Slides blockchain sessies Kristof verslype

Blockchain & Smart Contracts
E e n i n t r o d u c t i e
Kristof Verslype
Smals Onderzoek (smalsresearch.be)
www.cryptov.net
15 maart 2018 - Mechelen

2
Kristof Verslype
@KristofVerslype
kristof@cryptov.net
be.linkedin.com/in/verslype
www.cryptov.net
Doctor of Engineering (KU Leuven)
Researcher, advisor & speaker
in crypto, privacy & blockchain tech
www.smals.be
@Smals_ICT
www.smalsresearch.be
@SmalsResearch
W h o a m I ?

3
Heeft u een vraag? Stel ze!
AGENDA
4
Permissioned
1
Introduction
2
Bitcoin
7
Conclusions
3
Smart contracts

Blockchain gaat over Vertrouwen
Reductie afhankelijkheid centrale partijen (Disintermediatie)
4
Blockchain Netwerk
Bescherming data Afdwingen regels

Perspectief
5https://hbr.org/2017/01/the-truth-about-blockchain
“Hoewel de impact enorm zal zijn, zal het decennia
duren voor blockchain om in onze economische en
maatschappelijke structuren te sijpelen.”
Tijd nodig om economie te transformeren:
- TCP/IP: 30 jaar
- Elektriciteit: 20 jaar
Grondleggende technologie
Het heeft het potentieel om nieuwe fundamenten voor
ons economisch en sociaal systeem te creëren.
Toestand vandaag:
- 3-5 jaar eer volwassen
- 3% POCs in productie

Idee
6
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Ik transfereer 0,4
BTC naar
Ok!
Ok!
Ok!
0,4 BTC →
Bob
Alice
Charlie
Dave
0,4 BTC →
0,4 BTC →
0,4 BTC →

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

Blockchain
8
Aan vaste frequentie nieuwe blokken gecreëerd
met daarin de meest recente transacties
De blockchain bevat
alle transacties
Transacties in de blockchain
zijn onverwijderbaar
Blockchain = aaneenschakeling van
blokken, die transacties bevatten
Vele entiteiten bezitten dezelfde
kopie van de blockchain
Block 51
Header
Block 52
Header
Block 53
Header Header
Block 54
5,10 BTC →
0,70 BTC →
Blockchain specifiek: 10 minutes in
Bitcoin, 10 seconden in Ethereum,…
0,40 BTC →

Idee
10
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
Transactions
5,1 BTC →
0,7 BTC →
0,4 BTC →
Bob
Alice
Charlie
Dave
0,4 BTC →
0,4 BTC →
0,4 BTC →

Bescherming Data
11
Transaction
0,01 BTC →
Vertrouwde
entiteit
Transaction
Data
Untamperable
(integrity)
Unremovable
(non-repudiability)
Timestamp
Eigenschappen van data in een blockchain
Transparent
(verifiable)
Authentic
Robust
(availability)
→ Applications other then cryptocurrencies
On existing or own blockchain

Application Domains
12
Diploma
Alice
Master in
Lego Design
KU Leuven
Registration
facts
Transfer
of assets
Streamlining
processes
Enforcement
of agreements
Protection data
Enforcement of rules

13
Registration Facts
Vaccination
IdentityDiplomaMarriage
Medical
records
TaxesSupply chain
Tracking
Driving license
Political
mandates
Official
documents
History /
overview
Will
Hash of records on blockchain
- Integrity
- Non-repudiability (completeness)
- Timestamp
Confidence in correctness
- Authenticity
- Integrity
- Timestamp
- Long term-validity
- Transparency
- Non-
repudiability (no
denial)
- Integrity
Logically centralising
dispersed data about
provenance in single
data structure (without
central authority)

14
Registration Facts
Alice
9AF
Employer
Alice does not need copy of blockchain
In reality usually more crypto
hashing, encryption, pseudonyms
Transaction 9AF
Diploma
Alice
Master in
Lego Design
KU Leuven
Alice

15
Registration Facts
Alice
9AF
Employer
Transaction 9AF
Diploma
Alice
Master in
Lego Design
KU Leuven
Diploma
Alice
Master in
Lego Design
KU Leuven
Best match with GDPR
Data potentially again spread over multiple servers…
Reduces potential of smart contracts

Verificatie Certificaten
16https://www.dnvgl.be/certificering/certificaten-in-de-blockchain.html?utm_source=be&utm_medium=persbericht&utm_campaign=be-persbericht-270917

17
Applications: Transfer Assets
Ticket
.bitDomain name
Copyrights
Bitcoin Monero Ethereum
Crypto
currencies
Untangible
assets
DiamondCar
Land register
Tangible
assets
Electricity

18
Transfer Assets
Transaction 23F
→
Transaction XP0
→ 9BG
Transaction 9BG
→ 23F
Authority
(Mortgage office)
The lawful
owner
is .
The lawful
owner
is .
Owner 1 (Bob) Owner 2 (Charlie)
The lawful
owner
is .
Only required for
initial registration
Full history on the
blockchain
Owner can prove (s)he
is the lawful owner

19
Transfer Assets
Transaction 23F
→
Authority
(Mortgage office)
Owner 1 (Bob) Owner 2 (Charlie)
Transaction 9BG
→ 23F
→
Transaction XP0
→ 9BG
→
Owner 3 (Alice)
Only if both & sign
transaction, it is valid No trusted intermediary
required to temporarily
hold funds
Extra rules possible
(Eg. valid soil certificate
or approval by notary)
Hide exact amount
Register renovation &
verification history

