectroutinguk
dc.subject.udc004.77uk
dc.titleМетод маршрутизації транзакцій в мережі криптовалютних каналів з прихованою топологієюuk
dc.typeMaster Thesisuk

Файли

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

Зібрання

Магістерські роботи (ПЗКС)
Магістерські роботи