ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΑΣΤΕΡΙΟΣ ΜΠΑΚΑΒΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΟΧΕΥΣΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗΣ ΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΣΥΝΑΛΛΑΓΩΝ ΤΟΥ BITCOIN ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Επιβλέπουσα: Αθηνά Βακάλη, Καθηγήτρια ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ Οκτώβριος 2014

2 2

3 ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI FACULTY OF SCIENCES SCHOOL OF INFORMATICS ASTERIOS BAKAVOS ANALYSIS OF USAGE MOTIVES AND ECONOMIC ACTIVITY IN THE BITCOIN TRANSACTION NETWORK MSc THESIS Supervisor: Athena Vakali, Professor THESSALONIKI October 2014

4 2

5 Αστέριος Μπάκαβος Α.Π.Θ Τίτλος Μεταπτυχιακής Εργασίας: Μελέτη Στόχευσης Χρήσης και Ανάλυση Οικονομικής ραστηριότητας στο ίκτυο Συναλλαγών του Bitcoin MSc Thesis Title: Analysis of Usage Motives and Economic Activity in the Bitcoin Transaction Network 1

6 Στους γονείς μου Μίλτο και Μαρία, Στα αδέρϕια μου Εύα και Αντώνη, Στη Μαρία και σε όλους τους ϕίλους μου για την υπομονή τους 2

7 Abstract The financial Crisis eroded citizens trust in the bank sector, and thus created the need for a global digital currency that would not rely on trusted third parties in order to process electronic payments. Based on an open source, peer-to-peer network, Bitcoin has witnessed considerable popularity and endeavors to turn into the most important economic revolutions of our time. This thesis aims at the analysis of Bitcoin network transactions, which are publicly stored in a blockchain, and at the presentation and analysis of Bitcoin Communities, a community oriented dataset generated by combining address clustering techniques and web based data collection. By utilizing Bitcoin Communities, this work seeks to better determine and evaluate the importance of major communities in the Bitcoin network. We propose a definition and identification approach for saving accounts, i.e. addresses without participation as transaction inputs, and analyze their activity characteristics. We discover a noticeable correlation between the number of saving accounts and the Bitcoin market price, and we focus on wealth distribution in terms of the different network entities. We finally correlate basic financial network measures and introduce a regression model for the prediction of the Bitcoin market price. 3

8 Περίληψη Ο κλονισμός της αξιοπιστίας των κυρίαρχων οικονομικών οργανισμών οδήγησε στη γέννηση ενός παγκόσμιου ψηϕιακού νομίσματος το οποίο δεν εξαρτάται από κάποια έμπιστη τρίτη αρχή για την διεκπεραίωση των συναλλαγών. Το Bitcoin είναι ένα ψη- ϕιακό νόμισμα το οποίο βασίζεται σε ένα ανοιχτού κώδικα peerto-peer δίκτυο. Ενώ η κατοχή των νομισμάτων είναι ως ένα βαθμό ανώνυμη, η διακίνησή τους είναι δημόσια προσβάσιμη. Αξιοποιώντας το ιστορικό συναλλαγών του Bitcoin, η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στον εντοπισμό και την ανάλυση της δραστηριότητας των σημαντικότερων κοινοτήτων του οικοσυστήματος του Bitcoin. Ο όρος κοινότητα αναϕέρεται εδώ σε ομάδες από οντότητες, δηλαδή σε χρήστες ή ομάδες χρηστών με κοινά γνωρίσματα. Σε αυτό το πλαίσιο παρουσιάζεται το Bitcoin Communities, ένα σύνολο δεδομένων που αϕορά σε οντότητες που ανήκουν σε μία ή περισσότερες κοινότητες και δημιουργήθηκε από το συνδυασμό τεχνικών ομαδοποίησης διευθύνσεων και συλλογής επιπλέον πληροϕορίας οικονομικής δραστηριότητας και χρήσης του Bitcoin από διαδικτυακούς τόπους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση και η καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν τη χρήση του Bitcoin, και η ανάδειξη της χρησιμότητας του Bitcoin Communities για την εξαγωγή συμπερασμάτων βάσει της οικονομικής δραστηριότητας στο Bitcoin. Στα πλαίσια της διπλωματικής, ορίζονται οι λογαριασμοί αποταμίευσης, που αποτελούν ουσιαστικά διευθύνσεις οι οποίες δεν συμμετέχουν ως είσοδοι σε κάποια συναλλαγή, και προτείνεται μια μεθοδολογία για τον εντοπισμό τους. ιερευνάται η συσχέτιση της δραστηριότητας των λογαριασμών αποταμίευσης με την τιμή του Bitcoin και δίνεται ιδιαίτερη σημασία στη διανομή του πλούτου σε επίπεδο οντότητας. Με αυτόν τον τρόπο διευκρινίζεται το κατά πόσο η διανομή του πλούτου, τόσο στο σύνολο του δικτύου όσο και στο εσωτερικό των επιμέρους κοινοτήτων, πραγματοποιείται από το σύνολο ή από μικρή ομάδα κυρίαρχων οντοτήτων. Τέλος, μελετάται η συσχέτιση εννιά βασικών μέτρων γύρω από την οικονομική δραστηριότητα του δικτύου και προτείνεται ένα μοντέλο παλινδρόμησης για την πρόβλεψη της τιμής του νομίσματος. 4

9 Ευχαριστίες Σημαντική βοήθεια στην πραγματοποίηση αυτού του τόσο όμορϕου και απαιτητικού ταξιδιού προσέϕερε η Καθηγήτρια κ.αθηνά Βακάλη, την οποία ευχαριστώ για την στήριξή, την εμπιστοσύνη και την εστίαση στις λεπτομέρειες. Θέλω επίσης να ευχαριστήσω την Υποψήϕια ιδάκτορα του τμήματός μας Μαρία Γιάτσογλου για τις ιδέες και τον χρόνο που αϕιέρωσε, καθώς και για τα πολύτιμα ερευνητικά ερωτήματα που έθεσε. Αστέριος Μπάκαβος Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος

10 Περιεχόμενα 1 Το ψηϕιακό νόμισμα Bitcoin Ιστορία του Bitcoin Εξέλιξη της τιμής του Bitcoin Λειτουργικότητα του Bitcoin Το πρόβλημα της διπλής χρήσης του ίδιου νομίσματος (Double spending) ίκτυο συναλλαγών Μέθοδος πιστοποίησης (Proof of work) Εξόρυξη (Mining) των blocks Επισκόπηση ερευνητικής δραστηριότητας ιερεύνηση της ανωνυμίας των συναλλαγών στο Bitcoin Ανάλυση της ασϕάλειας του δικτύου Bitcoin Οικονομική διάσταση του Bitcoin Εϕαρμογή της θεωρίας του Bitcoin σε άλλους τομείς Πρόβλεψη της τιμής του Bitcoin Σχετικά εργαλεία και συστήματα Μέτρα αποτίμησης της δραστηριότητας στο Bitcoin Μέτρα βάσει του γράϕου των συναλλαγών Μέτρα βάσει της έντασης/εξέλιξης της δραστηριότητας Συνεισϕορά της εργασίας στην ερευνητική δραστηριότητα σχετικά με το Bitcoin Κατηγοριοποίηση χρηστών σε κοινότητες Παρουσίαση του Bitcoin Communities συνόλου δεδομένων Ανάλυση οικονομικής δραστηριότητας στο Bitcoin ιανομή πλούτου Λογαριασμοί αποταμίευσης και πρόβλεψη της τιμής 45 4 Το Εργαλείο Bitcoin Abe και το Σύνολο εδομένων Bitcoin Communities Γενική περιγραϕή εργαλείου για τη δημιουγία του Bitcoin Communities Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων σε κοινότητες Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων ως donations Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων ως mining pools Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων μέσω των αρχικών διευθύνσεων του bitiodine

11 4.3 Υπάρχοντα εργαλεία συλλογής δεδομένων bitcoin συναλλαγών ημιουργία συνόλου δεδομένων μέσω εργαλείου Bitcoin Transaction Network Extraction ημιουργία συνόλου δεδομένων μέσω εργαλείου Bitcoin Abe Επέκταση του σχήματος του Bitcoin Abe Πίνακας Entity Index Πίνακας User Edge Πίνακας Mining Pool Πίνακας Donation Πίνακας Tx with two outputs Πίνακας Self Changed Πίνακας Public Key Appearence (Pk Appear) Πίνακας Shadow Address Πίνακας Advance Shadow Επισκόπηση του επεκταμένου σχήματος του Bitcoin Abe Παρουσίαση του συνόλου δεδομένων Bitcoin Communities Συμπεράσματα από την ανάλυση του Bitcoin Communities 89 5 Ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας και πρόβλεψη της τιμής Saving accounts: Οι λογαριασμοί αποταμίευσης στο Bitcoin Συσχέτιση των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται και της τιμής του νομίσματος Κοινότητες χρηστών και λογαριασμοί αποταμίευσης Γενικά συμπεράσματα για τους λογαριασμούς αποταμίευσης ιανομή του πλούτου στους χρήστες και τις κοινότητες του Bitcoin Ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας και πρόβλεψη της αξίας του Βitcoin Μέτρα αποτίμησης της οικονομικής δραστηριότητας Ανάλυση Παραγόντων ημιουργία του μοντέλου παλινδρόμησης για την πρόβλεψη της τιμής του Bitcoin Συμπεράσματα σχετικά με το μοντέλο παλινδρόμησης που παρουσιάστηκε και μελλοντική έρευνα 123 7

12 6 Γενικά συμπεράσματα και μελλοντικές επεκτάσεις Παράρτημα 129 Κατάλογος σχημάτων 1 Η επιρροή του κλεισίματος του silkroad στην τιμή του Bitcoin έναντι του Αμερικάνικου δολαρίου από το 2010 έως το Πηγή: coindesk.com[28] Τα κυριότερα γεγονότα στην ιστορία του Bitcoin Η τιμή του BTC έναντι του Αμερικάνικου δολαρίου από το 2010 έως το Πηγή blockchain.info[22] Τρόπος λειτουργίας του Bitcoin Συναλλαγή μεταξύ δύο χρηστών Η τιμή της συνάρτησης κόστους σε σχέση με τον χρόνο. Πηγή blockchain.info[22] Το blockchain Συναλλαγή με πολλαπλές διευθύνσεις εισόδου Συναλλαγή με πολλαπλές διευθύνσεις εξόδου Συναλλαγή με πολλαπλές διευθύνσεις εισόδου και εξόδου Παράδειγμα μοτίβου όπου ο υπογράϕος των συναλλαγών ακολουθεί την Binary Tree-Like κατανομή. Πηγή: Blockchain.info[22] Ο συνολικός όγκος των συναλλαγών ανά ημέρα. Πηγή: Blockchain.info[22] Bitcoin Days Destroyed ανά ημέρα. Πηγή: Blockchain.info[22] Η συνολική εικόνα του συστήματος που αναπτύχθηκε Το υποσύστημα που περιλαμβάνει την συλλογή των διευθύνσεων που ανήκουν σε κοινότητες Οι 15 donation οντότητες με βάση τον αριθμό συναλλαγών εισόδου και εξόδου Οι mining pool οντότητες σε σχέση με τον αριθμό δημοσίων κλειδιών και τα έσοδα από την επιβράβευση εύρεσης ενός block Οι οντότητες που κατηγοριοποιήθηκαν σε κάποια κοινότητα του Bitiodine Το σύνολο των BTCs που δέχτηκε και έστειλε μία οντότητα που ανήκει στις κοινότητες του Bitiodine Οι πίνακες που διαμορϕώνονται κατά την εισαγωγή των δεδομένων σε μία σχεσιακή βάση δεδομένων

13 21 Οι πίνακες που διαμορϕώνει το Bitcoin Abe κατά την εισαγωγή των δεδομένων στην Postgres βάση δεδομένων Το υποσύστημα που περιλαμβάνει την Bitcoin abe βάση δεδομένων πλαισιωμένη από τους επιπλέον πίνακες που υλοποιήθηκαν Οι πίνακες που δημιουργήθηκαν για να εμπλουτίσουν το σχήμα του Bitcoin Abe Η κατανομή των οντοτήτων ανά κοινότητα Το σύνολο των δημοσίων κλειδιών που διαθέτει η κάθε κοινότητα Ο συνολικός αριθμός συναλλαγών εξόδου ανά κοινότητα Ο συνολικός αριθμός συναλλαγών εισόδου ανά κοινότητα Ο συνολικός όγκος συναλλαγών εξόδου ανά κοινότητα Ο συνολικός όγκος συναλλαγών εισόδου ανά κοινότητα Τα χαρακτηριστικά του Bitcoin Communities ανά κατηγορίες Το διάγραμμα ροής του Saving Accounts Exrtractor Λογαριασμοί αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν Λογαριασμοί αποταμίευσης που προστέθηκαν Ιστόγραμμα λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν Ιστόγραμμα λογαριασμών αποταμίευσης που προστέθηκαν Συσχέτιση του αριθμού λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν με την τιμή του BTC Αντιπαραβολή της μεταβολής της τιμής του BTC και του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται στο χρόνο Η αντιπαραβολή της μεταβολής της τιμής του BTC και των λογαριασμών αποταμίευσης στις 10/06/ Η αντιπαραβολή της μεταβολής της τιμής του BTC και των λογαριασμών αποταμίευσης στις 09/04/ Το ποσοστό των λογαριασμών αποταμίευσης ανά κοινότητα Οι Gini συντελεστές ανά χρονική περίοδο Το σύνολο των Bitcoins που έστειλαν οι gambling οντότητες σε σχέση με το σύνολο των συναλλαγών αποστολής Ιστόγραμμα του μέτρου Bitcoin Days Destroyed Ιστόγραμμα του συνολικού όγκου συναλλαγών ανά ημέρα Ιστόγραμμα του συνολικού όγκου συναλλαγών χωρίς τα ρέστα συναλλαγών ανά ημέρα

14 46 Η εξαγωγή των παραγόντων και η συμμετοχή τους στη συνολική διασπορά Οι ιδιοτιμές των παραγόντων Τα ϕορτία των μεταβλητών στους παράγοντες Κατάλογος πινάκων 1 Οι οντότητες και τα κλειδιά ανά στάδιο επεξεργασίας Ο Gini In συντελεστής ανά κοινότητα O Gini Out συντελεστής ανά κοινότητα

15 1 Το ψηϕιακό νόμισμα Bitcoin Η ραγδαία ανάπτυξη των διαδικτυακών πληροϕοριακών συστημάτων έδωσε το έναυσμα για την δημιουργία εναλλακτικών εργαλείων με στόχο την επίλυση προβλήματα που απασχολούν την ανθρωπότητα εδώ και δεκάδες αιώνες. Ένα μείζον πρόβλημα που απασχολεί ιδιαίτερα την κοινωνία είναι οι οικονομικές συναλλαγές. Μέχρι πρόσϕατα, οι συναλλαγές τόσο στο διαδίκτυο, όσο και έξω από αυτό, διεκπεραιώνονταν αποκλειστικά με νόμισμα που εκδίδουν και πιστοποιούν έγκυροι οργανισμοί. Με βασικότερο κίνητρο την απαγκίστρωση από κάθε τρίτο οργανισμό πιστοποίησης, καθώς η αξιοπιστία των τελευταίων έχει κλονιστεί, γεννήθηκε η ιδέα ενός ηλεκτρονικού συστήματος το οποίο βασίζεται στην κρυπτογραϕία και του οποίου η λειτουργία δεν επηρεάζεται από κάποιον οργανισμό. Το Bitcoin είναι ένα μηκεντρικοποιημένο ηλεκτρονικό σύστημα συναλλαγών, το οποίο βασίζεται σε ένα ανοιχτού κώδικα δίκτυο ομότιμων κόμβων (peer-to-peer network). Σε αυτό το πλαίσιο, παρουσιάστηκε τον Νοέμβρη του 2008 το Bitcoin[3], από τον Satoshi Nakamoto, τα στοιχεία του οποίου είναι άγνωστα. Το κύριο πρόβλημα που εντοπίζεται αϕορά στις ηλεκτρονικές συναλλαγές και είναι η διαμεσολάβηση των οικονομικών οργανισμών ως έμπιστη αρχή. Ενώ αυτό το μοντέλο είναι αποτελεσματικό στην πλειοψηϕία των περιπτώσεων, πάσχει ωστόσο από εγγενείς αδυναμίες. Η ανάγκη παρουσίας της έμπιστης αρχής έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του κόστους των συναλλαγών, περιορίζοντας το ελάχιστο μέγεθος οικονομικής συναλλαγής, ενώ παράλληλα δυσχεραίνει τις πολύ μικρές, καθημερινές συναλλαγές. Στην εν λόγω εργασία προτείνεται η δημιουργία των Bitcoins (συντομογραϕία:btcs), τα οποία είναι ηλεκτρονικά νομίσματα, που δεν επικυρώνονται από καμία τράπεζα, οργανισμό ή κυβέρνηση, αλλά αντιθέτως βασίζονται σε ένα δίκτυο ομότιμων κόμβων, όπου μέσω πρωτοκόλλων κρυπτογράϕησης πραγματοποιείται η έκδοση, η μετα- ϕορά, η επικύρωση και η αποθήκευσή τους. Στόχος του Bitcoin είναι η υιοθέτησή του ως νόμισμα στις ηλεκτρονικές αγορές, όπου οι συναλλαγές θα πραγματοποιούνται άμεσα, χωρίς την παρέμβαση κάποιας τρίτης αρχής, καθώς τη θέση αυτής της αρχής θα πάρει η κρυπτογραϕία. Συγκεκριμένα, στο Bitcoin οι συναλλαγές πιστοποιούνται με κρυπτογραϕική απόδειξη, μέσω της υπολογιστικής ισχύς των χρηστών του δικτύου, οι οποίοι αναϕέρονται με τον όρο miners. 11

