Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/20.500.14279/31965
Title: A Unified Approach to Assessing the Structural Resilience of Blockchain Overlay Networks
Authors: Paphitis, Aristodemos 
Keywords: Blockchain;P2P Networks;Measurement;Security;Resilience
Advisor: Sirivianos, Michael
Issue Date: 14-Sep-2023
Department: Department of Electrical Engineering, Computer Engineering and Informatics
Faculty: Faculty of Engineering and Technology
Abstract: Blockchains have gained significant attention for their unique properties, such as immutability, public verifiability, and decentralization. These attributes have generated interest in both the software industry and the research academia, sparking enthusiasm for blockchain-based applications. The success of Bitcoin has showcased the potential of blockchain technology, and its distinct features are expected to revolutionize various industries and disrupt sectors that rely on centralized third parties. Blockchain systems operate through peer-to-peer (P2P) networks, which play a crucial role in ensuring consensus and data propagation. The security and correctness of blockchain applications hinge on the resilience of these P2P networks. In this thesis, we dive into the structural properties of seven distinct blockchain networks, focusing on the implications of their characteristics for network resilience. Our study reveals vulnerabilities to targeted attacks and uncovers hidden interconnections among networks, emphasizing the importance of strengthening network defenses. To overcome the challenge of accurate topology inference, we introduce a simple yet effective approach. Using the node advertisements shared by the network nodes, we construct connectivity graphs that include any potential connections between peers. Our methodology captures both actual and potential connections, improving our understanding of blockchain P2P networks and their structural characteristics. Furthermore, we avoid classifying nodes and links according to their role or position in the network. Instead, we adopt a unified network model, streamlining the analysis and enabling the identification of shared structural vulnerabilities present in diverse network configurations across various blockchain systems. Addressing these vulnerabilities can lead to improved network resilience. Our findings shed light on the dynamic nature of blockchain overlay networks and their susceptibility to targeted attacks. We observe variations in the distribution of session lengths over time and a strong correlation between a node’s uptime and its degree. We highlight the importance of considering network implementation in blockchain systems and the need for tailored solutions to enhance security and resilience.
Description: Οι αλυσίδες συστοιχιών, ή blockchains, έχουν τραβήξει το ενδιαφέρον τόσο της βιομηχανίας όσο και της επιστημονικής κοινότητας. Αυτό οφείλεται στις μοναδικές τους ιδιότητες που είναι η μη δυνατότητα τροποποιήσης ως προς το ιστορικό τους, η δημόσια επαλήθευση και η αποκέντρωση. Η επιτυχία του Bitcoin έχει αναδείξει τη δυνατότητα της τεχνολογίας και αναμένεται ότι τέτοια συστήματα θα φέρουν ραγδαίες αλλαγές και επαναστατικές λύσεις σε διάφορους κλάδους και τομείς που παραδοσιάκα βασίζονται σε κεντρικές δομές. Τα συστήματα Blockchain λειτουργούν μέσω δικτύων ομότιμων χρηστών (P2P), τα οποία διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην εξασφάλιση της συναίνεσης και της διάδοσης των δεδομένων. Η ασφάλεια και η ορθότητα των εφαρμογών blockchain εξαρτώνται από την ανθεκτικότητα αυτών των P2P δικτύων. Σε αυτήν τη διατριβή, εξετάζουμε τις δομικές ιδιότητες επτά διαφορετικών δικτύων blockchain, και επικεντρωνόμαστε στις επιπτώσεις των χαρακτηριστικών τους για την ανθεκτικότητα του δικτύου. Η μελέτη μας αποκαλύπτει ευπάθειες σε στοχευμένες επιθέσεις και φέρνει στο φως κρυμμένες διασυνδέσεις μεταξύ των δικτύων, επισημαίνοντας τη σημασία της ενίσχυσης της άμυνας του δικτύου. Παρουσιάζουμε μια απλή αλλά αποτελεσματική προσέγγιση η οποία δεν απαιτεί την ακριβή εκτίμηση της τοπολογίας του δικτύου. Χρησιμοποιώντας λειτουργίες του P2P πρωτοκόλλου, κατασκευάζουμε γράφους συνδεσιμότητας που περιλαμβάνουν όλες τις πιθανές συνδέσεις μεταξύ των συμμετεχόντων κόμβων. Η μεθοδολογία μας καταγράφει τόσο τις πραγματικές όσο και τις πιθανές συνδέσεις, βελτιώνοντας την κατανόηση των blockchain P2P δικτύων και των δομικών τους χαρακτηριστικών. Τα ευρήματά μας ρίχνουν φως στη δυναμική φύση των P2P δικτύων που στηρίζουν συστήματα blockchain καθώς και την ευπάθεία τους σε στοχευμένες επιθέσεις.
URI: https://hdl.handle.net/20.500.14279/31965
Rights: Attribution-NonCommercial 4.0 International
Type: PhD Thesis
Affiliation: Cyprus University of Technology 
Appears in Collections:Διδακτορικές Διατριβές/ PhD Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Thesis_ArisPaphitis_2023.pdfFulltext7.32 MBAdobe PDFView/Open
CORE Recommender
Show full item record

Page view(s)

65
Last Week
1
Last month
1
checked on Sep 25, 2024

Download(s)

52
checked on Sep 25, 2024

Google ScholarTM

Check


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons