Blockchains lovar stora öppna Internetprogram som är organiserade decentralt, men detta kommer till priset av långsam prestanda för varje transaktion som bearbetas av systemet. Kryptografiforskare som arbetar med professor Sebastian Faust har uppnått global medvetenhet med sitt tillvägagångssätt för att underlätta transaktioner i realtid med hjälp av blockchains som Ethereum.

Att betala med kreditkort är en snabb process:pengaöverföringen slutförs bara några sekunder efter att kunder placerat ett kort i en läsare eller angett sina uppgifter online. Denna process gör det möjligt för ett centralt organiserat företag som Visa att hantera över 50, 000 transaktioner per sekund vid rusningstider. Med hjälp av en kryptovaluta som Bitcoin, där transaktioner behandlas lokalt via en blockchain, högst sju transaktioner kan bearbetas per sekund - en enorm skillnad som i hög grad hindrar tillämpningen av tekniken. Ännu värre, det kan också ta flera minuter att behandla en enda transaktion. Dessa nackdelar gäller inte bara Bitcoin. Ännu mer komplexa applikationer som bearbetas med smarta kontrakt över Ethereum är också dyra och långsamma.

Ändå är blockchain designad för just dessa fall. Varje användare kan ladda upp och distribuera något via en blockchain, och vem som helst kan bli en del av det. Det är decentraliserat, neutral och effektivt den perfekta kombinationen av mellanhand och domare - men det är också långsamt. Att interagera med det billigt och i realtid-det är Sebastian Fausts vision, Professor i tillämpad kryptografi, och hans team. Utmaningen är att prestandahöjningen inte får ske på bekostnad av säkerheten. Forskningen är en del av Collaborative Research Center CROSSING, som stöds av German Research Foundation.

En blockchain är en kedja av block som innehåller tillståndet för det decentraliserade systemet. Vid en valuta som Bitcoin, detta skulle vara betalningstransaktioner:vem betalar vem hur mycket. Varje block innehåller också en så kallad hash av all data i blocket, ett slags fingeravtryck av data. Om någon av uppgifterna ändras, detta ändrar hashvärdet. Vidare, varje block innehåller en kryptografisk hash av föregående block. Detta resulterar i en länkad kedja. Ett nytt Bitcoin -block skapas av en nätverksdeltagare - känd som en gruvarbetare - i genomsnitt var tionde minut. Detta block kontrolleras sedan av alla andra deltagare och accepteras som ett nytt block i kedjan om alla transaktioner och beräkningar är korrekta. Detta gör blocket till en del av blockchain, baserat på vilket alla gruvarbetare försöker hitta nästa block. Om blocket är felaktigt ignoreras det. En transaktion i ett block accepteras endast om den har publicerats i blockchain och helst bekräftats av flera block, vanligtvis sex. Detta förhindrar att en angripare kan publicera felaktiga transaktioner eller block. Även om denna process erbjuder starka säkerhetsgarantier är en av dess främsta brister att användarna kan behöva vänta upp till 60 minuter för att bekräfta nya transaktioner.

Mer komplexa transaktioner med smarta kontrakt

Smarta kontrakt gör det möjligt för deltagare att genomföra transaktioner som är betydligt mer komplexa än enkla betalningar. Dessa komplexa regler kan skrivas på ett programmeringsspråk, där betalningar sedan utförs beroende på kodens utförande. "Det här är kontrakt som behandlas av blockchain, ”förklarar Sebastian Faust.” Smart betyder att kontrakten innehåller logiska förutsättningar. Om, till exempel, någon vill sälja en fil online, då innehåller det smarta kontraktet villkoret att pengarna inte betalas förrän rätt fil har levererats. "Detta sker automatiskt, vilket är säkert för båda parter. Pengarna stannar kvar i blockchain tills filen skickas, men säljaren kan inte spendera det någon annanstans.

Ett annat exempel på smarta kontrakt är applikationer för kommunikation mellan autonoma fordon. Vissa lastbilar kan köra autonomt på vägar. Dock, de är dyra eftersom de kräver en stor mängd sensorteknik. En halvautonom lastbil kan inte köra själv, men kan styras av en autonom. För att detta ska fungera, föraren av den halvautonoma lastbilen skulle behöva ingå avtal med den autonoma. Föraren kunde sova under denna tid utan att behöva ta en paus för att specifikt göra det. Ett smart kontrakt kan göra allt detta om det inte skulle vara problemet att blockchain för närvarande är för långsam för snabba transaktioner på vägen.

"Vår idé är inte att flytta allt till blockchain, "säger Faust. Detta innebär att kontrakt först genomförs direkt mellan de berörda parterna och endast i händelse av tvist använder parterna den dyra blockchain -mekanismen." "Det är lite som att vara i rätten, "säger Faust." Eftersom processerna i domstol är långsamma och kostsamma, parter går bara dit om de inte kan enas sinsemellan. "Fördelen med detta tillvägagångssätt är skalbarhet. Eftersom tvister är ett undantag i det dagliga livet, tusentals kontrakt skulle kunna genomföras i realtid, vilket minskar belastningen på blockchain avsevärt.

Komplexa datorprogram kan också innehålla dödliga säkerhetsproblem. "Smarta kontrakt genomförs ofta felaktigt, vilket gör det svårt att garantera att de fungerar korrekt när de är integrerade i ett större system, "säger Sebastian Faust. Ett framträdande exempel är fallet med" The DAO "smarta kontraktet. I" DAO "kunde en hackare använda ett programmeringsfel för att stjäla kryptovaluta värd 50 miljoner dollar. Ett av huvudmålen med forskning som bedrivs vid TU Darmstadt är att förbättra effektiviteten hos blockchainsystem samtidigt som man erbjuder starka säkerhetsgarantier.

Att utveckla de kryptografiska protokollen för dessa processer är ett komplext företag. Forskarna måste definiera protokollen som drivs av de olika parterna samt de underliggande smarta kontrakten. En särskild utmaning är att minimera interaktionen med blockchain, samtidigt som protokollets säkerhet måste garanteras. Med hjälp av formella modeller från kryptografi har forskarna bekräftat protokollens säkerhet. Nästa steg är nu att släppa Perun -systemet som en öppen källkodsprogramvara, och integrera blockchainsystem som skiljer sig från Ethereum.

Systemet kallas Perun - efter den slaviska guden av åska och belysning. Och de hade en inverkan:resultaten fick stor uppmärksamhet, både från det akademiska säkerhetssamhället och från företag som Bosch och Ethereum Foundation, vars blockchain stöder smarta kontrakt.