Streamlining Processes
Banks share blockchain
instead of all own DB
Citizen moves and
declares it once. All
stakeholders informed
(electricity provider,
post, municipalities, …)
Citizen declares birth once.
All stakeholders informed
(local administration,
childcare system , bank,
mutualities, insurance, …)
Processes between governmental
institutions (e.g. automatic
subsidies)
Advantages
- Reduced trust in central authority
- Robust (HA system with LA nodes)
- Unmodifiable audit trail
- Every step validated / according to the rules
- One data structure (consistency)
- Uniform data representation
(standardisation)
20

Enforcements of Agreements
21
Processing
medical prescriptions Elections
Flight Delay
Insurance
Blocking
rent guaranteeCrowdfundingApplication & Payment
of subsidies / benefits
Smart locks
Permissions
access PII
Transport
conditions
Auction

Central DB Vs. Blockchain
22
Central DB Blockchain
Disintermediation The essence of blockchain tech is
reducing reliance upon intermediaries /
authorities
Integrity / transparency /
verifiability
Blockchain is a tamper-proof history,
verified by multiple nodes.
Confidentiality Multiple nodes in network need access
to data to validate transactions and
update smart contract. Harder to have
flexible access control
Robustness High availability with low available
nodes. Geen SPOF / extreme fault
tolerance thanks to redundancy
Performance & speed Blockchain inherently less efficient: sig
creation & verification, data transfer,
consensus, storage, …
“If trust and robustness aren’t an issue, there’s nothing
a blockchain can do that a regular database cannot.”
Gideon Greenspan
https://www.multichain.com/blog/2016/03/blockchains-vs-centralized-databases/

23
Permissionless Permissioned
Toegang & gebruik door hele wereld Extra laag voor toegangscontrole
Volledig transparant Meer controle op wie ziet wat (vb. audit)
Meestal erg onefficiënt (PoW) Pakken efficiënter
Vertrouwen gedistribueerd Vertrouwen gedecentraliseerd
Cryptomunt vereist Cryptomunt niet steeds vereist
Public / open Enterprise / Consortium

24https://coinmarketcap.com/
2 types of forks
- Fork from a code base
(e.g. Litecoin)
- Fork from a blockchain
(e.g. Bitcoin Cash)

25
AGENDA
4
Permissioned
1
Introduction
2
Bitcoin
7
Conclusions
3
Smart contracts

26http://uk.businessinsider.com/bitcoin-pizza-day-passes-2000-20-million-2017-5
Op 22 mei 2010 kocht een software
ontwikkelaar 2 pizza’s voor 10 000 bitcoin.
Vandaag zijn 10 000 bitcoins ongeveer 80
miljoen dollar waard

27
16 900 000 BTC in omloop
 Totale waarde: ± 135 miljard $
Alle cryptomunten samen:
±316 miljard $

Traditionele Internationale Transactie
28
Bob Alice

Traditionele Internationale Transactie
29
Bob Alice
Is dit mogelijk zonder vertrouwde partij?
1e gedistribueerde cryptomunt (2009)
Schok doorheen de financiële wereld
Snel aandacht voor Bitcoin/blockchain vanuit de financiële wereld
Cryptocurrencies solve the double
spend problem with crypto and exist
since the eighies (David Chaum)

Pseudoniemen & Sleutels
30
0,40 BTC → 0,40 BTC →Niet maar

Blockchain
31
Block 51
Header
Block 52
Header
Block 53
Header Header
Block 54
5,10 BTC →
0,70 BTC →
0,40 BTC →
1Nf311Qb8rLDk
1F1tAaz5x1HUX
3BcMuv1VJqm Bob
Alice
Charlie
Dave

Transacties & UTXOs
32
Header
Block 51
Header
Block 52
Header
Block 53
Header
Block 54
Mijn bitcoins zijn verspreid in de blockchain over meerdere transacties
Transaction Z4R
0,01 BTC →
Transaction 06D
12,6 BTC →
Transaction 83F
1,2 BTC →
Transaction YC0
0,8 BTC →
0,4 BTC →
Output Addr BTC
Z4R[0] 0,01
06D[0] 12,6
83F[0] 1,2
Output Addr BTC
Z4R[0] 0,01
06D[0] 12,6
YCO[0] 0,8
YCO[1] 0,4
Most recent state,
derived from the
blockchain (history)

Bitcoin
34
Miner
Full node
Light node
Blockchain
append-only
Geschiedenis van Bitcoin
UTXO
Relevant info
Meest actuele status
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO

- Mining
36
‘Miners’ gaan in competitie met elkaar om als
eerste een rekenintensieve cryptografische
puzzel te vinden (per blok).

Bitcoin Mining
37
000000000000000002A386ADBAED073B0
2E66EE8A6A61FD83BA33DF434553671
Header
Hash
(fingerprint)
function
669831a3180f1e77e9e3c904b76d6254
03924303118ff97acff2d8599b9dc91b
bc9e7154309cdc81c5b6203b04531581
07e8d4c4cfe6eeb82fbaddefa345dc7b
015487950321
Eigenschappen
- Moeilijk te vinden
- Makkelijk te verifiëren
- Aanpasbare moeilijkheidsgraad
Winnaar beloond
- Nieuwe bitcoins
- Transactievergoedingen
Disclaimer: in werkelijkheid wordt enkel de header gehasht, die een fingerprint bevat van de transacties

38
Difficulty adjusted every 2 weeks (2016 blocks)
⟹ 26 335 883 TH/s
(26 335 883 000 000 000 000 H/s)
Higher prices → more mining power → higher difficulty

Ecological Impact
39https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption
Electricity consumption per country
> 70% in China
Weak environmental laws
Electricity subsidized
Max. capaciteit
4 transactions / sec.