16 Οι ηλεκτρονικές συναλλαγές που πραγματοποιούνται με τη χρήση του Bitcoin, μπορούν να γίνουν τόσο στο επιϕανειακό Web (Surface Web), το οποίο αποτελείται από τις ιστοσελίδες που μπορούν να δεικτοδοτηθούν από τις σύγχρονες μηχανές αναζήτησης, όσο και στο αόρατο Web (Deep Web). Τα περιεχόμενα του αόρατου Web δεν εμϕανίζονται σε σχετικά ερωτήματα στις μηχανές αναζήτησης, επομένως η πρόσβαση σε αυτό προϋποθέτει συγκεκριμένο λογισμικό όπως το tor[14] 1. Το αόρατο Web είναι επίσης τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από το επι- ϕανειακό Web[13]. Το tor είναι απόλυτα νόμιμο και χρησιμοποιείται για ανώνυμη περιήγηση στο διαδίκτυο. Επίσης χρησιμοποιείται από δημοσιογράϕους για την περισυλλογή χρήσιμων πληροϕοριών, αλλά και από τον στρατό και την αστυνομία. Χρησιμοποιείται, τέλος, και για ανώνυμες συναλλαγές. Ένας μεγάλος όγκος συναλλαγών ύψους $1.2 δισεκατομμυρίων δολαρίων πραγματοποιούνταν μέχρι προσϕατα μέσω του silkroad. Το silkroad ήταν μία πλατϕόρμα αγοραπωλησιών μέσω διαδικτύου, η οποία ήταν προσβάσιμη μόνο μέσω tor και οι συναλλαγές πραγματοποιούνταν μόνο μέσω Bitcoins. εδομένου ότι το Bitcoin προσϕέρει μία σχετική ανωνυμία στις συναλλαγές, σε συνδυασμό με την ανωνυμία του tor, το silkroad προσέλκυσε εύκολα αρκετούς χρήστες που επιθυμούσαν ανώνυμες συναλλαγές αγαθών. Έρευνα έδειξε πως μεταξύ αυτών υπήρχαν χρήστες που αναζητούσαν παράνομα προϊόντα[12]. To silkroad έγινε μία από τις μεγαλύτερες ιστοσελίδες στο αόρατο web, συμβάλλοντας ουσιαστικά στην εξάπλωση της χρήσης του Bitcoin, αλλά και στην αύξηση της αξίας του. Τελικά λόγω των παράνομων αγοραπωλησιών που διεξάγονταν στο silkroad, στις 02/10/2013 το FBI προχώρησε στο κλείσιμό του, συλλαμβάνοντας τον ιδιοκτήτη του Ross Ulbricht, γνωστό με το ψευδώνυμο the Dread Pirate Roberts, και κατάσχοντας Bitcoins, περίπου το 1.5% των συνολικών Bitcoins που κυκλοϕορούσαν εκείνη την περίοδο[32]. Αυτή η κίνηση, όπως ήταν ϕυσικό, επηρέασε την αξία του Bitcoin, η οποία σημείωσε πτώση $25. Η τιμή του Bitcoin όμως επανήλθε γρήγορα στο προηγούμενα επίπεδα. Το Σχημα 1 παρουσιάζει την επιρροή που άσκησε το κλείσιμο του silkroad στην τιμή του Bitcoin. 1 Το tor είναι ένα κατανεμημένο δίκτυο που προσϕέρει ανωνυμία σε εϕαρμογές που βασίζονται στο TCP, όπως web browsing και instant messaging. 12

17 Σχήμα 1: Η επιρροή του κλεισίματος του silkroad στην τιμή του Bitcoin έναντι του Αμερικάνικου δολαρίου από το 2010 έως το Πηγή: coindesk.com[28] 1.1 Ιστορία του Bitcoin Προπομποί του Bitcoin αποτέλεσαν πολλά συστήματα, αρχής γενομένης με την εργασία του Medvinsky et al.[1] που δημοσιεύτηκε το 1993 και που έθεσε τα θεωρητικά θεμέλια για τη δημιουργία ενός ηλεκτρονικού συστήματος συναλλαγών. Το 1997, ο Adam Back δημοσιεύει το hashcash[20] 2. Αξίζει να σημειωθεί ότι το Bitcoin χρησιμοποιεί το hashcash για να επικυρώσει τις συναλλαγές που πραγματοποιούνται στο δίκτυο. Ένα χρόνο μετά, ο Wei Dai δημοσιεύει το b-money[19], ένα σύστημα βασισμένο στην κοινότητα των χρηστών, όπου η κεντρική αρχή είναι απούσα. Το Σχήμα 2 παρουσιάζει τα σημαντικότερα γεγονότα στην ιστορία του Bitcoin, από την δημοσίευση της σχετικής εργασίας από τον Satoshi Nakamoto, μέχρι τον Ιούνιο του 2014, όταν το σημαντικότερο mining pool, το GHash ϕτάνει στο σημείο να διαθέτει το 51% της συνολικής ισχύς του δικτύου. Τα γεγονότα αυτά τα αναλύουμε στη συνέχεια. 2 Το hashcash είναι ουσιαστικά μία μέθοδος πιστοποίησης (proof-of-work function) η οποία χρησιμοποιεί μία αντίστροϕη συνάρτηση κατακερματισμού για να επικυρώσει μία συναλλαγή 13

18 Σχήμα 2: Τα κυριότερα γεγονότα στην ιστορία του Bitcoin. Στη 1 Νοεμβρίου του 2008, ο χρήστης, ή ομάδα χρηστών, με το όνομα Satoshi Nakamoto δημοσιεύουν μία εργασία στη λίστα αλληλογραϕίας σχετική με την κρυπτογραϕία [30], όπου περιγράϕεται η σχεδίαση του Bitcoin, και στη συνέχεια δημοσιεύεται το Bitcoin ως ένα σύστημα ανοιχτού λογισμικού. Το πρώτο block από Bitcoins δημιουργείται στις 3 Ιανουαρίου του 2009 και η εξόρυξη του γίνεται από τον Satoshi Nakamoto, για την ανταμοιβή των 50 Bitcoins (BTCs). Το συγκεκριμένο block αναϕέρεται και ως genesis block. 6 μέρες μετά πραγματοποιείται η πρώτη συναλλαγή στο Bitcoin, 14

19 με παραλήπτη τον Ηai Finney, και αποστολέα τον Satoshi Nakamoto. Το πρώτο market για Bitcoins ανοίγει στις 6 Φεβρουαρίου 2010 από τον χρήστη dwdollar[13]. Αυτή η κίνηση θα προσδώσει την απαιτούμενη εξωστρέϕεια στο νόμισμα, και πλέον το συγκεκριμένο σύστημα θα αρχίσει να απασχολεί έντονα την κοινή γνώμη, καθώς δεν θα συμμετέχουν πλέον σε αυτό μόνο μερικοί ϕανατικοί υποστηρικτές. H πρώτη αγορά αγαθού πραγματοποιείται στις 22 Μαίου 2010, όταν ο Laszlo Hanyecz, προγραμματιστής από τη Φλόριντα, πραγματοποιεί μια αγορά πίτσας, αξίας $25, έναντι BTCs. Πιο συγκεκριμένα, ο Hanyecz έστειλε τα BTCs σε έναν εθελοντή στην Αγγλία, ο οποίος με τη χρήση της χρεωστικής του κάρτας, πραγματοποίησε την παραγγελία. Λίγο αργότερα, στις 17 Ιουλίου του ίδιου έτους, κάνει την εμ- ϕάνισή του το MtGox, το οποίο θα εξελιχθεί στη μεγαλύτερη και πιο δημοϕιλή αγορά συναλλάγματος για το Bitcoin. Είναι γεγονός πως το Bitcoin μέχρι το άνοιγμα των πρώτων ανταλλακτηρίων χρηησιμοποιούνταν από έναν περιορισμένος αριθμός χρηστών. Το άνοιγμα όμως του MtGox, καθώς και των υπολοίπων ανταλλακτηρίων (όπως το Bitmarket, το Bitme, το The Rock και άλλα πολλά), σηματοδοτεί την εκκίνηση μιας περιόδου ευρείας χρήσης του bitcoin. Το 2012 είναι η χρονιά όπου: 1. Κυκλοϕορεί ο πρώτος μουσικός δίσκος που πωλείται σε Bitcoins. 2. Ορισμένες υπηρεσίες taxi αρχίζουν να δέχονται Bitcoins. 3. To wordpress γίνεται το πρώτο μεγάλο website που δέχεται Bitcoins. 4. Ανακοινώνεται το πρώτο περιοδικό αποκλειστικά για το Bitcoin. Αξίζει να αναϕερθεί επίσης πως στις 16 εκεμβρίου του ίδιου έτους, εξορύσσεται το πρώτο block από ένα δίκτυο χρηστών, γνωστό ως Bitcoin mining pool. Το συγκεκριμένο δίκτυο προσϕέρει τη δυνατότητα σε πολλούς χρήστες να συνεργαστούν ώστε να εξορύξουν από κοινού blocks, και να μοιραστούν δίκαια τα Bitcoins που θα κερδίσουν. Το γεγονός ότι η ανακάλυψη κάποιου block από τα mining pools είναι πιο εύκολη από την ανακάλυψη ενός block από μεμονωμένο χρήστη οδήγησε πολλούς miners στο να συμμετάσχουν στο δίκτυο κάποιου mining pool. Στις 9 Απριλίου του 2013 η τιμή του Bitcoin σημειώνει αξιοσημεί- 15

20 ωτη άνοδο, ϕτάνοντας για πρώτη ϕορά τα $238 δολάρια, τιμή που θα παραμείνει η ανώτατη μέχρι και το Νοέμβριο του ίδιου έτους. Το Οκτώβριο του 2013 το FBI προχωράει στο κλείσιμο του μεγαλύτερου χώρου αγοραπωλησιών στο δίκτο, του silkroad. Τον ίδιο μήνα (Οκτώβριος του 2013) γίνεται ένα σημαντικό βήμα εξωστρέϕειας με το άνοιγμα του πρώτου Bitcoin ATM στο Βανκούβερ του Καναδά. Η χρήση του νομίσματος εξαπλώνεται και παράλληλα εμϕανίζει μία συνεχώς ανοδική τάση στην τιμή του. Το Νοέμβριο του 2013 η τιμή του υπερβαίνει τα $1.000, τιμή ρεκόρ μέχρι και ένα χρόνο μετά περίπου, όταν και γράϕεται η παρούσα εργασία. Στα τέλη του Φεβρουαρίου του 2014 το μεγαλύτερο ανταλλακτήριο, το mt Gox πραγματοποιεί πάγωμα όλων των αναλήψεων, και στη συνέχεια η ιστοσελίδα δεν είναι πια δημόσια προσβάσιμη. Παράλληλα, διαρρέει ένα έγγραϕο στο οποίο αναϕέρεται ότι Bitcoins έχουν κλαπεί από το mt Gox μέσω μίας χρόνιας κλοπής, η οποία έμεινε απαρατήρητη από το ανταλλακτήριο. ηλώνοντας οϕειλές της τάξεως των 6.5 δισεκατομμυρίων Yen to mt Gox εξέδωσε ανακοίνωση όπου αναϕέρει πως υπάρχουν υποψίες κλοπής των Bitcoins απο hackers. Το συγκεκριμένο ανταλλακτήριο δήλωσε πτώχευση στην Ιαπωνία στις 28 Φεβρουαρίου του Ένα ακόμα αξιοσημείωτο γεγονός είναι η μεγάλη ανάπτυξη ενός mining pool, του GHash.IO, το οποίο μάλιστα κατείχε το 50% σχεδόν της συνολικής υπολογιστικής ισχύς του δικτύου. Το γεγονός αυτό δημιουργεί ανησυχίες σχετικά με την ακεραιότητα του δικτύου, καθώς κατέχοντας κάποιος το 51% της συνολικής ισχύς του δικτύου, μπορεί να διαμορϕώσει το block chain κατά τον τρόπο που επιθυμεί αυτός. Μπορεί επομένως να χρησιμοποιήσει το ίδιο νόμισμα πολλές ϕορές, ένα θέμα που είναι γνωστό ως ιπλή χρήση του ίδιου νομίσματος και εξετάζεται στην Eνότητα 1.4. Το σενάριο αυτό είναι γνωστό ως επίθεση 51% [58]. 16

21 1.2 Εξέλιξη της τιμής του Bitcoin Παράλληλα, η τιμή του Bitcoin ακολουθεί μία ανοδική πορεία. Ενώ μέχρι τον Ιούνιο του 2011 η αξία του αγγίζει τα $0.3 Αμερικάνικα δολάρια, τον ίδιο μήνα του επόμενου έτους η αξία του ανεβαίνει στα $5, και τον Ιανουάριο του 2013, συνεχίζοντας τη ανοδική του τάση, ϕτάνει στα $13. Τον Φεβρουάριο του 2013 ένα BTC αξίζει περισσότερο από μία ουγκιά ασήμι. Τον Απρίλιο του ίδιου έτους η τιμή σπάει το ϕράγμα των $100 δολαρίων στο MtGox και στις μεγαλύτερες αγορές συναλλάγματος. Το Σχήμα 3 παρουσιάζει την τιμή ενός Bitcoin ανά Αμερικάνικο δολάριο, από τις 16 Ιουνίου 2010, έως τις 3 Ιανουαρίου Σχήμα 3: Η τιμή του BTC έναντι του Αμερικάνικου δολαρίου από το 2010 έως το Πηγή blockchain.info[22] Είναι ϕανερό ότι μέχρι τις αρχές του 2013, η αξία του συγκεκριμένου νομίσματος είναι σχετικά μικρή χωρίς ιδιαίτερες διακυμάνσεις. Στη συνέχεια όμως, η τιμή του αυξάνεται έντονα, με ημερομηνία ορόσημο τις 27 Νοεμβρίου 2013, όταν υπερβαίνει τα $1000 Αμερικάνικα δολάρια. Αυτή η αξία παραμένει και η μεγαλύτερη που έχει λάβει το Bitcoin, μέχρι και την στιγμή που γράϕεται η παρούσα εργασία (Οκτώβριος 2014) κατά την οποία έχει υποδιπλασιαστεί στα $500. Στις 30 Μαρτίου 2013, ανακοινώνεται στην Κύπρο ένα άνευ προηγουμένου μέτρο, σύμϕωνα με το οποίο η κεντρική τράπεζα μετατρέπει το 37.5% των καταθέσεων άνω των σε μετοχές [14]. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα καταθέτες με λογαριασμούς άνω των να κινδυνεύουν να χάσουν μέχρι και το 60% των καταθέσεών τους. Το συγκεκριμένο μέτρο αναδύει για άλλη μία ϕορά το ζήτημα της αναξιοπιστίας του παγκόσμιου τραπεζικού συστήματος. Σε αυτό το πλαίσιο γίνονται προτάσεις για ευρεία χρήση του Bitcoin, το οποίο 17

22 όπως έχει προαναϕερθεί αποτελεί ένα σύστημα που δεν βασίζεται σε μία κεντρική αρχή. Σαν αποτέλεσμα αυτών των πρότασεων δημιουργείται τον Οκτώβριο του 2013 το πρώτο Bitcoin ATM στο Βανκούβερ του Καναδά. 1.3 Λειτουργικότητα του Bitcoin Το Bitcoin είναι ένα πολύπλοκο σύστημα συναλλαγών, στο οποίο συμμετέχουν πολλοί όροι οι οποίοι κρίνεται απαραίτητο να διευκρινιστούν. Παρακάτω παρατίθενται επιγραμματικά οι κυριότερες έννοιες που σχετιζονται με το Bitcoin και θα απασχολήσουν την εργασία, ενώ στη συνέχεια της ενότητας οι έννοιες αυτές περιγράϕονται λεπτομερώς. ίκτυο Ομότιμων Κόμβων (Peer to peer Network): Είναι ένα μη κεντρικοποιημένο, κατανεμημένο δίκτυο στο οποίο σε αντίθεση με το κεντρικοποιημένο μοντέλο πελάτη-εξυπηρετητή, οι κόμβοι του δικτύου λειτουργούν τόσο ως πάροχοι, όσο και ως καταναλωτές των πόρων του δικτύου. Bitcoin (BTC): Το όνομα μίας μονάδας νομίσματος. Υπάρχουν πολλές υποδιαιρέσεις και πολλαπλάσια του Bitcoin, αισθητά περισσότερα από οποιοδήποτε ϕυσικό νόμισμα. Ένα BTC αποτελείται από shatoshi το shatoshi αποτελεί τη μικρότερη μονάδα του νομίσματος. ιεύθυνση: Μοναδικό αλϕαριθμητικό αποτελούμενο από χαρακτήρες, του οποίου αρχικό νούμερο είναι το 1 ή το 3. Η διεύθυνση αναπαριστά τον πιθανό προορισμό μίας συναλλαγής. Συναλλαγή: Το υπογεγραμμένο τμήμα δεδομένων το οποίο δημοσιεύεται στο δίκτυο και εντάσσεται στα blocks. Μία συναλλαγή εμπεριέχει πληροϕορίες σχετικά με τον αριθμό των BTCs που μεταϕέρονται μεταξύ δύο ή περισσοτέρων διευθύνσεων. Μία συναλλαγή είναι επίσης πιθανό να αναϕέρει και προηγούμενες συναλλαγές. Block: Το τμήμα που περιλαμβάνει όλες τις συναλλαγές που έχουν πραγματοποιηθεί από τη γέννηση του προηγούμενου block και μετά, ενώ κάθε block περιέχει επίσης αναϕορά στο προηγούμενό του. Κάθε block δημιουργείται ανά περίπου 10 λεπτά. Genesis Block: Το πρώτο block στο blockchain το οποίο δημιουργήθηκε στις 03 Ιανουαρίου του

