Reclaiming scalability and privacy in the decentralized setting

Abstract

The advent of blockchains has expanded the horizon of possibilities to novel decentralised applications and protocols that were not possible before. Designing and building such applications, be it for offering new ways for humans to interact or for circumventing the shortcomings of existing blockchains, requires analysing their security with a rigorous and multi-faceted approach. Indeed, the attack surface of decentralised, trustless applications is vastly more expansive than that of classical, server-client-based ones. Desirable properties such as security, privacy and scalability are attainable via established and widely applied approaches in the centralised case, where clients can afford to trust third party servers. Is it possible though for clients to self organize and attain these properties in use cases of interest without reliance on central authorities? We examine this question in the setting of a variety of blockchain-based applications. With an explicit aim of improving the state of the art and extending the limits of possible decentralised operations with precision and robustness, the present thesis explores, builds, analyses, and improves upon payments, content curation and decision making.

Η έλευση των blockchains έχει διευρύνει τον ορίζοντα των δυνατοτήτων σε νέες αποκεντρωμένες εφαρμογές και πρωτόκολλα που δεν ήταν δυνατά πριν. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση τέτοιων εφαρμογών, όπως η προσφορά νέων τρόπων ανθρώπινης αλληλεπίδρασης ή η παράκαμψη των μειονεκτημάτων των υπάρχοντων blockchains, απαιτεί την ανάλυση της ασφάλειάς τους με σχολαστική και πολύπλευρη προσέγγιση. Πράγματι, η επιφάνεια επίθεσης αποκεντρωμένων εφαρμογών χωρίς εμπιστοσύνη είναι μακράν πιο ευρεία από εκείνη των κλασικών εφαρμογών με δομή πελάτη-διακομιστή. Επιθυμητές ιδιότητες όπως η ασφάλεια, η ιδιωτικότητα και η κλιμάκωση είναι εφικτές μέσω εγκαθιδρυμένων και ευρέως εφαρμοσμένων προσεγγίσεων στην περίπτωση κεντροποιημένων συστημάτων, στην οποία οι πελάτες μπορούν να εμπιστευθούν τρίτους διακομιστές. Είναι όμως δυνατό για τους πελάτες να αυτοοργανωθούν και να επιτύχουν αυτές τις ιδιότητες σε ενδιαφέρουσες περιπτώσεις χρήσης χωρίς να βασίζονται σε κεντρικές αυθεντίες; Εξερευνούμε αυτό το ερώτημα στο περιβάλλον ποικίλων εφαρμογών που βασίζονται σε blockchains. Με εκπεφρασμένο το στόχο βελτίωσης της κατάστασης της επιστήμης και επέκτασης των ορίων των δυνατών αποκεντρωμένων διεργασιών με ακρίβεια και ευρωστία, η παρούσα διατριβή εξερευνεί, χτίζει, αναλύει και βελτιώνει τις πληρωμές, την εφόρευση περιεχομένου και τη λήψη αποφάσεων.