Gelijktijdige Blokcreatie
41
Wat gebeurt er indien twee miners ongeveer gelijktijdig een geldig blok vinden
Langste tak is diegene die aanvaard wordt
(correcter: tak met meeste ‘werk’)
Daarom best een aantal blokken wachten
vooralleer transactie als verwerkt te beschouwen

Consensus
Proof-of-Work
- x% resources → x% blokken
- Cryptografische puzzel
- Competitie
- Mining - Erg energieintensief
- Controle: > 50% rekenkracht
in unpermissioned blockchain netwerken
Proof-of-Stake
- x% stake (e.g. coins) → x% blokken
- Deterministisch algoritme voor
selectie participant die blok creëert
- Minting - Efficiënt
- Controle: > 50% stake (moeilijker)
- Incentive voor minter om
verschillende in stand te houden
=> Machtige participant kan blockchain controleren
(hybrid)

Veiligheid
44
Block 51
Header
Block 52
Header
5,10 BTC →
Header
Block 53
0,70 BTC →
Header
Block 54
0,40 BTC →
Header
Block 53
0,70 BTC →
Header
Block 52
Header
Block 54
0,40 BTC →
Hoe ouder de transactie, hoe beter beschermd
Want gevolgd door meer blokken
waarvoor cryptografische puzzel opnieuw opgelost moet worden
Veiligheid proportioneel tot de hoeveelheid rekenkracht

Veiligheid
Het bitcoin protocol is veilig zolang er geen participant meer dan
50% van de rekenkracht bezit (*)
(*) According to Decker and Wattenhofer 49,1% suffices due to stale blocks
Bitcoin is niet alleen een concept…
User Software Infrastructure
Loss
Theft
Abuse
James Howells, who works in IT, lost in 2013 7500 bitcoins by throwing
away by accident an old hard disk, which contained his secret key.
Nearly 4M Bitcoins Lost Forever
Source: chainalysis.com

Risico
46
Card Stop
Afhaallimiet
Terugbetaling
Centrale entiteit → individuele gebruiker
→ Soms zijn we blij dat er een centrale partij is
Omgaan met verlies

47https://www.wired.com/story/i-forgot-my-pin-an-epic-tale-of-losing-dollar30000-in-bitcoin/?mbid=nl_102917_daily_list1_p1
But don’t loose your PIN / Password!

Online Wallets
49
Online
wallet
Beheert jouw bitcoins
Volledig vertrouwen nodig
Enkele gehackte online wallets…
Klanten verloren cryptogeld

50https://www.theguardian.com/technology/2017/dec/07/bitcoin-64m-cryptocurrency-stolen-hack-attack-marketplace-nicehash-passwords

Pseudoniemen
53
Fysieke wereld Bitcoin netwerk
1Nf311Qb8rLDkWTHrhpmNewZzkcWFYptfc
1F1tAaz5x1HUXrCNLbtMDqcw6o5GNn4xqX
3BcMuv1VJqmwY5Wim8MPAzKAAiAKby9LcN
Charlie
Bob
Alice

54
Bitcoin & Anonimiteit
QR-code
- bevat pseudoniem
- Scan om te betalen
Alle transacties van en naar
dit pseudoniem zijn publiek
Meerdere pseudoniemen
- Minder praktisch
- Links nog steeds mogelijk
Tweerichtings
Subway kan ook jouw bitcoin
geschiedenis te weten komen

One-Time Pseudoniemen
55
Fysieke wereld Bitcoin netwerk
Transaction
0,8 BC →
0,4 BC →
Charlie
Bob
Alice

Bitcoin & Privacy
Fleder, Michael, Michael S. Kester, and Sudeep Pillai. MIT. "Bitcoin transaction graph analysis." arXiv preprint arXiv:1502.01657 (2015).
Goldfeder, Steven, et al. "When the cookie meets the blockchain: Privacy risks of web payments via cryptocurrencies." arXiv preprint arXiv:1708.04748 (2017)
https://bitcoin.nl/nieuws/bitcoin-privacy-173.
“Geïdentificeerde” personen gelinkt aan
“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.”
Graad van privacy op Bitcoin netwerk, maar verre van perfect

Why is Bitcoin Used?
61
Hard to find exact numbers
Illegal activities Gambling
Speculation Protection against
inflation/crash local
currency (e.g. Venezuela)
International
transactions
Transactions of small amounts sometimes very expensive

Average Transaction Fee in $
62https://bitinfocharts.com/comparison/bitcoin-transactionfees.html#1y
Volatile & unpredictable Based on supply & demand
Based on size (in bytes) of transaction, not on amount
Payed by the entity sending money

64
Tussenpartij of autoriteit elimineren
⇏
Efficienter en/of goedkoper

Bitcoin & Regulering
Wie bepaalt de regels?
65

Power to the People?
66
Core developers
Propose official Bitcoin client
Miners
Use proposed client
Process transactions
Bitcoin holders
Use proposed client
Centralisation of mining
> 50% of mining power
→ Rewrite the blockchain
Implement the
rules of the game

Afsplitsingen (Forks)
67
Maart ‘17
Aug. ‘17
Okt. ‘17
Bestaande munten splitsen mee

Periodic Table
79b
AUb
79c
AUc
(Table of Mendelejev)
79d
AUc

Bitcoins in Circulation
69
Total amount of bitcoins created

Blockchain.info
70
Schaalprobleem
- Alle transacties op blockchain
- 3 transacties / sec. ↔ Visa: 10 000 / sec.
- En blockchain toch al 120GB groot
Schaalprobleem
- Alle transacties in blockchain
- 4 transacties per seconde ↔ Visa: 65 000 / sec.
(Verhoogt geleidelijk danzij invoering SegWit)
- En reeds > 160 GB (excl. UTXO, SegWit))
Bitcoin Blockchain Grootte
blockchain.info/charts/blocks-size