23 Block chain: Η αλυσίδα των συνδεδεμένων blocks, από το πιο πρόσϕατο μέχρι το genesis block. Client: Η εϕαρμογή που χρησιμοποιείται από τους χρήστες για να πραγματοποιήσουν οποιαδήποτε λειτουργία στο Bitcoin. Πορτοϕόλι: Το σύνολο των διευθύνσεων που δημιουργούνται από τον πελάτη (χρήστη) και αποθηκεύονται συνήθως τοπικά. Ιδιωτικό κλειδί: Ένας αριθμός μεγέθους 256 bit ο οποίος είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με μία διεύθυνση και αποθηκεύεται στο πορτοϕόλι του ιδιοκτήτη. Το ιδιωτικό κλειδί χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση των συναλλαγών, καθώς ο χρήστης που πραγματοποιεί την συναλλαγή το εντάσσει στην ίδια τη συναλλαγή, αποδεικνύοντας παράλληλα πως είναι ο αποστολέας των Bitcoins. Μία διεύθυνση μπορεί να υπολογιστεί έχοντας το ιδιωτικό κλειδί, το αντίστροϕο όμως είναι ανέϕικτο. Miner: Ο χρήστης ο οποίος χρησιμοποιώντας την υπολογιστή ισχύ του μηχανήματός του εντάσσει κάθε συναλλαγή στο block chain. Ανταμοιβή: Κάθε ϕορά που δημιουργείται ένα block, ο miner ή η ομάδα των miners που το ανακάλυψε, επιβραβεύεται με ένα προκαθορισμένο αριθμό από Bitcoins. Η αρχική ανταμοιβή ήταν στα 50BTC. Η ανταμοιβή υποδιπλασιάζεται κάθε 210,000 blocks (δηλαδή 4 χρόνια), μέχρι ο συνολικός αριθμός των BTC να ϕτάσει τα 21 εκατομμύρια, οπότε και θα σταματήσουν να εκδίδονται BTCs. Mining Pool: Υπηρεσία που επιτρέπει στους miners να συνεργαστούν για τη δημιουργία ενός νέου block. Ανταλλακτήριο: Υπηρεσία που ανταλλάσσει Bitcoins με άλλα νομίσματα όπως Ευρώ και Αμερικάνικα δολάρια. 19

24 Στη συνέχεια παραθέτουμε ένα παράδειγμα (Σχήμα 4) ώστε να περιγράψουμε με γενικό τρόπο την λειτουργία του δικτύου: Έστω ότι ο Bob θέλει να στείλει Bitcoins στην Alice. Ο καθένας διαθέτει το δικό του πορτοϕόλι, το οποίο δίνει την πρόσβαση σε πλήθος διευθύνσεων. Η κάθε διεύθυνση διαθέτει το δικό της υπόλοιπο σε Bitcoins. Για να πραγματοποιήσει τη συναλλαγή, ο Bob χρειάζεται δύο πληροϕορίες: το ιδιωτικό του κλειδί και το δημόσιο κλειδί της Alice. Με το ιδιωτικό του κλειδί προσθέτει μία ψηϕιακή υπογραϕή, χρησιμοποιώντας μία ή περισσότερες από τις διευθύνσεις που διαθέτει ως διευθύνσεις εισόδου. Από αυτές τις διευθύνσεις εισόδου στέλνει ένα ποσό σε μία ή περισσότερες διευθύνσεις της Alice. Στο Bitcoin, οι συναλλαγές είναι δημόσια προσβάσιμες. Κάθε συναλλαγή μπαίνει σε ένα block το οποίο δημοσιεύεται στο δίκτυο, ενώ κάθε block δημιουργείται ανά 10 λεπτά και μπαίνει σε μία λίστα από blocks, γνωστή ως block chain. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται μία λίστα με όλες τις συναλλαγές που έχουν γίνει στο δίκτυο, από τη χρονική στιγμή που έγινε η πρώτη συναλλαγή. Αυτή η λίστα θα πρέπει όμως να χαίρει γενικής εμπιστοσύνης στο δίκτυο. Για τη διασϕάλιση της αξιοπιστίας των συναλλαγών πραγματοποιείται διαδικασία της εξόρυξης (mining) μέσω των miners. Σκοπός των miners είναι να επαληθεύσουν την εκάστοτε συναλλαγή. Πιο συγκεκριμένα, οι miners επιδίδονται σε έναν αγώνα δρόμου με σκοπό τη δημιουργία ενός block το οποίο θα περιέχει την συναλλαγή του Bob στην Alice, καθώς επίσης και τις συναλλαγές των τελευταίων 10 λεπτών, οι οποίες δεν ανήκουν σε κάποιο block, και επομένως δεν έχουν επαληθευτεί. Παίρνοντας την πληροϕορία του τελευταίου block που έχει δημιουργηθεί, δημιουργούν μέσω υπολογισμών ένα αλϕαριθμητικό, το οποίο ονομάζεται hash. Το πρωτόκολλο απαιτεί το hash να ξεκινινά με έναν συγκεκριμένο αριθμό μηδενικών, ενώ επίσης για να δημιουργηθεί το hash χρησιμοποιείται ένας τυχαίος αριθμός που ονομάζεται nonce (number used once). Κάθε ϕορά που το παραγόμενο hash δεν ικανοποιεί το κριτήριο των αρχικών μηδενικών, ένα διαϕορετικό nonce χρησιμοποιείται για να παράγει ένα διαϕορετικό hash. Μέσα σε 10 λεπτά περίπου κάποιος miner θα βρει την τιμή με τον σωστό αριθμό μηδενικών στην αρχή, ανακαλύπτοντας παράλληλα ένα καινούριο block το οποίο δημοσιεύεται στο δίκτυο. Οι υπόλοιποι miners το αποδέχονται και συνεχίζουν για την ανακάλυψη του επόμενου block, χρησιμοποιώντας την πληροϕορία του τελευταίου αυτού block για τη δημιουργία του. 20

25 Σχήμα 4: Τρόπος λειτουργίας του Bitcoin. Το block περιλαμβάνει στην αρχή του μία συναλλαγή η οποία αϕορά στην ανταμοιβή του miner και στην μεταϕορά του προαναϕερθέντος ποσού από τον Bob προς την Alice. Μέσα σε 10 λεπτά, επομένως, ο Bob αρχικοποίησε τη συναλλαγή και έλαβε μαζί με την Alice την πρώτη αποδοχή της συναλλαγής τους. Οι συναλλασσόμενοι θα λάβουν περαιτέρω αποδοχές καθώς το block που περιέχει την συναλλαγή τους εισάγεται σε επόμενα blocks του block chain. 21

26 1.4 Το πρόβλημα της διπλής χρήσης του ίδιου νομίσματος (Double spending) Ένα πρόβλημα που αϕορά κάθε ηλεκτρονικό νόμισμα, επομένως και το Bitcoin, είναι η περίπτωση ένα νόμισμα να ξοδευτεί δύο ϕορές (double spending). Αυτό το πρόβλημα συναντάται κυρίως στα ψηϕιακά νομίσματα γιατί είναι σχετικά ευκολότερο να αναπαραχθούν. Επομένως, εγκυμονεί ο κίνδυνος ένας κάτοχος νομίσματος να αντιγράψει το νόμισμα και να στείλει το αντίγραϕο στον παραλήπτη της συναλλαγής, κρατώντας παράλληλα το αρχικό νόμισμα. Στο Bitcoin, για να διασϕαλίσει ο παραλήπτης ότι ο προηγούμενος κάτοχος δεν ξόδεψε δύο ϕορές το ίδιο νόμισμα ακολουθείται η πρακτική της δημόσιας ανακοίνωσης κάθε συναλλαγής που πραγματοποιείται. Όλοι οι χρήστες του δικτύου αποδέχονται το ιστορικό των συναλλαγών που έχουν προηγηθεί, συνεπώς γνωρίζοντάς το, μπορούν να διαβεβαιώσουν κάθε παραλήπτη μίας συναλλαγής πως κανένας άλλος δεν έλαβε πριν από αυτόν κάποιο αντίγραϕο του νομίσματος. Σε περίπτωση που ένας κακόβουλος χρήστης θέλει να στείλει ένα αντίγραϕο του νομίσματος, τότε η συναλλαγή δεν λαμβάνεται υπόψιν από το σύστημα, καθώς μία αντίστοιχη συναλλαγή έχει καταγραϕεί στο ιστορικό. 22

27 1.5 ίκτυο συναλλαγών Κατά την αποστολή BTCs από έναν χρήστη σε έναν άλλο, δημιουργείται μία συναλλαγή, στην οποία εισάγεται το ποσό καθώς επίσης και το δημόσιο κλειδί του παραλήπτη. Η συναλλαγή αυτή υπογρά- ϕεται με το ιδιωτικό κλειδί του αποστολέα. Το δίκτυο του Bitcoin θα μπορούσε να αναπαρασταθεί σαν γράϕος, στον οποίο οι κόμβοι του είναι οι διευθύνσεις και οι ακμές του είναι οι συναλλαγές. Οι συναλλαγές στο Bitcoin πραγματοποιούνται μεταξύ διευθύνσεων, όπου μία διεύθυνση είναι ένα δημόσιο κλειδί περασμένο από μία συνάρτηση κατακερματισμού. Για να διασϕαλιστεί ότι τα BTCs ξοδεύονται από τον δικαιούχο, χρησιμοποιείται ο ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) αλγόριθμος, ο οποίος κάνει τον υπολογισμό ελλειπτικών καμπυλών στον πεπερασμένο χώρο. Το γεγονός ότι μία συναλλαγή μπορεί να πραγματοποιείται με περισσότερες από δύο διευθύνσεις (εισόδου ή εξόδου), έχει σαν αποτέλεσμα ο γράϕος των συναλλαγών να γίνεται ιδιαίτερα πολύπλοκος και δυσνόητος. Συνεπώς, για την καλύτερη ανάλυση του δικτύου, δημιουργείται η ανάγκη ομαδοποίησης των κόμβων, δηλαδή των διευθύνσεων, έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί μία καλύτερη αναπαράσταση της πληροϕορίας. Αυτό είναι ένα από τα πρώτα θέματα προς μελέτη στην παρούσα εργασία. Σχήμα 5: Συναλλαγή μεταξύ δύο χρηστών Κάθε χρήστης του Bitcoin διαθέτει ένα πορτοϕόλι το οποίο περιέχει τις διευθύνσεις που του ανήκουν. Χρησιμοποιώντας οποιεσδήποτε από αυτές τις διευθύνσεις, μπορεί να στείλει BTCs σε έναν άλλο χρήστη, πραγματοποιώντας έτσι μία συναλλαγή, όπως περιγραϕεται στο 23

28 Σχήμα 5. Στο παραπάνω σχήμα, η συναλλαγή αϕορά σε δύο διευθύνσεις εισόδου (Address1, Address2), οι οποίες, όπως ορίζεται από το πρωτόκολλο του Bitcoin, ανήκουν στον ίδιο χρήστη. Η συναλλαγή ανα- ϕέρεται επίσης και σε δύο διευθύνσεις εξόδου (Address5, Address6). Οι διευθύνσεις εξόδου, γενικά, μπορεί να ανήκουν σε έναν ή σε περισσότερους χρήστες. Μία συναλλαγή, επίσης, μπορεί να περιέχει δια- ϕορετικό αριθμό διευθύνσεων εισόδου και εξόδου. Στη συνέχεια η συναλλαγή δημοσιοποιείται στο δίκτυο του Bitcoin, και λαμβάνεται από όλους τους κόμβους. Κάθε κόμβος εισάγει τη συναλλαγή αυτή σε ένα block, και στη συνέχεια εκτελεί τη μέθοδο πιστοποίησης (proof of work), η οποία έχει ένα ιδιαίτερα υψηλό υπολογιστικό κόστος. Το κόστος αυτό καθορίζεται από μία συνάρτηση κόστους η τιμή της οποίας μεταβάλλεται σε σχεση με το χρόνο, όπως απεικονίζεται στο Σχήμα 6. Το Σχήμα 6 παρουσιάζει την τιμή της συνάρτησης κόστους σε σχέση με τον χρόνο. Σχήμα 6: Η τιμή της συνάρτησης κόστους σε σχέση με τον χρόνο. Πηγή blockchain.info[22] Η τιμή της συνάρτησης κόστους είναι άμεσα συνυϕασμένη με τη συνολική υπολογιστική ισχύ του δικτύου. Είναι ϕανερό ότι η τιμή αυτή αυξάνεται στο χρόνο, γεγονός που σημαίνει ότι αυξάνεται και η συνολική ισχύς του δικτύου. Επομένως, γίνεται ολοένα και πιο δύσκολο για ένα συμβατικό υπολογιστή να μπορέσει να δημιουργήσει ένα block, οδηγώντας έτσι στην αναζήτηση ειδικού hardware προορισμένο για το Bitcoin, αλλά και στην ένταξη πολλών χρηστών στα mining pools. Ο κόμβος που θα λύσει την παραπάνω εξίσωση κοινοποιεί το block που πιστοποίησε σε όλο το δίκτυο. Για να δεχτούν το block οι υπόλοιποι 24

29 κόμβοι, θα πρέπει όλες οι συναλλαγές που εισήχθηκαν σε αυτόν να είναι έγκυρες και να μην έχουν ήδη ξοδευτεί, δηλαδή να μην έχει καταγραϕεί αντίστοιχη συναλλαγή στο ιστορικό των συναλλαγών του δικτύου. Η αποδοχή του block από τους κόμβους πραγματοποιείται με τη δημιουργία του επόμενου block στη αλυσίδα. Για να διατηρηθεί η ακεραιότητα της αλυσίδας, κάθε block επιβεβαιώνει την ακεραιότητα του προηγούμενου, μέχρι το πρώτο block, το οποίο αποκαλείται και genesis block. Στην περίπτωση που δύο blocks δημοσιεύονται με ελάχιστα δευτερόλεπτα διαϕορά, δημιουργούνται πολλαπλά μονοπάτια (forks) στην αλυσίδα των blocks (blockchain). Αυτό σημαίνει ότι από το genesis block έως το τελευταίο μπορεί να υπάρχουν πολλαπλά μονοπάτια. Οι κόμβοι θα δεχτούν και τα δύο blocks, και θα χρησιμοποιήσουν αυτό που θα λάβουν πρώτο, χωρίς να διαγράψουν το block που λάβανε δεύτερο. Όταν θα δημιουργηθεί η επόμενη μέθοδος πιστοποίησης, και ένα από τα δύο μονοπάτια θα γίνει μεγαλύτερο, τότε όλοι οι κόμβοι θα δουλέψουν πάνω στο μεγαλύτερο μονοπάτι. Αυτό σημαίνει ότι οι κόμβοι που εργάζονταν πάνω στο άλλο μονοπάτι, θα συνεχίσουν να εργάζονται πλέον στο μεγαλύτερο. Το Σχήμα 7 παρουσιάζει ένα στιγμιότυπο του block chain, καθώς επίσης και τα απορριπτέα μονοπάτια. 25

30 Σχήμα 7: Το blockchain Ένα σημαντικό κομμάτι του πρωτοκόλλου του Bitcoin είναι η συναλλαγή, η οποία είναι ένα τμήμα δεδομένων υπογεγραμμένο με το ιδιωτικό κλειδί του αποστολέα που περιέχει το ποσό ανταλλαγής, καθώς επίσης και το δημόσιο κλειδί του παραλήπτη. Η συναλλαγή δημοσιεύεται στο δίκτυο και συλλέγεται σε blocks. Μπορεί να αναϕέρει προηγούμενες συναλλαγές, καθώς επίσης, μπορεί να περιέχει πολλές διευθύνσεις εισόδου και εξόδου. Κάθε είσοδος και έξοδος έχει μία συνάρτηση συσχετισμένη με αυτή, που ονομάζεται script. Η συνάρτηση περιλαμβάνει μία λίστα με οδηγίες σχετικές με τον τρόπο με τον οποίο το επόμενο άτομο που θα ξοδέψει τα BTCs μπορεί να αποκτήσει πρόσβαση σε αυτά. Χρησιμοποιώντας τα scripts, μπορούν να δημιουργηθούν πολυπλοκότερα είδη συναλλαγών που μπορούν μάλιστα να συνδεθούν μεταξύ τους, δημιουργώντας συμβόλαια. Τα συμ- 26

31 βόλαια δεν εισάγουν κάτι νέο στο σύστημα, απλά είναι ένας τρόπος ώστε να λυθούν συχνά προβλήματα μειώνοντας το εμπίστευμα (trust) και παρέχοντας πλήρη αυτοματοποίηση. Τα συμβόλαια αποτελούν ουσιαστικά έναν τρόπο επίτευξης συμϕωνιών μεταξύ των χρηστών και μπορούν να οδηγήσουν σε πιο αυτοματοποιημένες συναλλαγές στο δίκτυο. Στο Σχήμα 8 παρατίθεται ένα παράδειγμα συναλλαγής με πολλαπλές διευθύνσεις εισόδου, ενώ το Σχήμα 9 παραθέτει ένα παράδειγμα συναλλαγής με πολλαπλές διευθύνσεις εξόδου. Τέλος, παρουσιάζεται στο Σχήμα 10 και η περίπτωση συναλλαγής με πολλαπλές διευθύνσεις εισόδου αλλά και εξόδου. Σχήμα 8: Συναλλαγή με πολλαπλές διευθύνσεις εισόδου Σχήμα 9: Συναλλαγή με πολλαπλές διευθύνσεις εξόδου Σχήμα 10: Συναλλαγή με πολλαπλές διευθύνσεις εισόδου και εξόδου 27

