Blockkedjor har blivit en viktig del av internettekniken. De används för kryptovalutor som Bitcoin, men även för andra säkerhetskänsliga uppgifter, som att hantera leveranskedjor för högteknologiska fabriker. Även om blockkedjor från början ansågs vara den heliga gralen för säkerhet och integritet i offentligt informationsutbyte, det visade sig att de faktiskt inte håller det löftet.

Med tanke på detta tillstånd, Security and Privacy Group vid TU Wien (Wien) lanserade ett blockchain-forskningslabb i september 2018. Under de senaste månaderna, labbet har redan varit extremt framgångsrikt:Pedro Moreno-Sanchez, labbledaren, som började på TU Wien 2018 efter att ha tagit sin Ph.D. från Purdue University, har samlat in 820, 000 Euro från några av världens ledande blockkedjeföretag; han har vunnit det prestigefyllda FWF Lise Meitner Fellowship; och, kanske viktigast av allt, han kom med grundläggande vetenskapliga genombrott:Två stora säkerhets- och integritetsproblem inom blockchain-teknologier har lösts genom nya kryptografiska tekniker utvecklade vid TU Wien. Dessa lösningar har redan implementerats av de ledande leverantörerna av Bitcoin-programvara och används för att utföra tusentals transaktioner varje dag.

Coinshuffle och Lightning Networks

Varje Bitcoin-transaktion publiceras på blockchain, som kan läsas av alla. Detta är viktigt för att se till att alla transaktioner är verifierade och, i sista hand, alla deltagare kommer överens om vilken summa pengar som tillhör vem. Men detta strider mot integriteten. "I princip, Bitcoin blockchain är anonym, eftersom den inte innehåller några namn, bara användar-ID, " säger Moreno-Sanchez. "Men om jag får reda på vilket Bitcoin-ID som tillhör dig, Jag kan lätt se vad du gjorde tidigare, och jag kan övervaka dina transaktioner i framtiden."

En återförsäljare som levererar varor till sina kunders hemadresser och som betalas med Bitcoin kan enkelt matcha namn, adresser och Bitcoin-ID. "Det finns till och med företag som erbjuder den här typen av spårning som en betaltjänst, säger Moreno-Sanchez.

Men detta är på väg att förändras:Moreno-Sanchez och hans team har utvecklat "Coinshuffle, " ett mjukvaruverktyg som enkelt kan läggas till befintlig blockchain-teknik, som Bitcoin. Coinshuffle samlar in flera transaktioner från olika användare och slår samman dem, skapa en enda Bitcoin-transaktion, samtidigt som man ser till att alla deltagare får rätt summa pengar.

Efter transaktionen, den fullständiga listan över ID:n som deltog i denna transaktion visas i den publicerade blockkedjan, men ingen kan säga vem skickade pengar till vem. "Vi kunde ge ett formellt bevis på att den här tekniken är säker, " säger Pedro Moreno-Sanchez. "Inte ens de personer som delar den enstaka Bitcoin-transaktionen har en chans att bryta anonymiteten – detta är ett matematiskt bevisat faktum."

Ett annat problem som Bitcoin står inför är skalbarhet:det stora antalet transaktioner kan knappast hanteras längre. Därför, Lightning-nätverket har utvecklats:Det är en teknik som gör det möjligt för affärspartners som ofta byter Bitcoins att hantera dessa transaktioner privat sinsemellan, utan att skapa en Bitcoin-transaktion som måste publiceras över hela världen. Först när de två partnerna kommer överens om att avsluta sin serie av transaktioner, det återstående saldot regleras med en vanlig Bitcoin-transaktion.

"Alla brukade tro att detta förbättrar integriteten, " säger Pedro Moreno-Sanchez. "Men vi fick reda på att detta inte är sant. Systemet kunde till och med utnyttjas för att stjäla pengar från andra." Men teamet på TU Wien var snabba med att identifiera och lösa detta problem, föreslår ett innovativt kryptografiskt protokoll som redan har integrerats i Lightning-nätverket.

Att förvandla grundforskning till fungerande lösningar

Både Coinshuffle och det nya kryptografiska protokollet för Lightning-nätverk har snabbt väckt uppmärksamheten hos ledande blockkedjeföretag. "Precis som det finns flera stora företag som utvecklar webbläsare, det finns flera stora leverantörer av blockchain-mjukvara. Vi pratade med dem och de har redan implementerat våra lösningar, " säger Moreno-Sanchez. "Så tusentals Bitcoin-transaktioner utförs varje dag över hela världen, med hjälp av den säkerhets- och integritetsförbättrande tekniken som designats och utvecklats här på TU Wien."

"Vi är mycket glada över att ha vårt eget blockchain-forskningslabb här på TU Wien, och det är häpnadsväckande hur snabbt det tog fart och gav ganska fantastiska resultat, " säger professor Matteo Maffei, ledare för säkerhets- och integritetsgruppen vid Institutet för logik och beräkningar vid TU Wien. "Pedro Moreno-Sanchez och hans team har inte bara varit otroligt framgångsrika med att samla in pengar från teknikföretag och leverera användbara lösningar, de har också vunnit internationellt hyllning inom den akademiska världen. Deras resultat har presenterats vid de mest prestigefyllda vetenskapliga konferenserna inom säkerhet och integritet."