Old Concepts
71
Concept Year
Stack-oriented programming language 1957 - GEORGE
Cryptographic hash function Late ‘70
Digital signatures 1977 (1973) - RSA
Merkle trees 1979
Shamir secret sharing 1979
Proof-of-Work 1993

Enkele Bedenkingen
72
Bitcoin is een eerste experiment
• Niet perfect en dat mogen we ook niet verwachten
• Gebruik van eenvoudige, oude crypto concepten (jaren ‘70)
• Interessante nieuwe concepten
Uitdagingen
• Technische: schaalbaarheid, privacy, transactiekosten, forks,
efficiëntie, …
• Niet-technisch: juridisch, maatschappelijk, risico,…
Idee distributie vertrouwen m.b.v. technologie
• “Alles dat met een vetrouwde autoriteit gedaan kan
worden, kan ook zonder” - D. Boneh, crypto prof. @ Stanford
• Niet enkel blockchain technologie

Have a look at
73
https://blockchain.info/
https://bitcoin.org/nl/download

74
AGENDA
4
Permissioned
1
Introduction
2
Bitcoin
7
Conclusions
3
Smart contracts

Blockchain gaat over
Distributie van Vertrouwen
75
Blockchain Netwerk
Bescherming data Afdwingen regels

Smart Contracts (aka chaincode)
76
Regels zijn
- Hardgecodeerd in de
Bitcoin software
- Applicatiespecifiek
→ Niet flexibel
Code die uitgevoerd wordt op het blockchain netwerk, zonder centrale partij
Kan een blockchain netwerk ook op
een flexibele regels afdwingen voor
een diverse set van applicaties?

Smart Contracts (aka chaincode)
77
Regels zijn
- Hardgecodeerd in de
Bitcoin software
- Applicatiespecifiek
→ Niet flexibel
Code die uitgevoerd wordt op het blockchain netwerk, zonder centrale partij
- Smart contract = set
applicatiespecifieke regels
- Blockchain netwerk dwingt regels af,
zorgt voor correcte uitvoering
- Smart contracts kan cryptogeld
ontvangen, bijhouden en uitgeven
Verwerken
voorschriften
Verkiezingen Verzekeringen
Sterke toename potentieel blockchain technologie

Voorbeelden
78
http://dapps.ethercasts.com/
Smart locks (wagen, huis, …)
Blokkeren huurwaarborg
Verkiezingen
Veiling Crowdfunding
Afspraken tussen partijen die elkaar niet vertrouwen

Smart Contracts
79
Contract Auction{
function bid()
function end()
HighestBid: €
HighestBidder:
Beneficiary: Charlie
}
bid(), 20€
end()
bid(), 10€
20€
02010
Bob
Alice
Charlie
Alice
10€
Bob
Smart contract kan cryptogeld tijdelijk blokkeren
Niemand kan de correcte uitvoering beïnvloeden

Events in Smart Contracts
80
Contract{
function bid(){…}
function end(){…}
HighestBid: €
HighestBidder:
Beneficiary: Charlie
}
bid(...), 20€
end(...)
bid(...), 10€
20€
02010
Bob
Alice
Charlie
Alice
10€
Bob
bidEvent: 10€
bidEvent: 10€
bidEvent: 20€
bidEvent: 20€
Events informeren Charlie & Dave over nieuwe biedingen
Oude events zichtbaar: Charlie & Dave niet per se permanent online
Dave

Smart contract
Piece of code published on the blockhain and run
in a distributed way by the blockchain network
=> Not smart
=> Mostly not a (legal) contract
81
It is deaf & blind:
- It only knows its own status & the function parameters when a function is called
- It has no knowledge about anything else in the world / on the blockhain
It is reactive
- It will not do anything, unless a function is called
- This can result in a function call in another smart contract
It is distributed
- All full nodes know & execute the smart contract
- In some permissioned blockchains, this can be limited to a subset

Smart Contract Blockchain
82
contract c
Header
Block 51
c.bid(), 10€
Header
Block 52
Header
Block 53
c.bid(), 20€
Header
c.end()
Block 54Publiceren contract
(genesis transaction or
deploy transaction)
Oproepen functie
(invoke transaction)

Netwerk
83
Miner
Validating (full) node
Light node
Blockchain
append-only
Geschiedenis van smart contracts
Smart contract
Wijzigbaar door
oproepen van functies

Bitcoin
84
Miner
Full node
Light node
Blockchain
append-only
Geschiedenis van Bitcoin
UTXO
Relevant info
Meest actuele status
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO
UTXO

85
contract SimpleAuction
{
address public beneficiary;
uint public auctionStart;
uint public biddingTime;
address public highestBidder;
uint public highestBid;
bool ended;
event HighestBidIncreased(address bidder, uint amount);
event AuctionEnded(address winner, uint amount);
function SimpleAuction(uint _biddingTime, address _beneficiary)
{
beneficiary = _beneficiary;
auctionStart = now;
biddingTime = _biddingTime;
}
function bid() payable
Smart Contract Code
Disclaimer: Een Ethereum exploit wordt genegeerd voor de eenvoud
http://solidity.readthedocs.io/en/develop/solidity-by-example.html