32 1.6 Μέθοδος πιστοποίησης (Proof of work) Κάθε block αναγνωρίζεται από τη μοναδική hash τιμή του. Ο συντελεστής δυσκολίας της συνάρτησης κόστους επιτυγχάνεται με βασική προϋπόθεση η έξοδος της συνάρτησης κατακερματισμού να ξεκινά με έναν συγκεκριμένο αριθμό μηδενικών. Όπως προαναϕέρθηκε, το Bitcoin χρησιμοποιεί μία παραλλαγή του Hashcash αλγορίθμου, δημιουργώντας σαν έξοδο της συνάρτησης κατακερματισμού έναν bigendian ακέραιο, ελέγχοντας ταυτόχρονα πως ο συγκεκριμένος ακέραιος είναι κάτω από ένα κατώϕλι, με χρήση μίας nonce τιμής. Η συγκεκριμένη διαδικασία απαιτεί πολύ μεγάλη υπολογιστική ισχύ. Η τιμή που προκύπτει από τη συνάρτηση κατακερματισμού είναι εξαιρετικά εύκολο να επαληθευτεί, λειτουργώντας έτσι ως μία μέθοδος πιστοποίησης, καθώς κάθε κόμβος μπορεί να επαληθεύσει ότι ένα block ακολουθεί τα προκαθορισμένα κριτήρια. Με τον τρόπο αυτό αϕενός αναγνωρίζονται εύκολα και διακρίνονται μεταξύ τους τα blocks, και αϕετέρου επικυρώνεται η ιδιοκτησία των BTCs και δίνεται η δυνατότατο δημοσίευσης του ιστορικού των συναλλαγών σε όλους τους κόμβους. Επομένως, επιλύεται το πρόβλημα της διπλής χρήση του ίδιου νομίσματος (double speding), που ορίστηκε σε προηγούμενη υποενότητα. 28

33 1.7 Εξόρυξη (Mining) των blocks Για κάθε block που ανακαλύπτεται, υπάρχει μία ανταμοιβή που δίνεται στον χρήστη που ανακάλυψε το block, η οποία έχει προκαθορισμένη αξία. Η αξία αυτή ήταν αρχικά 50BTCs, ενώ υποδιπλασιάζεται κάθε blocks που εξορύσσονται. Με δεδομένο ότι κάθε 10 λεπτά παράγεται ένα block, η ανταμοιβή υποδιπλασιάζεται κάθε 4 χρόνια, μέχρι ο συνολικός αριθμός των bitcoins να ϕτάσει τα 21 εκατομμύρια. Σε αυτό το σημείο το πρωτόκολλο του Bitcoin αναϕέρει πως θα σταματήσουν να εκδίδονται νέα νομίσματα. Ο miner επιβραβεύεται επίσης και με τις συνδρομές που πληρώνουν οι χρήστες κατά την διεκπεραίωση των συναλλαγών. Οι συνδρομές αυτές αποτελούν και το κίνητρο του miner ώστε να εισάγει τις συναλλαγές στο block. Καθώς ο αριθμός των miners για έναν προκαθορισμένο αριθμό blocks αυξάνεται, υπάρχει η πιθανότητα ένας μεμονωμένος miner να χρησιμοποιεί την υπολογιστική του ισχύ για μήνες χωρίς να καταϕέρει να κερδίσει το βραβείο για την ανακάλυψη ενός block. Αυτό το ϕαινόμενο έχει οδηγήσει πολλούς miners στο να οργανωθούν σε pools (mining pools), ομάδες δηλαδή όπου δουλεύουν από κοινού, και μοιράζονται δίκαια την ανταμοιβή της ανακάλυψης ενός block. 29

34 2 Επισκόπηση ερευνητικής δραστηριότητας Σε αυτό το κεϕάλαιο θα παρουσιαστούν συνοπτικά σημαντικές εργασίες γύρω από το bitcoin, και θα δοθεί ιδιαίτερη σημασία στις μετρικές που προτάθηκαν καθώς επίσης και στις μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν. Οι εργασίες θα μπορούσαν να συμπεριληϕθούν στις ακόλουθες 5 κατηγορίες: Ανωνυμία Ασϕάλεια Οικονομία Γενική εϕαρμογή της θεωρίας του Bitcoin Εργαλεία Όπως είναι ϕυσικό, μία εργασία μπορεί να παίρνει στοιχεία από πολλαπλές κατηγορίες, παρόλα αυτά η ομαδοποίηση αυτή μας επιτρέπει να λάβουμε μία γενικότερη εικόνα σχετικά με τους βασικότερους τομείς που απασχολούν το Bitcoin σε ερευνητικό επίπεδο. 2.1 ιερεύνηση της ανωνυμίας των συναλλαγών στο Bitcoin Σχετικά με την ανωνυμία που παρέχει το Bitcoin, στο κεϕάλαιο An Analysis of Anonymity in the Bitcoin System[4] του βιβλίου Security and Privacy in Social Networks, μελετάται η επίθεση όπου ένας κακόβουλος χρήστης προσπαθεί να κατασκευάσει την αντιστοιχία μεταξύ των χρηστών και των δημόσιων κλειδιών που κατέχουν. Οι Fergal Reid et.al, συνδυάζοντας την πληροϕορία που παρέχει το Bitcoin μέσα από το ιστορικό των συναλλαγών με μεθόδους σχετικές με ανακάλυψη περιεχομένου, ακολουθούν τα ίχνη μίας κλοπής BTC, καταϕέρνοντας να καταργήσουν την ανωνυμία που παρέχει το Bitcoin. Ενδιαϕέρον παρουσιάζει η χρησιμοποίηση μετρικών από τον τομέα των δικτύων, όπως η διανομή του βαθμού ενός κόμβου, δηλαδή ο αριθμός ακμών που διαθέτει κάθε κόμβος, με σκοπό την ανακάλυψη outliers στο ιστορικό των συναλλαγών. Ο εντοπισμός αυτών των outliers μπορεί να υποδείξει πιθανή κλοπή. Πραγματοποιείται επίσης χωρική και χρονική μελέτη του δικτύου χρηστών του Bitcoin, με σκοπό την ανακάλυψη των σημαντικότερων ροών μεταξύ των χρηστών κατά το πέρασμα του χρόνου. 30

35 Ο Malte Möser[5] αναλύει τρία μεγάλα mixing services και μελετάει την ανωνυμία που αυτά προσϕέρουν. Σκοπός ενός mixing service είναι να αναμίξει νομίσματα που προέρχονται από διαϕορετικές πηγές έτσι ώστε να είναι δύσκολη έως αδύνατη η ανίχνευση της αρχικής πηγής του νομίσματος. Η εργασία καταλήγει πως το Bitcoin Fog και το Blockchain.info παρέχουν υψηλού επιπέδου ανωνυμία, κάνοντας δύσκολη την αντιστοίχιση της εισόδου με την έξοδο μίας συναλλαγής. Αντίθετα, στην ανάλυση του BitLaundry βρέθηκαν άμεσες συσχετίσεις στις συνδέσεις του γράϕου που δημιουργήθηκε και μελετήθηκε. Ένα ανοιχτό ερευνητικό ερώτημα που θέτουν οι συγγραϕείς είναι η κατασκευή μη κεντρικοποιημένου mixing service για νομίσματα όπως το Bitcoin. Τέλος ενδιαϕέρον παρουσιάζει η ανάλυση του Silk Road (Christin N, 2012), ενός ανώνυμου διαδικτυακού χώρου αγοραπωλησιών, το οποίο λειτουργεί ως κρυμμένη υπηρεσία του Tor δικτύου. Επιτυγχάνεται η πρόσβαση στην πληροϕορία που αϕορά τις αγοραπωλησίες στο Silk Road, και προβάλλεται μία λίστα από παράνομα προϊόντα που είναι διαθέσιμα. Ενδιαϕέρον προκαλεί η ανακάλυψη πως ένα μεγάλος μέρος των προϊόντων που διατίθενται είναι διαθέσιμο για μικρό χρονικό διάστημα. Η εξήγηση που δίνεται είναι ότι αυτός είναι ένας τρόπος επίτευξης αυξημένης ανωνυμίας. 2.2 Ανάλυση της ασϕάλειας του δικτύου Bitcoin Έντονο ενδιαϕέρον παρουσιάζουν επίσης οι μελέτες γύρω από την ασϕάλεια του δικτύου (Piotr Piasecki, 2012). Αξιολογείται η ασϕάλεια που παρέχει το Bitcoin μέσω της εξέτασης των κενών ασϕάλειας του συστήματος. Αναπτύχθηκαν εϕαρμογές που προσομοιώνουν την 51% επίθεση, κατά την οποία σε περίπτωση όπου ένας κακόβουλος χρήστης καταϕέρει να αποκτήσει το 51% της συνολικής υπολογιστικής του δικτύου, θα μπορέσει να διαμορϕώσει το blockchain όπως επιθυμεί. Επίσης οι Simon Barber et.al[16] αναλύουν τις αδυναμίες και τα προτερήματα του δικτύου με σκοπό να προβλεϕθούν πιθανές επιθέσεις. Προτείνονται επανασχεδιασμοί, βελτιώσεις αλλά και επεκτάσεις όπως το fair exchange πρωτόκολλο που προτάθηκε ως εναλλακτική των mixing services. Το πρωτόκολλο αυτό δεν απαιτεί κάποια τρίτη υπηρεσία, όπως είναι τα mixing services για να επιτευχθεί αυξημένη ανωνυμία. Για να επιτευχθεί αυτού του επιπέδου η ανωνυμία, το πρωτόκολλο 31

36 αυτό βασίζεται στην ελάχιστη εμπιστοσύνη μεταξύ των κόμβων. 2.3 Οικονομική διάσταση του Bitcoin Το Bitcoin αποτελεί ένα ψηϕιακό νόμισμα. Επομένως υπάρχει πληθώρα από μελέτες που ασχολούνται με την οικονομική του διάσταση. Σε αυτό το σημείο θα παρουσιαστούν οι εργασίες αυτές που χρησιμοποιώντας τεχνικές από τη θεωρία των γράϕων αλλά και κάνοντας χρήση μετρικών από τον τομέα της στατιστικής, διερευνούν την οικονομική πλευρά του συστήματος. Οι Dániel Kondor et.al [10] πραγματοποιύν μία ενδιαϕέροσα μελέτη σχετικά με την κατανομή των βαθμών 3 που έχουν οι κόμβοι στο σύστημα και την ενδεχόμενη συσχέτιση των βαθμών των κόμβων. Αναλύουν τη ροή του πλούτου στο δίκτυο και επικεντρώνονται στη συγκέντρωση του πλούτου, προβαίνοντας στο συμπέρασμα πως κόμβοι με υψηλό βαθμό είναι πιο εύκολο να αυξήσουν την επιρροή τους και τη σημαντικότητά τους στο δίκτυο, άρα και τον πλούτο τους, σε σύγκριση με τους κόμβους που διαθέτουν μικρότερο βαθμό. Ενδιαϕέρον παρουσιάζει επίσης η ανακάλυψη πως σε συγκεκριμένες χρονικές περιόδους οι βαθμοί εξόδου των κόμβων ακολουθούν την power-law κατανομή. Αυτό σημαίνει πως υπάρχουν πολλοί κόμβοι που αποτελούν αποστολείς σε ένα περιορισμένο αριθμό συναλλαγών, ενώ αντίθετα ένα μικρό ποσοστό των συνολικών κόμβων συμμετέχει ως αποστολέας σε μεγάλο αριθμό συναλλαγών. Ένας πολύ σημαντικός παράγοντας της οικονομίας είναι επίσης η ροή του πλούτου (Ron et.al, 2012). Ένα πολύ ενδιαϕέρον στοιχείο είναι ο εντοπισμός μοτίβων που δημιουργούνται στο δίκτυο. Το πρώτο μοτίβο, που ονομάστηκε Long Chains, αναϕέρεται στη δημιουργία αλυσίδας από συνεχόμενες συναλλαγές. Πολλές από αυτές δημιουργούνται μέσω του μηχανισμού επιστροϕής του υπολοίπου μίας συναλλαγής. Αναϕέρεται επίσης το Fork-Merge Patterns and Self loops μοτίβο. Αυτό δημιουργείται όταν ένα μεγάλο ποσό από BTC s μεταϕέρεται από μία διεύθυνση σε μία άλλη μέσω πολλών ενδιάμεσων διευθύνσεων. Κάθε μία από τις ενδιάμεσες διευθύνσεις λαμβάνει ένα μέρος του 3 Ο όρος βαθμός προέρχεται από τη θεωρία γράϕων και ορίζει τον αριθμό συνδέσεων ενός κόμβου. Στο δίκτυο του Bitcoin ένας κόμβος αναπαριστά συνήθως μία διεύθυνση 32

37 αρχικού ποσού και έπειτα στέλνει το ποσό αυτό στην ίδια διεύθυνση, είτε άμεσα είτε χρησιμοποιώντας ενδιάμεσους κόμβους. Ένα ακόμα μοτίβο είναι οι κατανομές που έχουν τη μορϕή δυαδικών δέντρων( Binary Tree-Like Distributions pattern). Το μοτίβο αυτό σχηματίζεται όταν ποσά BTC s κατανέμονται σε πολλές διευθύνσεις μέσω διαχωρισμού του ποσού σε ίσα τμήματα σε κάθε βήμα. Σχήμα 11: Παράδειγμα μοτίβου όπου ο υπογράϕος των συναλλαγών ακολουθεί την Binary Tree-Like κατανομή. Πηγή: Blockchain.info[22] Τέλος ορίζονται λογαριασμοί οι οποίοι αναϕέρονται ως Saving Acounts. Οι λογαριασμοί αυτοί εμϕανίζονται σε αλυσίδες μεγάλου μήκους. Οι αλυσίδες αυτές είναι διαϕορετικές από τις Long Chains που αναϕέρθηκαν πιο πάνω, καθώς ένα μέρος του ποσού που διακινείται αποθηκεύεται σε διευθύνσεις οι οποίες δεν το ξοδεύουν και οι οποίες χρησιμοποιούνται επομένως για την αποταμίευση BTC s. Η ανάλυση, η επέκταση και η χρησιμοποίηση των μοτίβων αυτών είναι πολύ σημαντική τόσο στον τομέα της εξόρυξης γνώσης αλλά και στη μελέτη χρήσης του Bitcoin, αλλά και στην ανίχνευση πιθανών κλοπών. 33

38 2.4 Εϕαρμογή της θεωρίας του Bitcoin σε άλλους τομείς Το πρωτόκολλο του Bitcoin επιτυγχάνει την πιστοποίηση των συναλλαγών χωρίς να εξαρτάται από κάποια έμπιστη αρχή. Αυτό αποτέλεσε έμπνευση για εϕαρμογή της γενικής αυτής αρχής σε περισσότερα συστήματα. Σε αυτό το σημείο θα παρουσιαστούν οι εργασίες που ασχολούνται με την επέκταση αυτής της λογικής σε ένα μεγαλύτερο ϕάσμα εϕαρμογών. Ενδιαϕέρον παρουσιάζει το CommitCoin(Clark et.al, 2012), το οποίο πιστοποιεί την ημερομηνία υποβολής ενός μηνύματος χωρίς να χρειάζεται κάποια τρίτη έμπιστη αρχή. Επίσης στην εργασία των Moshe Babaioff et.al [18] αναλύεται το σύστημα επιβράβευσης του Bitcoin, το οποίο γίνεται πηγή έμπνευσης για το μοντέλο που προτείνεται. Το μοντέλο αυτό αποτελεί έναν μηχανισμό κατανομής της πληροϕορίας σε ένα δίκτυο το οποίο είναι ασϕαλές σε σιβυλλικές επιθέσεις Πρόβλεψη της τιμής του Bitcoin Ένα επίσης ενδιαϕέρον θέμα στο Bitcoin είναι η πρόβλεψη της τιμής του. Για να προβλεϕτεί η τιμή του είναι απαραίτητο να οριστούν οι παράγοντες οι οποίοι την επηρεάζουν. Καταρχάς όπως και στα παραδοσιακά νομίσματα, έτσι και στο Bitcoin η τιμή του επηρεάζεται από την προσϕορά και τη ζήτηση του νομίσματος. Η προσϕορά αυξάνεται κατά τη διάρκεια του χρόνου μέσω της ανακάλυψης καινούριου block που πραγματοποιείται κάθε 10 λεπτά περίπου. Η προσϕορά των BTCs μπορεί να ϕτάσει μέχρι τα 21 εκατομμύρια, όπως έχει προσδιοριστεί στο πρωτόκολλό του[56]. Παράλληλα όμως η προσϕορά του μπορεί να μειωθεί σε περίπτωση όπου χαθούν τα ιδιωτικά κλειδιά καθιστώντας ανέϕικτη τη χρήση της διεύθυνσης. Επίσης η πραγματική προσϕορά του νομίσματος χάνεται όταν διευθύνσεις συσσωρεύουν νομίσματα χωρίς να τα ξοδεύουν. Οι λογαριασμοί αυτοί ονομάζονται και λογαριασμοί αποταμίευσης. Η ζήτηση μπορεί να εξαρτηθεί από πολλούς παράγοντες, κάποιοι από τους οποίους είναι οι παρακάτω: Τα πλεονεκτήματα που διαθέτει, όπως το γεγονός πως είναι ένα ευέλικτο μέσο συναλλαγών, το οποίο υποστηρίζει ανώνυμες 4 Μία σιβυλλική επίθεση (sybil attack) υπονομεύει τον μηχανισμό πιστοποίησης με πλαστές ταυτότητες. 34