Doe dit NOOIT…
86
// 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;
}
// check if a document has been notarized
function checkDocument(string document) returns (bool){
var proof = calculateProof(document);
return proofs[proof];
}
}
Dit werd als ernstig voorbeeld gegeven op een seminarie door een expert
proofs: c0796844c3cbc… → true
5d5f4926be230… → true
c56d58202b0aa… → true
17f8f6699a8948… → true
…
document VOLLEDIG bewaard in transactie op blockchain

Orakels
87
En wat indien een orakel foute informatie aanlevert?
- Contract uitvoering kan niet teruggedraaid worden
- Meerdere oracles die stemmen?
Soms heeft een smart contract gegevens nodig uit de reële wereld
Compensatie Verzekering
Vertrouwde leverancier van gegevens uit de reële wereld
Orakel roept telkens contractfunctie aan → Transactie op blockchain

88
{
bool ended;
function SimpleAuction(uint _biddingTime, address _beneficiary)
{
beneficiary = _beneficiary;
auctionStart = now;
biddingTime = _biddingTime;
}
...
}
6060604052346100005760405161037c3803806
37c833981016040528080518201919050505b5b
3600060006101000a81548173fffffffffffffffffffffff
fffffffffffff021916908373ffffffffffffffffffffffffffffffff
ffff1602179055505b8060019080519060200190
805460018160011615610100020316600290049
600052602060002090601f01602090048101928
01f106100b557805160ff1916838001178555610
3565b828001600101855582156100e357918201
b828111156100e2578251825591602001919060
101906100c7565b5b50905061010891905b8082
1156101045760008160009055506001016100ec
5b5090565b50505b505b6102608061011c60003
6000f30060606040526000357c0100000000000
000000000000000000000000000000000000000
000900463ffffffff16806341c0e1b514610049578
3cfae321714610058575b610000565b34610000
6100566100ee565b005b3461000057610065610
82565b604051808060200182810382528381815
815260200191508051906020019080838360008
Ontwikkelomgeving
Programmeertaal: Solidity
Gecompileerde Ethereum
byte code op blockchain
Turing compleet (↔ Bitcoin scripts). Alles wat te berekenen is met
een computer kan ook in Solidity / Ethereum byte code
Difficult to interprete byte code: recompile source code & compare

Transaction Costs
89
contract demo{
function notarize(string doc){
}
function increment(string doc) returns uint{
return document.length;
}
function loop(string doc){
while(true){}
}
}
Transaction equally big,
but different consumption of resources (computation, storage)
→ Bitcoin’s pay-per-byte model insufficient
→ More resource intensive functions are more expensive
Transaction fee
Transaction
size
Smart contract
execution

Gas & Gasprice
90
Example: Hash 128 bytes of data
Gas price: 28 Gwei (= 0.000000028)
Price Ether: 980$
Gas: 30 + 4*6 = 54
Cost: 54 * 28 Gwei = 0,000001512 Ξ (0,0015$)
200 bytes tx: < 34600 gas = 0,0009688 Ξ (0,949$)
https://etherscan.io/chart/gasprice - https://etherscan.io/chart/gaslimit
Operation Gas
Transaction 21000
Transaction zero byte 4
Transaction non-zero byte 68
ADD 3
MULTIPLY 5
KECCAK256 (SHA3) 30
256 BITS KECCAK INPUT 6
… …
- Gas: Amount of required work to
execute code (unit of work)
- Gas Price: Compensation for the
miner per unit of work (gas)
Market (supply-demand) driven
- Miner’s fee: 𝑔𝑎𝑠 ∗ 𝑔𝑎𝑠𝑝𝑟𝑖𝑐𝑒
Incentive for efficient
smart contracts
- No byte limit (↔Bitcoin)
- Gas limit:moving,
currently 8M gas
Block limit

91
{
bool ended;
function SimpleAuction(uint _biddingTime, address _beneficiary){…}
function bid() payable {…}
function end() {…}
}
Smart Contract Code
Disclaimer: Een Ethereum exploit wordt genegeerd voor de eenvoud
http://solidity.readthedocs.io/en/develop/solidity-by-example.html
Real cost bid() function
Gas: 63230
Gasprice: 0.000000028 Ether
1 ether: 980$
=> 1,74$ (04/01/2018)

Doe dit NOOIT…
92
// Proof of Ownership contract
contract ProofOfOwnership{
//calculate and store the proof for a document
function notarize(string document){
}
// check if a document has been notarized
function checkDocument(string document) returns (bool){
var proof = calculateProof(document);
return proofs[proof];
}
}
Dit werd als ernstig voorbeeld gegeven op een seminarie door een expert
proofs: c0796844c3cbc… → true
5d5f4926be230… → true
c56d58202b0aa… → true
17f8f6699a8948… → true
…
document VOLLEDIG bewaard in transactie op blockchain
Hoge miner’s fee (1Mb => $1871)

- Mining
93
ASIC resistant
- Computation AND memory
required
- Ideal: less centralisation
- DAGs (Directed Acyclyc Graphs)
- DAG renewed every epoch (=
30000 blocks = 125 hours = ca. 5.2
days
Target: 1 block every 10 secs

Mining
94
4GB RAM
6x AMD Radeon RX 470/570
60GB SSD
Intel Celeron G1840
1000W

97
URL
Yellow paper http://gavwood.com/paper.pdf
Documentation http://www.ethdocs.org/en/latest/
Source code https://github.com/ethereum
Online IDE https://remix.ethereum.org
Explore the blockchain https://etherscan.io
Command-line client https://geth.ethereum.org/downloads/
MIST Browser https://github.com/ethereum/mist/releases
Have a look at

Transaction Limit: ± 25tx/sec.
98
3/12: accounting for 13 % of all gas use

The DAO
102
Investeerders transfereren Ether naar The
DAO and ontvangen daarvoor voting tokens
1
Contractors dienen investeringsvoorstellen in
2
Investeerders stemmen voor / tegen voorstel
3
Smartcontract transfereert al dan niet geld
4
Set van smart contracts gepubliceerd op Ethereum
Een aantal cijfers
$54m gelekt
naar aanvaller
18 000
investeerders
14% van
alle Ether
$168m
verzameld
Volledig transparant:
code, data & historiek public.
Iedereen kan audit doen
Bugs
- “Code is law”?
- Investeerders vertrouwen dat smart
contract doet wat ze verwachten

Ethereum Hard Fork
103
Decentralised Autonomous Organisation (DAO)
DAO verzamelde
$168M (Juni ‘16)
DAO bug exploit –
$54M in Ether lekt
weg (July ‘16)

Ethereum Hard Fork
104
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

Ethereum Hard Fork
105
DAO verzamelde
$168M (Juni ‘16)
DAO bug exploit –
$54M in Ether lekt
weg (July ‘16)
Realiteit: beide takken blijven naast elkaar
→ Replay attack mogelijk

Ethereum Hard Fork
106
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? (finaliteit)
- Vb. Eén veiling, met twee verschillende winnaars

Lessons Learned
NIET correct:
Blockchain is onwijzigbaar
WEL correct:
Blockchain is niet eenzijdig wijzigbaar
(Gelijkaardig bij permissioned blockchains)
107

108https://www.theguardian.com/technology/2017/nov/08/cryptocurrency-300m-dollars-stolen-bug-ether

Myriad of attack vectors possible,
although cryptographically secure
blockchain technology is used
109

Smart Contracts - Samengevat
110
Automatiseren regels &
afdwingen afspraken
tussen partijen die elkaar niet 100%
hoeven te vertrouwen,
zonder daarbij afhankelijk te zijn
van een centrale partij.
(en pas op voor bugs!)

Smart Contracts - Samengevat
111
“A Distributed state machine
with money”

112
AGENDA
4
Permissioned
1
Introduction
2
Bitcoin
7
Conclusions
3
Smart contracts

113
Permissionless Permissioned
Toegang & gebruik door hele wereld Extra laag voor toegangscontrole
Volledig transparant Meer controle op wie ziet wat (vb. audit)
Meestal erg onefficiënt (competitie) Pakken efficiënter (samenwerking)
Vertrouwen gedistribueerd Vertrouwen gedecentraliseerd
Cryptomunt vereist Cryptomunt niet steeds vereist
Public / open Enterprise / Consortium
Eg. Processing medical prescriptions
- Only accredited doctors can issue new
prescriptions
- Only RIZIV/INAMI can publish smart contracts
& determines what doctors are accredited
- 5/7 mutualities validate transactions

Twee Consortia
114
Fabric
Burrow
LINUX FOUNDATION
USES
entethalliance.org hyperledger.org

115
- Fork from Bitcoin code (06/2015)
- Version 2.0 coming soon
History
- Issue & transfer multiple asset types
- Publish data (data streams)
- Grant & revoke rights
- NO smart contracts
- Simple, easy to use, efficient
Functionality
Multisig
https://www.multichain.com/blog/2017/11/three-non-pointless-blockchains-production/
Transparency & auditability
in workflow management
Trading catastrophe bonds
without TTP (Euroclear)
Notarizing
e-commerce transactions
Real-world apllications

Mining
116
0 ≤ 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑛𝑔 − 𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑡𝑦 ≤ 1
All miners allowed to mine next block
=> risk of forks, risk of mining starvation
A miner should wait untill all other
miners have created a block
 Blockchain halts when one miner
unavailable (robusness)
 Block not signed by right miner is
not accepted by network
A block is created by only one ‘miner’ who signs it.
Bob Charlie Alice Dave

Mining
117
0 ≤ 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑛𝑔 − 𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑡𝑦 ≤ 1
𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑛𝑔 = 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑛𝑔 − 𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑡𝑦 ∗ ( 𝑴𝒊𝒏𝒆𝒓𝒔 − 1)
Stochastic process
Two miners create block simultaneously: short-lived fork
Mining-diversity fixed at block-creation time
A sequence of blocks is signed by at least x miners
𝑚𝑖𝑛𝑖𝑛𝑔 − 𝑑𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑡𝑦 ∶ 0.75
𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑛𝑔 = 2
Consensus only undermined
if at least 75% of miners colluding

Setup phase
118
Setup phase
Some rules relaxed
- Admin can attribute and revoke rights without voting
- No mining order enforced
=> Allows the admin to set up the blockchain
Bob
Creates blockchain and
temporarily has unlimited rights
Charlie Alice
𝑠𝑒𝑡𝑢𝑝 − 𝑓𝑖𝑟𝑠𝑡 − 𝑏𝑙𝑜𝑐𝑘𝑠 = 4
𝑡𝑎𝑟𝑔𝑒𝑡 − 𝑏𝑙𝑜𝑐𝑘 − 𝑡𝑖𝑚𝑒 = 30
=> Bob has 120 seconds

Permisisons
119
- connect, mine,
- activate (connect, receive, issue), admin (other)
- send, receive, issue (assets)
- create (streams)
Blockchain specific
- write
- read (encryption)
Stream specific
- Proposal published on blockchain as transaction
- Votes published on blockchain as transaction
- Parameters
𝑎𝑑𝑚𝑖𝑛 − 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑠𝑢𝑠 − 𝑚𝑖𝑛𝑒 = 0.5
𝑎𝑑𝑚𝑖𝑛 − 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑠𝑢𝑠 − 𝑐𝑟𝑒𝑎𝑡𝑒 = 0.5
…
Granting rights