39 συναλλαγές ιδιαίτερα χαμηλού ποσού ανά τον κόσμο, το κάνουν ελκυστικό σε όλο και μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού. Νέοι χρήστες εισέρχονται μέσω της δημοσιότητας που λαμβάνει το δίκτυο από τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης και τα μέσα ενημέρωσης. Η χρήση του ως επενδυτικό μέσο και ως αποτελεσματικό μέσο πραγματοποίησης συναλλαγών από οποιοδήποτε μέρος του πλανήτη. Παράλληλα όμως, η δυσκολία απόκτησης BTCs, το μικρό σχετικά ποσοστό του πληθυσμού που κατέχει τα BTCs, το ρίσκο της χρήσης ενός νέου είδους νομίσματος μπορεί να μειώσουν τη ζήτηση. Να σημειωθεί επίσης ότι όσο η αγορά του Bitcoin είναι μικρή αυτό μπορεί πιο εύκολα να χειραγωγηθεί από επενδυτές με μεγάλο κε- ϕάλαιο οι οποίοι μπορούν να αυξήσουν τη προσϕορά ή τη ζήτηση ανάλογα με τα συμϕέροντά τους. Γενικότερα, αν και οι παράγοντες επηρεασμού της τιμής είναι δύσκολο να καθοριστούν και να υπολογιστούν, παρόλα αυτά ϕαίνεται ότι υπάρχει μία συσχέτιση μεταξύ της τιμής τους και του συνολικού όγκου των συναλλαγών. Επιπροσθέτως, η μετρική Bitcoin Days Destroyed ϕαίνεται να συσχετίζεται πιο άμεσα με την τιμή του νομίσματος. Τέλος, στο Bitcointalk forum παρουσιάστηκε μία μεθοδολογία πρόβλεψης της τιμής[57]. Τα βήματα αυτής της μεθοδολογίας είναι τα παρακάτω. 1. Παραλαβή του ημερίσιου ιστορικού της τιμής από ένα ανταλλακτήριο (π.χ Mt Gox) 2. Υπολογισμός της ποσοστιαίας ημερίσιας μεταβολής της τιμής. Αυτή υπολογίζεται ως εξής: Diff = P rice n+1 P rice n P rice n (1) 3. ημιουργία μαρκοβιανής αλυσίδας 5 της οποίας αρχική τιμή είναι η πιο πρόσϕατη ημερήσια τιμή. 5 Η αλυσίδα Μαρκόϕ είναι ένα μαθηματικό σύστημα που μέσα σε ένα πεπερασμένο αριθμό καταστάσεων, μεταβάλλεται από μία κατάσταση σε μία άλλη. Μία αλυσίδα Μαρκόϕ διαθέτει την μαρκοβιανή ιδιότητα, σύμϕωνα με την οποία κάθε επόμενη κατάσταση εξαρτάται μόνο από την προηγούμενη και όχι από τις υπόλοιπες που προηγήθηκαν. 35

40 4. Καταγραϕή των αλλαγών στην τιμή λόγω της κατανομής των διαϕορών που προκύπτουν από τα ιστορικά δεδομένα. 5. Ενημέρωση της τιμής κατά μία μελλοντική μέρα. 6. Επαναϕορά στο βήμα Σχετικά εργαλεία και συστήματα Το Bitcoin έχει αποτελέσει έναυσμα για τη δημιουργία ενός πολύμορϕου συνόλου από πλατϕόρμες και συστήματα τα οποία έχουν δώσει μία ιδιαίτερη δυναμική στις ηλεκτρονικές αγορές και όχι μόνο. Σε αυτή την υποενότητα παρουσιάζονται εργασίες όπου μέσω των οποίων προτάθηκαν νέα εργαλεία. Σε αυτό το πλαίσιο προτείνεται ένα εργαλείο το οποίο διαβάζει την πληροϕορία του blockchain (Michele Spagnuolo, 2013), πραγματοποιεί ομαδοποίηση των διευθύνσεων, κατατάσσει τις διευθύνσεις σε κατηγορίες και πραγματοποιεί οπτικοποίηση του γράϕου αναπαράστασης των συναλλαγών. Το εργαλείο αυτό είναι ανοικτού λογισμικού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σκελετός για πιο δυναμικά frameworks. Επίσης προτείνεται ένα σύστημα παρόμοιο με το Bitcoin, το οποίο ονομάζεται NooShare (Alex Coventry, 2012). Μία μονάδα του Nooshare συστήματος ονομάζεται nooshare(ns). Παρόλο που το συγκεκριμένο σύστημα προβάλει πολλά στοιχεία παρόμοια με αυτά του Bitcoin, δεν επιδιώκει να αντικαταστήσει το Bitcoin ως ένα σύστημα όπου συναλλάσσονται αγαθά. Αντίθετα ο στόχος του NooShare είναι η εγκαθίδρυσή του ως ένα σημαντικό μέλος στην αγορά υπολογιστικών πόρων. 6. Τέλος αντίθετα με το Bitcoin, στο NooShare οι υπολογισμοί δεν πραγματοποιούνται στη κάρτα γραϕικών. 6 Στην θεωρία υπολογιστικών πόρων, ένας υπολογιστικός πόρος είναι ο πόρος που χρησιμοποιείται από υπολογιστικά μοντέλα για την επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων[59] 36

41 2.7 Μέτρα αποτίμησης της δραστηριότητας στο Bitcoin. Σημαντικό ρόλο στην πραγματοποίηση και εξέλιξη της έρευνας σε κάθε τομέα παίζουν τα διάϕορα μέτρα που προτείνονται στις σχετικές εργασίες. Στην ενότητα αυτή θα παρατεθούν κάποια αξιόλογα και πολύ χρήσιμα μέτρα που αϕορούν στην αποτίμηση της δραστηριότητας στο Bitcoin. Τα μέτρα αυτά διακρινονται σε δυο βασικές κατηγορίες που επικεντρώνονται: στη δομή του γράϕου που προκύπτει βάσει των συναλλαγών, και στην έντασης/εξέλιξης της δραστηριότητας των επιμέρους διευθύνσεων Μέτρα βάσει του γράϕου των συναλλαγών Το δίκτυο του Bitcoin μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ένας κατευθυνόμενος γράϕος G = (N, T ) με κόμβους (N) τις διευθύνσεις και ακμές (T ) τις συναλλαγές που πραγματοποιούνται μεταξύ των διευθύνσεων. Για κάθε κόμβο ο αριθμός των συναλλαγών που καταλήγουν σε αυτόν ονομάζεται βαθμός εισόδου, ενώ ο αριθμός των συναλλαγών που ξεκινούν από αυτόν τον κόμβο ονομάζεται βαθμός εξόδου. Με βάση τον γράϕο των συναλλαγών ορίζονται οι παρακάτω μετρικές. Gini Coefficient: Μελετάται η εξέλιξη της διανομής του βαθμού των κόμβων στο δίκτυο του Bitcoin και προτείνεται η χρήση τoυ Gini Coefficient[51], ο οποίος επινοήθηκε αρχικά για τη μέτρηση της διανομής του εισοδήματος των πολιτών ανά χώρα(dániel Kondor et.al 2013). Οι τιμές που λαμβάνει ο συγκεκριμένος συντελεστής ανήκουν στο διάστημα [0,1]. Η μηδενική τιμή δηλώνει πως στο δίκτυο υπάρχει απόλυτη ισότητα μεταξύ των κόμβων, εννοώντας πως ο πλούτος διανέμεται ομοιόμορϕα μεταξύ των κόμβων, ενώ η τιμή 1 δηλώνει πως υπάρχει απόλυτη ανισότητα. Αυτό σημαίνει πως όλος ο πλούτος στο Bitcoin ανήκει σε έναν κόμβο μόνο. Για ένα δείγμα x i μεγέθους n ταξινομημένο αυξητικά (x i x i+1 ), ο Gini Coefficient υπολογίζεται ως εξής: G = 2 n i=1 ix i n n i=1 x n + 1 i n (2) 37

42 Pearson Coefficient: Μελετάται επίσης η σύνδεση των κόμβων σε σχέση με τον βαθμό τους. Για την απάντηση αυτού του ερωτήματος χρησιμοποιείται ο Pearson συντελεστής συσχέτισης[52]. Ο συντελεστής αυτός παίρνει τιμές στο διάστημα [-1,1]. Αρνητικές τιμές δηλώνουν πως στο δίκτυο κόμβοι με μικρό βαθμό είναι πιθανό να ενωθούν με κόμβους μεγάλου βαθμού, ενώ όσο η τιμή του Pearson πλησιάζει την μονάδα, τότε οι ενώσεις σχηματίζονται με κόμβους με παρόμοιο ή ίδιο βαθμό. Θεωρούμε ως σ out την τυπική απόκλιση εξόδου και αντίστοιχα σ in την τυπική απόκλιση εισόδου. Ορίζεται επίσης ως j out i ο βαθμός εξόδου του κόμβου που υπάρχει στην είσοδο της συναλλαγής t. Ορίζεται αντίστοιχα ως k in i ο βαθμός εισόδου του κόμβου που βρίσκεται στην είσοδο της συναλλαγής t. Έστω επίσης j out = t και k in = t Ο συντελεστής pearson για τους βαθμούς εισόδου και εξόδου είναι ο παρακάτω: j out T k in T. ρ = t (j e out j out )(k in e k in ) σ out σ in (3) Average Clustering Coefficient: Ένα θεμελιώδες ερώτημα της θεωρίας των γράϕων είναι ο εντοπισμός των τριγώνων. Η πυκνότητα των τριγώνων σε έναν γράϕο που αναπαριστά τις συναλλαγές στο Bitcoin είναι μία χρήσιμη μετρική, η οποία θα αναδείξει μεταξύ άλλων την περίπτωση όπου το Bitcoin αποτελεί ένα σύστημα όπου μερικοί ενθουσιώδεις χρήστες ανταλλάσσουν μεταξύ τους BTC. Στην εργασία[10] χρησιμοποιείται ο μέσος συντελεστής ομαδοποίησης (average clustering coefficient) για τον προσδιορισμό της πυκνότητας των τριγώνων του Bitcoin. Έστω N το σύνολο των διευθύνσεων ενός γράϕου. Έστω επίσης Α μία διεύθυνση που αποτελεί κόμβο του γρά- ϕου και A το σύνολο των τριγώνων που περιέχουν τον κόμβο Α. Για τον υπολογισμό του δεν λαμβάνεται υπόψη αν η διεύθυνση Α είναι αποστολέας ή αποδέκτης μίας συναλλαγής. Τέλος ορίζουμε ως d A τον βαθμό του κόμβου Α. Η τιμή του μέσου συντελεστή ομαδοποίησης (C) υπολογίζεται σύμϕωνα με τον παρακάτω τύπο: C = 1 N u A d A (d A 1)/2 (4) 38

43 2.7.2 Μέτρα βάσει της έντασης/εξέλιξης της δραστηριότητας Οι συναλλαγές που πραγματοποιούνται στο Bitcoin χαρακτηρίζονται από μεταβαλλόμενο όγκο και συχνότητα, τόσο στο επίπεδο του συνολικού γραϕου, όσο και αναϕορικά με τις επιμέρους διευθύνσεις/οντότητες. Για την αποτίμηση της έντασης και εξέλιξης της οικονομικής δραστηριότητας έχουν προταθεί οι παρακάτω μετρικές. Bitcoin Days Destroyed: Ένα χρήσιμο προς μελέτη ερώτημα αϕορά την οικονομική δραστηριότητα στο Bitcoin. Ένα πρώτο μέτρο είναι η μέτρηση του όγκου των συναλλαγών που πραγματοποιούνται σε διάστημα μίας μέρας. Αυτή η μετρική όμως αδυνατεί να ερμηνεύσει την πραγματική οικονομική δραστηριότητα στο Bitcoin, καθώς ένας χρήστης μπορεί να μεταϕέρει πολλές ϕορές Bitcoins από μία διεύθυνση που διαθέτει σε μία άλλη διεύθυνση που επίσης κατέχει. Με αυτόν τον τρόπο αυξάνεται ραγδαία ο συνολικός όγκος των συναλλαγών με αποτέλεσμα να μην αντιστοιχεί στην πραγματική οικονομική δραστηριότητα του δικτύου. Στο σχήμα 12 παρουσιάζεται ο συνολικός όγκος των συναλλαγών από τη δημιουργία του πρώτου Block μέχρι το Μάιο του Σχήμα 12: Ο συνολικός όγκος των συναλλαγών ανά ημέρα. Πηγή: Blockchain.info[22] Προτάθηκε επομένως μία νέα μετρική που σκοπό έχει την καλύτερη ερμηνεία της οικονομικής δραστηριότητας και που ονομάστηκε Bitcoin Days Destroyed [54]. Σύμϕωνα με αυτή τη μετρική, δίνεται ιδιαίτερο βάρος στα BTCs τα οποία δεν έχουν ξοδευτεί για κάποιο διάστημα. Για κάθε κάθε συναλλαγή που πραγματοποιείται, πολλαπλασιάζεται το ποσό που υπάρχει από κάθε κλειδί εισόδου με το διάστημα που το 39

44 συγκεκριμένο ποσό παρέμεινε αξόδευτο. Με αυτόν τον τρόπο παρέχεται μία καλύτερη ένδειξη των συναλλαγών που πραγματοποιούνται σε μία μέρα. Σε αυτή τη μετρική υπάρχουν όμως κάποια μειονεκτήματα. Τα ρέστα που προκύπτουν από κάποια συναλλαγή συνυπολογίζονται. Αυτό αυξάνει την τιμή της μετρικής μειώνοντας παράλληλα την ακρίβειά της. Επίσης, όπως και η μετρική που αϕορά τον συνολικό όγκο των συναλλαγών, έτσι και αυτή η μετρική δεν λαμβάνει υπόψη την οντότητα που συμμετέχει ως αποστολέας και ως αποδέκτης. Απώτερο αποτέλεσμα είναι να συνυπολογίζονται οι περιπτώσεις όπου ένας χρήστης ανταλλάσσει ποσά από μία διεύθυνση που διαθέτει σε μία άλλη που επίσης διαθέτει. Στο σχήμα 13 παρουσιάζεται ο συνολικός όγκος των συναλλαγών από τη δημιουργία του πρώτου Block μέχρι το Μάιο του Σχήμα 13: Bitcoin Days Destroyed ανά ημέρα. Πηγή: Blockchain.info[22] Τα σχήματα 12 και 13 ϕανερώνουν ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό της Bitcoin Days Destroyed μετρικής: Παρατηρούμε ότι σε περιόδους έντονης οικονομικής δραστηριότητας, όπως αυτή εκϕράζεται στο σχήμα του συνολικού όγκου συναλλαγών, η αντίστοιχη τιμή του Bitcoin Days Destroyed είναι ιδιαίτερα υψηλή. Η διαϕορά μάλιστα της συγκεκριμένης μέρας σε σχέση με τις γειτονικές της, είναι χαρακτηριστική. Συμπεραίνουμε επομένως ότι η Bitcoin Days Destroyed μετρική είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για τον εντοπισμό outliers στη διακύμανσης της οικονομικής δραστηριότητας, και ιδιαίτερα outliers που δηλώνουν υψηλή δραστηριότητα στο δίκτυο. Taint: Με τον όρο Taint ορίζεται το ποσοστό των χρημάτων που έχουν ληϕθεί από μία διεύθυνση, και που μπορούν να αντιστοιχιστούν 40

45 με την προηγούμενη διεύθυνση. Όσο πιο κοντά στο 0, τόσο δυσκολότερο να εντοπιστεί η προηγούμενη διεύθυνση, άρα τόσο μεγαλύτερη η ανωνυμία. Το blockchain.info[55] παρέχει μία υπηρεσία όπου δίνοντας μία διεύθυνση προσμετράται η taint τιμή της. Η συγκεκριμένη μετρική χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ανωνυμίας που παρέχεται από ένα Mixing service. Ένα mixing service χρησιμοποιείται ώστε να αναμειχθούν μεταξύ τους BTCs που ανήκουν σε διαϕορετικά πορτοϕόλια, με σκοπό να είναι δύσκολη έως αδύνατη η ανίχνευση της προέλευσης του χρηματικού ποσού. Κάτι αντίστοιχο που πραγματοποιείται με τα παραδοσιακά οικονομικά συστήματα είναι η μεταϕορά των χρημάτων σε τράπεζες που ανήκουν σε χώρες με ιδιαίτερα αυστηρό απόρρητο τραπεζικών λογαριασμών. Τα mixing services παρέχουν ανωνυμία, χρησιμοποιούνται όμως παράλληλα για ξέπλυμα χρήματος. Η taint ανάλυση μπορεί να αξιολογήσει την ανωνυμία ενός mixing service. Παρατίθεται το παρακάτω σενάριο: Έστω ότι μία διεύθυνση Α στέλνει Bitcoins σε ένα mixing service. Αυτά τα BTCs παραλαμβάνονται έπειτα από μία διεύθυνση Β. Σε περίπτωση που η διεύθυνση Α εντοπίζεται στη λίστα των διευθύνσεων που κατείχαν το ποσό πριν από τη διεύθυνση Β, τότε η ανωνυμία που παρέχει το mixing service είναι χαμηλού επιπέδου. Αριθμός ανενεργών διευθύνσεων: Στην εργασία[7] γίνεται προσπάθεια για την εύρεση των ανενεργών διευθύνσεων. Για τον προσδιορισμό τους ορίζεται ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα μέσα στο οποίο οι διευθύνσεις έχουν μείνει ανενεργές. Το χρονικό διάστημα που ορίστηκε στη συγκεκριμένη εργασία είναι 6 μήνες. Με τον όρο ανενεργή διεύθυνση ορίζουμε επομένως τη διεύθυνση που δεν συμμετείχε σε καμία συναλλαγή, ούτε ως αποστολέας ούτε ως αποδέκτης σε αυτό το χρονικό διάστημα. Αριθμός zombie διευθύνσεων: Αντίστοιχα με τις ανενεργές διευθύνσεις υπάρχουν και οι zombie διευθύνσεις. Είναι αυτές που ενώ δεν έχουν εμϕανιστεί μέσα σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, παρόλα αυτά γίνονται πάλι ενεργές και συμμετέχουν ως είσοδοι ή έξοδοι σε κάποια συναλλαγή. 41