Some Parameters
• target-block-time = 15
• maximum-block-size = 8388608
• setup-first-blocks = 60
• mining-diversity = 0.75
• admin-consensus-mine = 0.5
• mine-empty-rounds = 10
• initial-block-reward = 0
• reward-halving-interval
• minimum-relay-fee (min. tx fee)
120
Multichain 1: Parameters cannot be changed after block creation
Multichain 2: Some parameters can be changed

Performance
121https://www.multichain.com/blog/2017/06/multichain-1-beta-2-roadmap/

Connecting your Application
122
let multichain = require("multichain-node")({
port: 6282,
host: '127.0.0.1',
user: “kristofrpc",
pass: "Jm2X9ojrczwghCQoieEncgQh4vc"
});
multichain.getAddresses(function(err, addresses){
if(!err) console.log(addresses);
})
multichain.issue({address: someAddress, asset: “cryptoFrank", qty:
50000, units: 0.01, details: {hello: "world"}}, function(err, res){
console.log(res)
})
multichain.sendAssetFrom({from: someAddress, to: someOtherAddress,
asset: “cryptoFrank", qty: 5}, function(err, tx) {
console.log(tx);
})

Getting Started
https://www.multichain.com/getting-started/
123

124
History
- June 2014: Launched
- Previously known as Eris (Renamed in 10/2016)
- March 2017, Monax joined Hyperledger project
Fork Ethereum code
- Supports smart contracts
- In Solidity, but compiles for you
- Tests during deploy time
Provenance of diamonds
Prototype to improve
electronic data interchange
between financial institutions.
Experiments by
DLT Consortium
of 60 > banks

Overview
125
BURROW - Version 0.16
- Consensus engine
(per block same ordered list of tx
- Efficient (< 2secs)
- Valid block signed by ≥ 2/3 of weight
- Version 0.17
- Node
- Executes smart contract
- Web server (JSON-RPC or REST)
- Smart contract off-chain test env.
- Storage, permissions
- Version 0.18
- Create & publish smart contracts
Does compilation for you
- Invoke & query smart contracts
- Blockchain management

Tendermint
126
30 20 35 15
Valid block signed by ≥ 2/3 of weight

Name registry
• Key-value store for bulk data off-chain.
• Regulated with tokens.
127
Storing 3 kb for 10 blocks
=> the total cost = 1*1*(3000 + 32)*10 = 30320 tokens
https://monax.io/docs/documentation/db/latest/specifications/api/#namereg

genesis.json{
…
"accounts": [
{
"address": "12A4B709AD2A24A72F4930221DCCF5C4675E048E",
"amount": 99999999999999,
"name": “testchain_kristof",
"permissions": {
"base": {
"perms": 16383,
"set": 16383
},
"roles": []
}
},
…
}
128
- All tokens generated in
genesis block
- User management
afterwards possible

Rights
129
https://github.com/tendermint/tendermint/wiki/Eris-Permissions
https://monax.io/docs/specs/jobs_specification/
Grouped in roles: administrator, validator, developer, participant, …
root full permissions. Use with care.
send permission to send TX.
call permission to call contracts.
name permission to add an entry in name registry.
create_contract permission to create contract.
create_account permission to create an account.
bond permission to send a bond TX allowing to be part of the
validator pool.
add_role permission to add roles to accounts.
has_role permission to query role of accounts.
rm_role permission to remove role from accounts.
set_base permission to set permissions.
unset_base permission to remove permissions.
has_base permission to query permissions of an account.
set_global permission to set burrow network parameters.

Getting Started
131
https://monax.io/docs/getting-started/

• Started as IBM project
• Smart contracts are called ‘chaincode’
132
FABRIC
Releases
- 16/09/2016: V0.6-preview
- 11/07/2017: V1.0
- 01/11/2017: V1.1-preview
Properties
- Modular, flexible
- Updatable chaincode
- Distinction of roles
- Not everyone can access all smart contracts,
not all validators runs all smart contracts

HL Fabric - Overview
133
Alice
API
Keys
Certs
Membership
Service
Blockchain
network
Register
Enroll
Deploy
Invoke
Query

Endorsement Policies
134
https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/arch-deep-dive.html#endorsement-policy-specification
http://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/endorsement-policies.html
AND(‘Smals.member', ‘RSZ.member', ‘FodFin.member')
ESmals = {Alice, Bob}, ERSZ = {Charlie, Dave}, EFodFin = {Eve, Frank, George}
- Weight > 50
- Hyperledger Burrow (Monax): weight > 2/3 (fixed, global policy)
Weighted endorser set E =
{Alice=49, Bob=15, Charlie=15, Dave=10, Eve=7, Frank=3, George=1}
- (Alice OR Bob) AND (any two of: Charlie, Dave, Eve, Frank, George)
- 5 out of the 7
Set of Endorsers E = {Alice, Bob, Charlie, Dave, Eve, Frank, George}
Each smart contract has its own endorsement policy
In Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric
135
Endorser E1 Endorser E2 Endorser E3 Peer P1
Client
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Orderer O1 Orderer O1
Ordering Service

Hyperledger Fabric
136
Client
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Ordering Service

Hyperledger Fabric
137
Client
Transaction
Proposal
Ordering Service

Client
Invokes smart
contract code by
creating a
transactions,
collecting
endorsements
and sending it al
lto the ordering
service
Orderers
If endorsement policy met: include validated
transactions into block & distribute block
(Non-endorsing) Peer
Executes locally smart
contract code
Endorsers (Endorsing peers)
- Validates transaction proposals
- Executes locally smart contract code
Hyperledger Fabric
138
Client
Transaction
Proposal
Ordering Service