46 3 Συνεισϕορά της εργασίας στην ερευνητική δραστηριότητα σχετικά με το Bitcoin Σε αυτήν την ενότητα παραθέτουμε την συνεισϕορά της παρούσας εργασίας στην ερευνητική δραστηριότητα γύρω από το Bitcoin. Ένα ζήτημα σχετικό με το Bitcoin που αξίζει να διερευνηθεί είναι η εκμετάλλευση της πληροϕορίας που υπάρχει στο διαδίκτυο και αϕορά στις διευθύνσεις που έχουν ταυτοποιηθεί από τους κατόχους τους. Οι διευθύνσεις αυτές περιέχουν μία ετικέτα η οποία σχετίζεται με το ρόλο του κατόχου της διεύθυνσης, όπως π.χ. μια διεύθυνση για δωρεές ή που ανήκει σε κάποια αγορά συναλλάγματος. Θεωρούμε ότι οι χρήστες που έχουν έναν κοινό ρόλο αποτελούν μια κοινότητα, και δημιουργούμε ένα σύνολο δεδομένων που ονομάζουμε bitcoin Communities και αϕορά μόνο σε διευθύνσεις που έχουν συμμετάσχει σε τουλάχιστον μία κοινότητα. Στη συνέχεια πραγματοποιούμε ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας στο δίκτυο, η οποία επικεντρώνεται σε τρεις βασικούς άξονες: Την εύρεση και ανάλυση των λογαριασμών αποταμίευσης, την ανάλυση της διανομής του πλούτου στους χρήστες και τις κοινότητες του Bitcoin, και τέλος την ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας και την πρόβλεψη της τιμής του νομίσματος. 3.1 Κατηγοριοποίηση χρηστών σε κοινότητες Το Bitcoin προσϕέρει μία σχετική ανωνυμία στις συναλλαγές. Ενώ οι συναλλαγές είναι δημόσια προσβάσιμες, δεν υπάρχουν δημοσιευμένα στοιχεία των χρηστών που συμμετέχουν σε αυτές. Ένας χρήστης μπορεί να κατέχει πολλές διευθύνσεις μέσω των οποίων πραγματοποιεί συναλλαγές. Το ίδιο Bitcoin μάλιστα ενθαρρύνει τους χρήστες να χρησιμοποιούν μεγάλο αριθμό διευθύνσεων. Με την εϕαρμογή όμως τεχνικών ομαδοποίησης διευθύνσεων είναι εϕικτή η εύρεση πολλαπλών διευθύνσεων που κατέχει ένας χρήστης, οδηγώντας έτσι στη δημιουργία οντοτήτων. Μία οντότητα ένα σύνολο διευθύνσεων οι οποίες ανήκουν σε έναν χρήστη. Με τη σειρά της μία οντότητα μπορεί να ανήκει σε μία κοινότητα. Κοινότητα είναι το σύνολο των οντοτήτων που παρουσιάζουν παρόμοια γνωρίσματα. Επομένως μία διεύθυνση μπορεί να ανήκει σε μία οντότητα και η οντότητα αυτή να είναι μέρος μίας ομάδας οντοτήτων που ονομάζουμε κοινότητα. Ένα ερευνητικό πρόβλημα που μας απασχόλησε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας ήταν η ομαδοποίηση των Bitcoin διευθύνσεων. Η ομαδοποίηση 42

47 των διευθύνσεων μας επιτρέπει να έχουμε μία πληρέστερη εικόνα των χρηστών που συμμετέχουν στο δίκτυο. Στο κεϕάλαιο 4.3 εϕαρμόζουμε τόσο την τεχνική ομαδοποίησης διευθύνσεων εισόδου, όσο και τις δύο τεχνικές εύρεσης διευθύνσεων για τα ρέστα που προτάθηκαν στην εργασία [2] και [6] αντίστοιχα, δημιουργήσαμε οντότητες τις οποίες αναθέσαμε σε κοινότητες. Με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιούμε μία επέκταση της ίδιας της υπόστασης της διεύθυνσης. Η διεύθυνση επομένως ανήκει σε μία οντότητα που με τη σειρά της ανήκει σε μία ομάδα οντοτήτων που ονομάζουμε κοινότητα. Οι κοινότητες αυτές είναι οι παρακάτω: 1. Miners, 2. Mining pools, 3. Αγορές συναλλάγματος, 4. Χρήστες του Silk Road, 5. Stocks, 6. Casascius ϕυσικά νομίσματα, 7. Shareholders, 8. ωρεές, 9. Τυχερά παιχνίδια, 10. Λογαριασμοί που ανήκουν στο πιο γνωστό forum σχετικά με το Bitcon, το Bitcointalk, και 11. Bitcoin OTC Λογαριασμοί. Για την επίτευξη πληρέστερης κατηγοριοποίησης, επεκτείναμε την αρχική ομαδοποίηση των χρηστών με τη χρησιμοποίηση λιστών σχετικές με τις κοινότητες που παραθέσαμε παραπάνω. Τις λίστες αυτές τις δημοσίευσε ο Spagnuolo Michel[7]. Κάθε λίστα, περιλαμβάνει διευθύνσεις σχετικές με αυτή. Παραδείγματος χάρη, υπάρχει η λίστα με τους χρήστες του μεγαλύτερου forum σχετικά με το Bitcoin, το Bitcoin talk. Οι ίδιοι οι χρήστες του forum έχουν δηλώσει τις διευθύνσεις που κατέχουν. Οι διευθύνσεις αυτές συλλέχθηκαν και εισήχθηκαν στη σχετική λίστα. Γίνεται επίσης χρήση μιας λίστας με διευθύνσεις που διαθέτουν ετικέτα και έχουν επαληθευτεί από τον κάτοχό τους. Η λίστα αυτή παρέχεται από το blockchain.info[21], και περιλαμβάνει μεταξύ άλλων οργανισμούς που έχουν επαληθεύσει την κυριότητα της διεύθυνσης και ζητούν δωρεές μέσω του Bitcoin. 43

48 Τα mining pools είναι ένας τρόπος για να μπορούν πολλοί miners να εκμεταλλευτούν την υπολογιστική ισχύ τους και να κερδίσουν συλλογικά Bitcoins, μοιράζοντας παράλληλα το κέρδος ανάλογα με την συνεισϕορά τους. Για την υπαγωγή μίας διεύθυνσης στην κοινότητα των mining pools, χρησιμοποιείται ένας scrapper που εξάγει τις διευθύνσεις που ανήκουν στα mining pools από μία online λίστα [29]. Στη συνέχεια, έχοντας πληροϕορία για το ρόλο του εκάστοτε κλειδιού, μέσω των ετικετών-κατηγοριών που συλλέξαμε από τις παραπάνω λίστες διευθύνσεων, καθώς επίσης και για την οντότητα στην οποία αυτό ανήκει, αντιστοιχίσαμε και τα υπόλοιπα κλειδιά της οντότητας σε αυτή την ετικέτα. Επομένως, με αυτό τον τρόπο εμπλουτίσαμε τις κοινότητες με επιπλέον δημόσια κλειδιά που ανήκουν σε αυτές. 3.2 Παρουσίαση του Bitcoin Communities συνόλου δεδομένων Στην Ενότητα 4.5 παρουσιάζουμε το Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων, το οποίο επικεντρώνεται αποκλειστικά στις οντότητες που ανήκουν σε μία τουλάχιστον κοινότητα. Το Bitcoin Communities περιλαμβάνει 57 χαρακτηριστικά για κάθε οντότητα που αϕορούν στην κατάστασή της, στη γενικότερη οικονομική δραστηριότητά της, στην οικονομική δραστηριότητα εντός και εκτός της κοινότητας στην οποία ανήκει, και στη δραστηριότητά της σε σχέση με το χρόνο. Στην ενότητα αυτή δίνεται ιδιαίτερη σημασία στην ανακάλυψη των κοινοτήτων έχουν κυρίαρχη παρουσία στο δίκτυο σε σχέση με τις υπόλοιπες. Το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων διαθέτοντας μία πληθώρα χαρακτηριστικών, αποτελεί πηγή πληροϕορίας στην οποία βασίζονται και τα επόμενα κεϕάλαια της εργασίας. Παράδειγμα αποτελεί η ανάλυση που παρουσιάζεται στην Ενότητα 5.1.2, η οποία αϕορά στη συσχέτιση της κάθε κοινότητας με τον αριθμό λογαριασμών αποταμίευσης που περιέχει. Τέλος, το Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων αποτελεί χρήσιμη και ενδιαϕέρουσα πηγή για μελλοντική έρευνα σχετικές με τις κοινότητες του δικτύου και τη δραστηριότητά τους. 44

49 3.3 Ανάλυση οικονομικής δραστηριότητας στο Bitcoin ιανομή πλούτου Έχοντας ομαδοποιήσει και κατατάξει τους χρήστες σε σχέση με τον ρόλο τους στο Bitcoin, απαντάμε στο ερώτημα που αϕορά στην διανομή του πλούτου στο Bitcoin. Μία πρώτη προσέγγιση η οποία επιχειρήθηκε από τους Daniel Kondor et al.[10] αναλύει τη διανομή του πλούτου ανάλογα με τον βαθμό του κάθε κόμβου, τον αριθμό δηλαδή των συναλλαγών εισόδου και τον συναλλαγών εξόδων του. Επιπλέον, στη συγκεκριμένη εργασία αναλύεται η διανομή των βαθμών των κόμβων στην πάροδο του χρόνου. Ενώ όμως στην εργασία αυτή κάθε διεύθυνση λαμβάνεται ξεχωριστά, στην παρούσα διπλωματική διερευνάται η διανομή του πλούτου λαμβάνοντας υπόψη πως πολλές διευθύνσεις μπορεί να ανήκουν σε έναν χρήστη. Επίσης, έχοντας κατηγοριοποιήσει τους χρήστες ανάλογα με το ρόλο τους στο Bitcoin, αναλύουμε την διανομή του πλούτου ανά κοινότητα. Με αυτόν τον τρόπο απαντάμε στην εξής απλή ερώτηση: Από ποιους διανέμεται ο πλούτος στο Bitcoin; Επίσης, συσχετίζοντας την παραπάνω ανάλυση με τον χρόνο, και συγκεκριμένα με σημαντικά χρονικά σημεία στην πορεία του Bitcoin, μπορούμε να δούμε αν αλλάζει η διανομή του νομίσματος στο χρόνο Λογαριασμοί αποταμίευσης και πρόβλεψη της τιμής Στην Ενότητα 5.1 ορίζοντας ως λογαριασμό αποταμίευσης τη διεύθυνση η οποία έχει παραλάβει κάποιον αριθμό BTCs χωρίς όμως να έχει συμμετάσχει σε οποιαδήποτε αποστολή, αναλύουμε την διαμόρ- ϕωση του πλήθους των λογαριασμών αποταμίευσης στο χρόνο. Με αυτό τον τρόπο παρατηρούμε το ποσοστό αποταμίευσης, καθώς επίσης και το πως αυτό εξελίσσεται στον χρόνο. Εξετάζεται επίσης η συσχέτιση της τιμής του Bitcoin με τη συμπεριϕορά των λογαριασμών αποταμίευσης, έτσι ώστε να διαπιστωθεί αν το Bitcoin χρησιμοποιείται σαν νόμισμα, ή σαν μέσο επένδυσης. Παραδείγματος χάρη, θα μπορούσε κάποιος να ισχυριστεί ότι ένα ποσοστό των χρηστών χρησιμοποιεί το Bitcoin σαν επενδυτικό μέσο, αγοράζοντας και πουλώντας BTCs σε διαϕορετικές τιμές με σκοπό το κέρδος. Αν αυτή η συμπερι- ϕορά συσχετιστεί και με ενδεχόμενη αυξομείωση της τιμής του Bitcoin, υπάρχει ένδειξη για επηρεασμό της τιμής του Bitcoin με σκοπό το κατ ιδίαν κέρδος. 45

50 Τέλος, στην Ενότητα 5.3 αναλύουμε για το διάστημα μεταξύ 17/08/10 και 09/07/13 την οικονομική δραστηριότητα στο δίκτυο βάσει 11 μέτρων, μεταξύ των οποίων και της ίδιας της τιμής του νομίσματος όπως δίνεται από τα μεγαλύτερα ανταλλακτήρια, αλλά και μέτρων που αϕορούν στους λογαριασμούς αποταμίευσης που αναϕέραμε παραπάνω. Πραγματοποιούμε παραγοντική ανάλυση στις μεταβλητές αυτές για να διαπιστώσουμε τους βασικούς παράγοντες που σχηματίζονται και παρουσιάζουμε ένα μοντέλο παλινδρόμησης στόχος του οποίου είναι η πρόβλεψη της τιμής του Bitcoin. 46

51 4 Το Εργαλείο Bitcoin Abe και το Σύνολο εδομένων Bitcoin Communities Σε αυτό το κεϕάλαιο γίνεται η παρουσίαση του Bitcoin Communities, ενός συνόλου δεδομένων που αϕορά σε οντότητες που ανήκουν σε τουλάχιστον μία κοινότητα. Για την παραγωγή του Bitcoin Communities απαιτείται η παρακάτω σειρά βημάτων. Το πρώτο βήμα για την ανάλυση των δραστηριοτήτων στο Bitcoin είναι η πρόσβαση στο ιστορικό των συναλλαγών και η αποθήκευσή τους. Στην Ενότητα 4.3 ανα- ϕέρουμε αρχικά τα υϕιστάμενα εργαλεία που χρησιμοποιήσαμε γι αυτόν τον σκοπό καθώς επίσης και τους λόγους που οδήγησαν στην απόρριψή τους. Στην Ενότητα αναλύουμε το Bitcoin Abe[34], το εργαλείο που τελικά επιλέξαμε για την αποθήκευση του ιστορικού των συναλλαγών στο Bitcoin. Έχοντας το αρχικό σύνολο δεδομένων, στόχος μας ήταν να επεξεργαστούμε τα ήδη υπάρχοντα δεδομένα του και να το εμπλουτίσουμε με νέα, διαδικασία που αναλύουμε στην Ενότητα 4.4. Έχοντας παρουσιάσει τα παραπάνω στάδια, παρουσιάζουμε στην Ενότητα 4.5 το Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων, το οποίο αποτελεί ένα υποσύνολο του επεκταμένου σχήματος του bitcoin abe επικεντρωμένο μόνο στις οντότητες που συμμετέχουν σε κοινότητες. Το Bitcoin Communities, το οποίο περιέχει 57 χαρακτηριστικά για κάθε οντότητα, αποτελεί από μόνο του μία νέα πηγή πληροϕοριών για μία ανάλυση που στοχεύει στη δραστηριότητα των κοινοτήτων στο δίκτυο. Στη συνέχεια δίνουμε μία αρχική γενική περιγραϕή σχετικά με το Bitcoin Communities. 4.1 Γενική περιγραϕή εργαλείου για τη δημιουγία του Bitcoin Communities Ένας από τους βασικότερους στόχους που θέτει η παρούσα εργασία είναι η ανεύρεση και μελέτη των κοινοτήτων που συμμετέχουν κατά κύριο λόγο στο Bitcoin, καθώς επίσης και η μελέτη των σχέσεων που υπάρχουν μεταξύ τους. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι απαραίτητη η εύρεση των συναλλαγών που πραγματοποιούνται στο δίκτυο. ημιουργήθηκε επίσης ένα σύνολο από εργαλεία που έχει ως σκοπό την πλαισίωση του συγκεκριμένου συνόλου δεδομένων και τον εμπλουτισμό του με νέα δεδομένα. Μέσα από αυτό το σύστημα θα είναι δυνατή 47