Hyperledger Fabric - Channels
139
data blue transactions / smart contracts
only visible for E1, E2, en P2
Peer P2 Peer P3
Ordering Service
One ordering service, but multiple
channels / blockchains

Cert. authority
Smals
RootCert
HyperLedger Fabric
140
Orderer O2
Endorser E2
ECert2
Federation of Notaries
Client C2
eBox @ Smals
Orderer O1 ECert1
Client C1
Orderer O3
Endorser E3
ECert3
Orde van Vlaamse Balies
Client C3

Membership Service Provider
141
Hierarchical, centralized top-down structure to protect a blockchain

142
Enrollment CA
Transaction CA
Root CA
Long-term certificate
Alice
ECert
Two types of ECerts
1) signing
2) encryption

143
Enrollment CA
Transaction CA
Root CA
Short term
Different TCerts not linkable
to each other or to Alice
=> privacy
Alice
ECert
ECert
TCert
TCert
TCert
Two types of TCerts
1) signing
2) encryption

Hyperledger Fabric
144
Alice’s Client
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Transaction
Proposal
Ordering Service
Cert Cert Cert
ECert or TCert
(depends upon smart
contract access rules)
All participants have known identities.
Every transaction can be linked to identity by MSP
SOLO or KAFKA

Summary
145
Heavy & complex solution
Not elegant
↔ Blockchain filosophy
(hacked CA = free access rights)
Flexible
Uses traditional crypto
=> There is still a lot of work to do
Very active community
Not mature yet
Not always a drama if you loose
your key

Getting Started
146
https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/

Comparison
147
Multichain HL Burrow HL Fabric
Code fork from Bitcoin Ethereum From scratch
Complexity Low Medium High
Flexibility Low Medium High
Efficiency High Medium Low
Community Small Medium Large
Smart contracts No Yes Yes
Validation Chosen mining-
diversity
Tendermint
(>2/3)
Per-contract
policiy
Geen one-technology-fits-all
Keuze blockchain technologie/platform afhankelijk
van vereisten applicatie

148
AGENDA
4
Permissioned
1
Introduction
2
Bitcoin
7
Conclusions
3
Smart contracts

The bigger picture
149
Blockchain Technology
Distributed Ledger Technology
Techology for distributed trust
Bitcoin
Hyperledger Fabric
Ethereum
Monero IOTA
CORDA
Multi-party computation
Zero-knowledge proofs
Homomorphic Encryption
…
…
…
Blockchain is één technologie.
Niet de eerste, en wellicht niet de laatste
Attribute-Based Credentials

IOTA (The Tangle)
150https://iota.org/IOTA_Whitepaper.pdf
Node valideert twee andere transactie om zelf transactie te kunnen creëren
Lost daartoe cryptografische puzzel op
Geen transaction fees (dus geen geldcreatie door minen)
Sneller & schaalbaarder dan blockchain
Doel: micropayments
Cummulative weigth

IOTA (The Tangle)
151https://iota.org/IOTA_Whitepaper.pdf
Node valideert twee andere transactie om zelf transactie te kunnen creëren
Lost daartoe cryptografische puzzel op
Geen transaction fees (dus geen geldcreatie door minen)
Sneller & schaalbaarder dan blockchain
Doel: micropayments

IOTA (The Tangle)
153
Low load and high load

Initial Coin Offerings (ICO)
154https://www.economist.com/news/finance-and-economics/21721425-it-may-also-spawn-valuable-innovations-market-initial-coin-offerings
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
Crowdfunding door lanceren nieuwe cryptomunt
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

Conclusies
Het gaat over VERTROUWEN
• Veelbelovende technologie voor applicaties die
traditioneel vertrouwen vereisen in centrale partijen.
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, …)
155

Uitdagingen
=> Veel onderzoek om deze uitdagingen aan te pakken
Standaardisatie /
best practices
Sleutelbeheer &
bescherming end-
points
Rechsonzekerheid
Privacy &
confidentialiteit
Gebaseerd op
aantal aannames
Schaalbaarheid
Veiligheid Andere
Volatiliteit
wisselkoersen
156
Bugs in smart
contracts

Perspectief
158https://hbr.org/2017/01/the-truth-about-blockchain
“Hoewel de impact enorm zal zijn, zal het decennia
duren voor blockchain om in onze economische en
maatschappelijke structuren te sijpelen.”
Tijd nodig om economie te transformeren:
- TCP/IP: 30 jaar
- Elektriciteit: 20 jaar
Grondleggende technologie
Het heeft het potentieel om nieuwe fundamenten voor
ons economisch en sociaal systeem te creëren.
Toestand vandaag:
- 3-5 jaar eer volwassen
- 3% POCs in productie

Conclusies
160
H Y P E H Y P EU i t d a g i n g e n
Erg jonge technologie, in volle ontwikkeling

161
Dr. Kristof Verslype
Researcher, advisor & speaker
in crypto, privacy & blockchain tech
Q u e s t i o n s & C o n t a c t
© Benjamin Reay
@KristofVerslype
kristof.verslype@smals.be
be.linkedin.com/in/verslype
www.cryptov.net
www.smalsresearch.be
@SmalsResearch
www.smals.be
@Smals_ICT
Personal

Slides blockchain sessies Kristof verslype

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Slides blockchain sessies Kristof verslype

Similar to Slides blockchain sessies Kristof verslype (19)

More from Axxes IT Consultancy

More from Axxes IT Consultancy (6)

Slides blockchain sessies Kristof verslype