52 τόσο η παρουσίαση, όσο και η περαιτέρω μελέτη των κοινοτήτων που απαρτίζουν το Bitcoin. Όπως έχει προαναϕερθεί, το ιστορικό των συναλλαγών στο Bitcoin είναι δημόσια προσβάσιμο. Χρησιμοποιώντας το εργαλείο Bitcoin Abe καταϕέραμε να αποθηκεύσουμε το σύνολο των συναλλαγών σε μία σχεσιακή βάση. Έπειτα υλοποιήθηκαν εργαλεία σε java τα οποία είχαν ως στόχο την πρόσβαση σε σημαντική πληροϕορία που υπάρχει αναρτημένη στο διαδίκτυο, την ανάγνωση λιστών με κατηγοριοποιημένες διευθύνσεις που δημοσιεύτηκαν στην εργασία [8], την εϕαρμογή τεχνικών στα ήδη υπάρχοντα δεδομένα και τέλος τη δημιουργία νέων πινάκων οι οποίοι αποτελούν ένα πλαίσιο του Bitcoin Abe. Συνδυάζοντας τους νέους πίνακες μεταξύ τους, αλλά και με το ήδη υπάρχον σχήμα που προσϕέρει το Bitcoin Abe, καταϕέραμε να δημιουργήσουμε το Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων, που αϕορά στις κοινότητες του Bitcoin. Το Σχήμα 14 παρουσιάζει σε ένα γενικό επίπεδο το σύστημα που σχεδιάστηκε, το οποίο αποτελείται από πολλά, ξεχωριστά μεταξύ τους τμήματα. Μέρος της πληροϕορίας ενός τμήματος χρησιμοποιήθηκε ως πηγή για την δημιουργία ενός άλλου. Αυτή η σχέση εμϕανίζεται στο σχήμα με το σχηματισμό βελών, όπου ένα βέλος αντιστοιχεί στην είσοδο της πληροϕορίας από ενα τμήμα προς το τμήμα-αποδέκτη της. Παραδείγματος χάρη, χρησιμοποιώντας μέρος των πινάκων Mining Pool, Donation, User Edge, Advance Shadow και Entity Index, καταϕέραμε να δημιουργήσουμε το Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων. Στο Σχήμα 14 υπάρχουν πέντε αντίστοιχα βέλη, τα οποία έχουν ως είσοδο τους πέντε παραπάνω πίνακες και ως έξοδο το Bicoin Communities σύνολο δεδομένων. Μοναδική εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα αποτελούν οι Cluster Manager και Scrapper. Οι παραπάνω υλοποιήσεις σε java, αποτελούν ουσιαστικά μηχανισμούς συλλογής και επεξεργασίας της πληροϕορίας με σκοπό τη δημιουργία μέρους του επεκταμένου σχήματος του bitcoin abe. Η πηγή τους είναι το Bitiodine clusters και mining pool/address tags αντίστοιχα, οι λίστες διευθύνσεων που αναλύονται στην ενότητα 4.2, ενώ η έξοδός τους είναι οι πίνακες Entity index, Donation και Mining Pool. Για την καλύτερη οργάνωση και επεξήγηση του συστήματος το χωρίσαμε σε πέντε βασικά μέρη που είναι: 1. Η κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων μέσω των λιστών της υποενότητας 4.2. Οι λίστες αυτές περιέχουν διευθύνσεις οι οποίες έχουν δηλωθεί από τους κατόχους τους και πάρθηκαν από το Bitiodine [7], το blockchain και το Block Origin[29]. 48

53 2. H Bitcoin Abe βάση δεδομένων. 3. Τα εργαλεία που υλοποιήθηκαν σε Java. 4. Η επέκταση του σχήματος τους Bitcoin Abe. 5. Tο Bitcoin Communities, δηλαδή το τελικό σύνολο δεδομένων που δημιουργήθηκε. Στη Σχήμα 14, το γαλάζιο πλαίσιο εσωκλείει τη πληροϕορία που είναι διαθέσιμη σε δύο διαδικτυακούς τόπους, το blockchain και το Block Origin. Ο πρώτος διαθέτει μία λίστα διευθύνσεων οι οποίες διαθέτουν μία ετικέτα, ενώ η λίστα αυτή ανανεώνεται συνεχώς. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας συλλέχθηκαν διευθύνσεις, εκ των οποίων οι έχουν συμμετάσχει σε κάποια συναλλαγή στο χρονικό εύρος των συναλλαγών που διαθέτουμε. Οι πλειονότητα των διευθύνσεων αυτών είναι κοινωϕελείς οργανισμοί οι οποίοι χρησιμοποιούν το Bitcoin για συλλογή δωρεών. Επομένως η λίστα αυτή χρησιμοποιήθηκε για την εύρεση των οντοτήτων που αποσκοπούν σε δωρεές μέσω του Bitcoin. Ο δεύτερος διαδικτυακός τόπος, το Block Origin, διαθέτει μία λίστα με τα τελευταία 2016 blocks που εξορύχτηκαν από Mining Pool πλατϕόρμες. Συλλέγοντας στις 14 Απριλίου 2014 μία λίστα με 2016 blocks, όπου το καθένα αντιστοιχίζεται με το mining pool που το ανακάλυψε, βρήκαμε 1158 διευθύνσεις οι οποίες αντιστοιχούν σε 41 οντότητες. Στο ίδιο Σχήμα και αριστερά του μπλε πλαισίου διακρίνονται οι λίστες με τις διευθύνσεις οι οποίες αποτελούν μέρος του εργαλείου Bitiodine[8]. Οι λίστες αυτές περιέχουν εννιά κοινότητες χρηστών (Stocks, Bitcoinotc, Shareholders, Bitcointalk, Casascius, Exchanges, Gambling, Silkroad, Malware) οι οποίες θα αναλυθούν σε επόμενη ενότητα. Οι λίστες αυτές διαβάστηκαν με το εργαλείο Cluster manager, το οποίο εμπλούτισε τον πίνακα Entity index με πληροϕορία που αϕορά στις εννιά αυτές κοινότητες. Από τη διαδικτυακή πληροϕορία και από το bitiodine δημιουργήθηκαν τελικά έντεκα κοινότητες. Σε αυτές προστέθηκε και η κοινότητα των miners, οι οποίοι ορίζονται ως οι οντότητες που δέχονται την πρώτη συναλλαγή κάθε block. Η ανάλυση των παραπάνω πραγματοποιείται στην Ενότητα 4.2. Το γκρι πλαίσιο του Σχήματος περιλαμβάνει τον πυρήνα της βάσης δεδομένων που δημιουργήθηκε από το Bitcoin Abe. Η βάση αυτή πλαισιώθηκε με πίνακες οι οποίοι δημιουργήθηκαν από τα προαναϕερθέντα μέρη του συστήματος (διαδικτυακό περιεχόμενο και Bitiodine λίστες), αλλά και από τεχνικές που εϕαρμόστηκαν από ένα σύνολο 49

54 java εργαλείων που υλοποιήθηκαν. Την επεξήγηση του Bitcoin Abe την πραγματοποιούμε στην Ενότητα 4.3 ενώ την διαδικασία και το αποτέλεσμα του επεκταμένου σχήματος του Bitcoin Abeτα καταγράϕουμε στην Ενότητα 4.4. Για τη μελέτη των κοινοτήτων στο Bitcoin ήταν απαραίτητη η εξόρυξη της χρήσιμης πληροϕορίας του ενισχυμένου Bitcoin Abe σχήματος με στόχο τη δημιουργία νέων χαρακτηριστικών, Με αυτόν τον τρόπο δημιουργήθηκαν 57 χαρακτηριστικά για ένα σύνολο οντοτήτων οι οποίες ανήκουν σε έστω μία κοινότητα. Οι εγγραϕές αυτές αποτελούν το Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων, το οποίο παρουσιάζεται στην Ενότητα

55 Σχήμα 14: Η συνολική εικόνα του συστήματος που αναπτύχθηκε 51

56 4.2 Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων σε κοινότητες Για την ανάλυση της δραστηριότητας των οντοτήτων του Bitcoin, είναι απαραίτητη η ανάθεση των διευθύνσεων σε κοινότητες. Εϕαρμόζοντας τεχνικές ομαδοποίησης των διευθύνσεων σε οντότητες θα είναι εϕικτή και η ένταξη μίας οντότητας, δηλαδή ενός συνόλου από διευθύνσεις που αντιστοιχούν σε ένα χρηστη, σε μία ή περισσότερες κοινότητες. Αναζητήσαμε αρχικά διευθύνσεις που ρητά έχουν δηλωθεί ότι ανήκουν σε μία κοινότητα. Έπειτα ακολουθήσαμε τα παρακάτω βήματα. 1. Εξαγωγή του κλειδιού που έχει δηλωθεί πως ανήκει σε κοινότητα. 2. Εύρεση των υπολοίπων κλειδιών που ανήκουν στην ίδια οντότητα. 3. Ένταξη των υπολοίπων κλειδιών στην κοινότητα του κλειδιού του Βήματος 1. Στο παρόν κεϕάλαιο περιγράϕεται η μεθοδολογία συλλογής των δηλωμένων οντοτήτων του δικτύου. Πρόκειται για το αρχικό τμήμα του συνολικού συστήματος που υλοποιήθηκε και που παρουσιάζεται στο Σχήμα 14. Σχήμα 15: Το υποσύστημα που περιλαμβάνει την συλλογή των διευθύνσεων που ανήκουν σε κοινότητες 52

57 4.2.1 Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων ως donations Στο blockchain υπάρχει μία λίστα με διευθύνσεις που ϕέρουν μία αναγνωριστική ετικέτα η οποία έχει δηλωθεί από τους κατόχους τους[21]. Από αυτές τις διευθύνσεις αρχικό στόχος ήταν να αποθηκευτούν αυτές οι οποίες σχετίζονται με οργανισμό που χρησιμοποιεί το Bitcoin σαν μέσο συλλογής δωρεών. Μία ετικέτα σε κάποια διεύθυνση δεν σημαίνει, όμως, απαραίτητα ότι αυτή η διεύθυνση χρησιμοποιείται για την ενίσχυση ενός οργανισμού, αλλά μπορεί να έχει και άλλη χρήση. Επομένως, από τις ετικέτες που συλλέξαμε αϕαιρέσαμε αυτές που έχουν κατηγοριοποιθεί ως mining pools, gambling και exchanges. Το σύνολο των διευθύνσεων που παρέμειναν θεωρούνται ως donation διευθύνσεις και συμμετέχουν σε συναλλαγές, δείχνοντας ότι αποτελούν ένα ζωτικό κομμάτι του Bitcoin. Το Σχήμα 16 παρουσιάζει τις 15 οντότητες με τη μεγαλύτερη δραστηριότητα όσον αϕορά στις συναλλαγές εισόδου και εξόδου. Στο διάγραμμα δεν προστέθηκε η οντότητα faucet Donation η οποία αποτελείται από ένα κλειδί μόνο και συμμετέχει σε συναλλαγές εξόδου και συναλλαγές εισόδου, καθώς θεωρήθηκε outlier το οποίο αλλοιώνει τη συνολική εικόνα των υπόλοιπων οντοτήτων. Το μέγεθος της κάθε ϕυσαλίδας στο διάγραμμα εξαρτάται από τον αριθμό δημόσιων κλειδιών που αυτή περιέχει. Η οντότητα Instawallet ϕαίνεται να δέχεται τις περισσότερες συναλλαγές (10.434), περισσότερες από την BUND Berlin, η οποία όμως περιέχει αισθητά περισσότερα δημόσια κλειδιά από τη πρώτη. Ενδιαϕέρον παρουσιάζουν επίσης οντότητες όπως η pinballcoin και η DPP, οι οποίες αν και περιέχουν ελάχιστο αριθμό δημοσίων κλειδιών, παρόλα αυτά παρουσιάζουν μία έντονη δραστηριότητα. 53

58 Σχήμα 16: Οι 15 donation οντότητες με βάση τον αριθμό συναλλαγών εισόδου και εξόδου Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων ως mining pools Μία ακόμα πηγή πληροϕοριών σχετικά με τις κοινότητες ήταν η ιστοσελίδα Block Origin, η οποία διαθέτει μία λίστα με τα τελευταία blocks που εξορύχτηκαν από Mining Pool πλατϕόρμες. Για τις δύο αυτές πηγές αναπτύχθηκε κώδικας σε Java ο οποίος πραγματοποιεί αιτήματα στη σελίδα και αποθηκεύει τα δεδομένα σε αντίστοιχους πίνακες στη βάση δεδομένων. Συλλέγοντας στις 14 Απριλίου 2014 μία λίστα με blocks που ανακαλύϕθηκαν από mining pools, βρήκαμε διευθύνσεις οι οποίες αντιστοιχούν σε 41 οντότητες. Το ίδιο εργαλείο χρησιμοποιήθηκε για να εισάγει διευθύνσεις με ετικέτες στη βάση δεδομένων. Στην περίπτωση των mining pools εϕαρμόσαμε μία επιπλέον τεχνική για την ομαδοποίηση των δημοσίων κλειδιών. Πιο συγκεκριμένα, ακολουθήσαμε τα βήματα εύρεσης και των υπολοίπων κλειδιών που ανή- 54

59 κουν στην ίδια οντότητα και έπειτα εισάγαμε τα κλειδιά αυτά στην mining pool κοινότητα. Με αυτόν τον τρόπο εντοπίστηκαν 41 οντότητες. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας μία ετικέτα που αϕορά το όνομα του κάθε mining pool, ομαδοποιήσαμε περαιτέρω τις παραπάνω οντότητες. Την ετικέτα του mining pool την αλιεύσαμε από το Blockchain, και συγκεκριμένα από τη λίστα που περιλαμβάνει τις διευθύνσεις που διαθέτουν ετικέτα. Έτσι λοιπόν προχωρήσαμε στη συγχώνευση miining pool οντοτήτων με κοινό όνομα, μειώνοντας έτσι το συνολικό νούμερο των mining pool οντοτήτων από 41 σε 7. Το Σχήμα 17 παρουσιάζει τις επτά mining pool οντότητες που ανακαλύϕθηκαν, με το μέγεθος της κάθε ϕυσαλίδας να είναι ανάλογο των συνολικών blocks που έχει κερδίσει η αντίστοιχη οντότητα. Τη μεγαλύτερη δραστηριότητα παρουσιάζει το BTC Guild. Τη δεύτερη θέση καταλαμβάνει το Bitminter, το οποίο μπορεί να περιλαμβάνει μικρό αριθμό δημοσίων κλειδιών αλλά έχει δεχτεί το 30% περίπου των εσόδων που κέρδισαν τα mining pools λόγω της εξόρυξης Βitcoins. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να γίνουν ορισμένες παρατηρήσεις. Καταρχήν, η τελευταία συναλλαγή που διαθέτουμε πραγματοποιήθηκε στις 9 Ιουλίου του 2013, ενώ η συλλογή των διευθύνσεων που αντιστοιχούν σε mining pools έλαβε χωρα στις 14 Απριλίου Οι mining pool διευθύνσεις που διαθέτουμε έχουν συλλέξει τουλάχιστον 1 block από τη 1 Απριλίου 2014 έως τις 14 Απριλίου Το γεγονός ότι από τις συνολικά διευθύνσεις οι μισές περίπου εμϕανίζουν συμμετοχή τουλάχιστον εννιά μήνες πριν παίρνοντας μέρος σε ένα σημαντικό ποσοστό εξορύξεων, είναι ένα δείγμα πως τα mining pools δεν ακολουθούν την λογική της δημιουργίας διεύθυνσης για κάθε συναλλαγή, αλλά αντίθετα, διαθέτουν έναν μικρό σχετικά αριθμό διευθύνσεων, οι οποίες συμμετέχουν σε μεγάλο αριθμό συναλλαγών. Η δημιουργία πολλών διευθύνσεων για ένα χρήστη προτείνεται από το ίδιο το Bitcoin για την καλύτερη παροχή ανωνυμίας στις συναλλαγές. Αυτό όμως ίσως να μην συμϕέρει τα mining pools, τα οποία επιδίδονται σε έναν ανταγωνισμό για τη διασϕάλιση και διαϕήμιση των blocks που ανακαλύπτουν. Επομένως για την καλύτερη διαϕήμισή τους χρησιμοποιούν συγκεκριμένες διευθύνσεις για την παραλαβή των ανταμοιβών, ενώ παράλληλα προσθέτουν ετικέτα στη διεύθυνση έτσι ώστε να είναι ευδιάκριτη. Ενδιαϕέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι τη στιγμή που γράϕεται η 7 Αυτό υπολογίζεται θεωρώντας ότι ένα block εξορύσσεται ανά 10 λεπτά. Επομένως τα block έχουν εξορυχθεί σε ένα διάστημα 14 ημερών 55

60 Σχήμα 17: Οι mining pool οντότητες σε σχέση με τον αριθμό δημοσίων κλειδιών και τα έσοδα από την επιβράβευση εύρεσης ενός block. παρούσα εργασία (Οκτώβριος 2014), το μεγαλύτερο mining pool είναι το GHash.IO[36], το οποίο κατέχει περίπου το ένα τρίτο της συνολικής ισχύς του δικτύου [37]. Παρόλα αυτά το GHash.IO απουσιάζει από τη λίστα με τα mining pools που εμϕανίζονται στη βάση που διαθέτουμε. Αυτό συμβαίνει γιατί το GHash.IO είναι ένα καινούριο mining pool που εδραιώθηκε ιδιαίτερα γρήγορα σαν το ισχυρότερο mining pool στο Bitcoin. Συγκεκριμένα, το GHash.IO ανακάλυψε το πρώτο block στις 4/8/2013 [38], ενώ η βάση δεδομένων που αναλύουμε περιέχει εγγραϕές μέχρι τις 09/7/2013, επομένως δεν περιέχει τα blocks που ανακάλυψε το GHash.IO. Η ταχεία ισχυροποίηση του GHash.IO τονίζει για άλλη μία ϕορά την δυναμικότητα του Bitcoin, δείχνοντας παράλληλα πως είναι ένα δίκτυο με μεγάλη εξέλιξη. Η συλλογή των blocks αϕενός δεν είναι ιδιαίτερα μεγάλη, και αϕετέρου πραγματοποιήθηκε αρκετούς μήνες μετά τον Ιούλιο του 56

61 2013. Για αυτούς τους λόγους προσπαθήσαμε να εμπλουτίσουμε την εν λόγω κατηγορια διευθύνσεων. Όπως έχει προαναϕερθεί, οι διευθύνσεις που περιέχουν ετικέτες ανήκαν εκτός από οργανισμούς που αποσκοπούσαν στην ενίσχυσή τους μέσω δωρεών, και σε άλλου είδους οντότητες, μέρος των οποίων είναι και τα mining pools. Εξάγοντας αυτές τις οντότητες από τον πίνακα donation, καταϕέραμε να βρούμε σημαντικές διευθύνσεις, όπως το Deepbit. 8 Η προσθήκη αυτών των οντοτήτων είχε σαν αποτέλεσμα να ενισχυθεί η αντίστοιχη κατηγορία η οποία έχει εξορύξει το 7% των συνολικών blocks. Θεωρώντας ότι τα περισσότερα pools ξεκίνησαν να λειτουργούν τον καλοκαίρι του 2011, μπορούμε να αγνοήσουμε τα blocks που εξορύχτηκαν πριν από την παραπάνω χρονική περίοδο. Με βάση αυτό το στοιχείο, το ποσοστο των blocks η εξόρυξη των οποίων γίνεται από mining pools υπολογίζεται στο 15%. Σε αυτό το σημείο πρέπει να σημειωθεί η διαϕορά ανάμεσα στο χαρακτηριστικό miner και mining pool. Κάθε οντότητα που ανατίθεται στην κοινότητα mining pool θεωρείται ότι είναι ένας miner. Από την άλλη, ένας miner μπορεί να είναι ή όχι μέλος ενός mining pool Κατηγοριοποίηση των διευθύνσεων μέσω των αρχικών διευθύνσεων του bitiodine Μία επίσης ενδιαϕέρουσα εργασία που μελετάει τις κοινότητες στο bitcoin είναι η BitIodine: extracting intelligence from the Bitcoin network[7]. Σε αυτή την εργασία δημοσιεύονται εννιά κοινότητες, κάθε μία από τις οποίες περιέχει ένα πλήθος δημόσιων κλειδιών. Οι κοινότητες αυτές είναι οι παρακάτω: bitcoinotc: ηλώνει αν το δημόσιο κλειδί έχει κατηγοριοποιηθεί σαν λογαριασμός bitcoinotc ή όχι. Το bitcoin-otc [44] είναι ένας χώρος εξωχρηματιστηριακών συναλλαγών Over The Counter (OTC), αγορών δηλαδή που πραγματοποιούνται μέσω ενός δικτύου αντιπροσώπων και όχι μέσω μιας κεντρικής πλατϕόρμας[45]. Στο bitcoin-otc οι χρήστες ανταλλάσσουν προϊόντα μεταξύ τους χωρίς τη διαμεσολάβηση της πλατϕόρμας αγορών (marketplace). Οι συναλλαγές επιτυγχάνονται μέσω ενός δικτύου εμπιστοσύνης (Web 8 Το DeepBit είναι ένα mining pool το οποίο άρχισε να λειτουργεί το Φεβρουάριο του 2011 και γνώρισε ευρεία διάδοση μέσω των γρήγορων και άμεσων πληρωμών που παρέχει στους miners. 57

62 of trust network) 9. Για να θεωρηθεί ένα δημόσιο κλειδί σαν bitcoinotc πραγματοποιήθηκαν αιτήματα στη σελίδα του bitcoin-otc[44] και αποθηκεύτηκαν οι λογαριασμοί μαζί με τα αντίστοιχα δημόσια κλειδιά. Από την αναζήτηση αυτή βρέθηκαν κλειδιά, από τα οποία τα 532 έχουν συμμετάσχει σε έστω και μία συναλλαγή. Αρκετά από αυτά τα κλειδιά χρησιμοποιήθηκαν σαν είσοδος μαζί με κάποιο άλλο κλειδί, επομένως με βάση την ομαδοποίηση των κλειδιών εισόδου εντοπίστηκαν bitcoin-otc κλειδιά. bitcointalk: ηλώνει αν το δημόσιο κλειδί έχει κατηγοριοποιηθεί σαν bitcointalk[46] λογαριασμός ή όχι. Το bitcointalk αποτελεί το κυριότερο ίσως forum σχετικά με το bitcoin. Οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα να δημοσιοποιήσουν ένα δημόσιο κλειδί που διαθέτουν, στο προσωπικό τους προϕίλ. Πραγματοποιώντας αιτήματα στη σελίδα του bitcointalk, συλλέχθηκαν 4769 λογαριασμοί μαζί με τα αντίστοιχα δημόσια κλειδιά. Από αυτούς οι 520 είχαν συμμετάσχει σε έστω μία συναλλαγή. Μέσα από αυτά τα κλειδιά, ανακαλύψαμε 510 bitcointalk οντότητες, οι οποίες διαθέτουν δημόσια κλειδιά. Οι λογαριασμοί αυτοί συμμετείχαν σε συναλλαγές ως αποστολείς, και σε ως αποδέκτες BTC. casascius: Ορίζει αν το συγκεκριμένο δημόσιο κλειδί ανήκει σε ένα ϕυσικό casascius Bitcoin[40]. Τα casascius BTCs είναι ϕυσικά νομίσματα τα οποία διαθέτουν ένα ολόγραμμα στο οποίο αποθηκεύεται το ιδιωτικό και δημόσιο κλειδί του Bitcoin. Έπειτα από πολλαπλά αιτήματα στη casascius σελίδα[41], συλλέχθηκαν αντίστοιχα νομίσματα. Από αυτά, διαθέτουμε πληροϕορία για τα Είναι χαρακτηριστικό ότι από αυτά τα είναι μόνο αποδέκτες συναλλαγών. Ο αριθμός των συναλλαγών που έχουν συμμετάσχει τα casascius bitcoins σαν παραλήπτες είναι αυνολικά exchange: Ορίζει αν το δημόσιο κλειδί ανήκει σε κάποιο ανταλλακτήριο. Έχοντας έξι δημόσια κλειδιά από μεγάλα ανταλλακτήρια όπως αο Mt.Gox, Bitmarket, Bitcoin-24 και BitAurum, βρήκαμε 1,403 επιπλέον κλειδιά που χρησιμοποιούνται σαν είσοδοι σε κοι- 9 Στο OTC δίκτυο εμπιστοσύνης, οι χρήστες αξιολογούνται μεταξύ τους, δίνοντας τιμές εμπιστοσύνης που κυμαίνονται από -10 έως +10. Μόνο μία αξιολόγηση μπορεί να υπάρχει μεταξύ δύο χρηστών, ενώ μόνο χρήστες με θετική βαθμολογία μπορούν να αξιολογήσουν. 58

63 νές συναλλαγές με τα έξι αρχικά κλειδιά. Το σύνολο των κλειδιών που χρησιμοποιούνται από τα ανταλλακτήρια ανακαλύψαμε πως συμμετέχουν σε συναλλαγές. Η περίπτωση των ανταλλακτηρίων μας οδηγεί σε δύο συμπεράσματα. Καταρχάς, η εύρεση περισσότερων αντίστοιχων διευθύνσεων θα μπορούσε να αυξήσει κατά πολύ τη συμμετοχή των ανταλλακτηρίων στις συναλλαγές δεδομένου ότι ο αρχικός αριθμός των έξι κλειδιά είναι πολύ περιορισμένος. Κατά δεύτερο λόγο, το γεγονός ότι βρέθηκαν 1,397 επιπλέον κλειδιά μέσω της ομαδοποίησης των διευθύνσεων εισόδου, αναδεικνύει τη χρησιμότητα της συγκεκριμένης ευρετικής μεθόδου. gambling: ηλώνει αν το συγκεκριμένο δημόσιο κλειδί ανήκει σε πλατϕόρμα τζόγου όπως το BTC Multiplier, το BTC Dice, το BtcLucky, το SatoshiDICE και το Bitoomba Roulette. Λαμβάνοντας τη λίστα με 1,265 αντίστοιχα δημόσια κλειδιά που χρησιμοποιεί το Bitiodine [8], εντοπίσαμε 502 από αυτά που έχουν συμμετάσχει σε συναλλαγή αποθηκευμένη στα βάση δεδομένων που διαθέτουμε. Πολλά από αυτά χρησιμοποιήθηκαν σαν είσοδοι σε συναλλαγές βρίσκοντας έτσι δημόσια κλειδιά συνολικά που σχετίζονται με τζόγο. Ιδιαίτερο ενδιαϕέρον παρουσιάζει η συμμετοχή των διευθύνσεων αυτών στις συναλλαγές. Συγκεκριμένα, από τις συναλλαγές που έχουμε συνολικά, στις συμμετέχουν διευθύνσεις υπηρεσιών τζόγου. Αυτό σημαίνει πως λίγο λιγότερες από τις μισές συναλλαγές στο Bitcoin έχουν ως αποστολέα κάποια πλατϕόρμα τζόγου. malware: Ορίζει αν το συγκεκριμένο δημόσιο κλειδί ανήκει στο Cryptolocker 10. Έχοντας δεδομένες τρεις διευθύνσεις που ανήκουν στο Cryptolocker, εντοπίσαμε πέντε μόνο συναλλαγές στις οποίες συμμετέχει μια malware διεύθυνση, γεγονός που δείχνει πως η εξάπλωση του συγκεκριμένου malware, τουλάχιστον μέχρι τις 09/07/13 δεν επιτεύχθηκε. shareholders: Ορίζει αν το συγκεκριμένο δημόσιο κλειδί ανήκει σε κάποια μετοχή 10 Το Cryptolocker είναι ένα trojan λογισμικό που στοχεύει υπολογιστές με Microsoft Windows και το οποίο μεταδίδεται μέσω συνημμένων αρχείων μηνυμάτων αλληλογραϕίας 59

64 silkroad: Στις 2 Οκτωβρίου 2013 το FBI προχώρησε στο κλείσιμο του Silk Road, κατέσχοντας παράλληλα BTCs από τον λογαριασμό του κατόχου του, Ross William Ulbricht [32]. Εμείς συλλέξαμε έξι διευθύνσεις του Ulbricht. Παρόλο που η κατάσχεση που πραγματοποίησε το FBI είναι μεταγενέστερη της τελευταίας συναλλαγής που έχουμε καταχωρημένη στη βάση, οι 6 αυτές διευθύνσεις είναι χρήσιμο να καταγραϕούν, αϕού το κλείσιμο του Silk Road αποτέλεσε ένα από τα σημαντικότερα γεγονότα στη σύντομη ιστορία του δικτύου. Μέχρι τον Ιούλιο του 2013 ο Ulbricht συμμετείχε σε 293 συναλλαγές. Μέσω επίσης του εντοπισμού των οντοτήτων, βρήκαμε άλλες 6 διευθύνσεις που ανήκουν στο Silk Road και που δεν συμπεριλαμβάνονταν αρχικά στη λίστα. stocks: Το χαρακτηριστικό αυτό αϕορά σε δημόσια κλειδιά που προέρχονται από αγορές μετοχών στο Bitcoin. Ένα παράδειγμα είναι το BitFunder [48], το οποίο άνοιξε τον Νοέμβριο του 2012 και παρέμεινε ανοιχτό μέχρι τον Νοέμβριο του 2013 [50]. Έχοντας ένα μόνο δημόσιο κλειδί από το BitFunder καταϕέρουμε να βρούμε 319 επιπλέον κλειδιά που ανήκουν σε αυτο, μέσω της ομαδοποίησης των κλειδιών εισόδου. Τα 320 αυτά κλειδιά ανήκουν στην ίδια Bit Funder οντότητα, η οποία συμμετείχε σε συναλλαγές. Το Σχήμα 18 παρουσιάζει το πλήθος των οντοτήτων που έχουν κατηγοριοποιηθεί με βάση τις εννιά παραπάνω κοινότητες του Bitiodine. Σε περίπτωση που μία οντότητα έχει κατηγοριοποιηθεί σε παραπάνω από μία ομάδες, τότε εντάσσουμε την οντότητα αυτή στην ομάδα με το μικρότερο πλήθος οντοτήτων. Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να διευκρινιστεί πως αυτή τη λογική την ακολουθούμε και στη συνέχεια, κάθε ϕορά που πραγματοποιούμε ανάλυση οντοτήτων ανά κοινότητα. Παρατηρούμε πως η πλειονότητα των οντοτήτων ανήκει στην Casascius κοινότητα, ενώ ακολουθούν οι κοινότητες Bitcoin Talk, shareholders, donation, και Bitcoin Otc, με παρόμοιο αριθμό οντοτήτων μεταξύ τους. Το Σχήμα 19 παρουσιάζει το σύνολο των Bitcoins που δέχτηκαν οντότητες που ανήκουν στις κοινότητες του Bitiodine σε σχέση με τα Bitcoins που έστειλαν. Είναι ξεκάθαρο πως υπάρχει μία άμεση σχέση μεταξύ των bitcoins που στέλνει μία οντότητα σε σχέση με αυτά που δέχεται, γεγονός πολύ λογικό αϕού για να στείλει ένα ποσό μία οντότητα θα πρέπει να το διαθέτει. Εκτός από αυτό 60

65 Σχήμα 18: Οι οντότητες που κατηγοριοποιήθηκαν σε κάποια κοινότητα του Bitiodine. το προϕανές συμπέρασμα, παρατηρούμε επίσης ότι όσον αϕορά στις κοινότητες του Bitiodine, οι οντότητες που έχουν σαν στόχο να δέχονται συναλλαγές αλλά δεν στέλνουν τα αντίστοιχα ποσά, είναι εξαιρέσεις στον γενικό κανόνα. 61

66 Σχήμα 19: Το σύνολο των BTCs που δέχτηκε και έστειλε μία οντότητα που ανήκει στις κοινότητες του Bitiodine. 62

67 4.3 Υπάρχοντα εργαλεία συλλογής δεδομένων bitcoin συναλλαγών Το πρωτόκολλο το Bitcoin ορίζει πως το ιστορικό των συναλλαγών είναι δημόσια προσβάσιμο. Επομένως το αρχικό βήμα για την ανάλυση των δεδομένων ήταν η πρόσβαση σε αυτά. Υπάρχει πλήθος διαδικτυακών τόπων που προσϕέρουν πρόσβαση στο ιστορικό των συναλλαγών. Αξίζει να αναϕερθεί το blockchain.info[22], το οποίο παρέχει μάλιστα ένα πολύ χρήσιμο API για ευκολότερη πρόσβαση στο ιστορικό του Bitcoin, καθώς επίσης το blockexplorer[23]. Αυτά αποτελούν χρήσιμα εργαλεία για την αναζήτηση συγκεκριμένης πληροϕορίας. εδομένου όμως ότι αποτελούν διαδικτυακούς τόπους, η πραγματοποίηση μεγάλου πλήθους αιτημάτων είναι τάξεις μεγέθους πιο αργή από την αναζήτηση τοπικά από μία βάση δεδομένων. Επίσης τα εργαλεία αυτά θέτουν περιορισμούς ως προς το πλήθος των αιτημάτων από μία διεύθυνση με σκοπό να περιορίσουν την πιθανότητα μία επίθεσης άρνησης υπηρεσιών ημιουργία συνόλου δεδομένων μέσω εργαλείου Bitcoin Transaction Network Extraction Αρχικά χρησιμοποιήθηκε το σύνολο δεδομένων που εξάχθηκε με το εργαλείο Bitcoin-Transaction-Network-Extraction[27] το οποίο χρησιμοποιεί το bitcointools[24] που ανέπτυξε ο Martin Harrigan και βασίζεται στο bitcointools του Gavin Andresen[25]. Το σύνολο δεδομένων περιέχει το ιστορικό συναλλαγών απο το genesis block έως τις 5 Ιανουαρίου 2013 και βρίσκεται σε 6 αρχεία τύπου txt, τα οποία αντιστοιχούν σε 6 πίνακες μίας σχεσιακής βάσης δεδομένων. Αναπτύχθηκε ο κώδικας γραμμένος σε java για την εισαγωγή των δεδομένων που βρίσκονται στα αρχεία σε μία postgres βάση δεδομένων, ο οποίος βρίσκεται αναρτημένος στο github[26]. Σημειώνεται ότι το σύνολο δεδομένων δεν αναϕέρει τις διευθύνσεις που χρησιμοποιούνται για την αποστολή και την παραλαβή των bitcoins, αλλά έχοντας πραγματοποιήσει την ομαδοποίηση των χρηστών με βάση τις διευθύνσεις εισόδου, αναϕέρει την οντότητα που πραγματοποίησε την αποστολή και την οντότητα ή τις οντότητες που ήταν αποδέκτες της συναλ- 11 Μία επίθεση άρνησης υπηρεσιών (Denial-of-service attack) μπορεί να επιτευχθεί πραγματοποιώντας μεγάλο πλήθος ψεύτικων αιτημάτων σε έναν εξυπηρετητή, με αποτέλεσμα ο τελευταίος να αδυνατεί να εξυπηρετήσει τις πραγματικές αιτήσεις. 63

68 λαγής. Οι πίνακες που δημιουργήθηκαν παρουσιάζονται συνοπτικά παρακάτω: user edges: Περιέχει εγγραϕές που παρουσιάζουν την οντότητα που χρησιμοποιήθηκε σαν αποστολέας καθώς και την οντότητα που χρησιμοποιήθηκε σαν παραλήπτης σε μία συναλλαγή. Αναϕέρουν επίσης και την ημερομηνία αλλά και το ποσό της συναλλαγής. Οι οντότητες που αναϕέρει προέκυψαν μετά την κατηγοριοποίηση χρηστών με βάση τις διευθύνσεις εισόδου. transactionkey list: Αναϕέρεται στις συναλλαγές από την πρώτη συναλλαγή που πραγματοποιήθηκε έως και τις συναλλαγές που έγιναν στις 5 Ιανουαρίου 2013, και περιέχει συναλλαγές. pubkey list: Περιέχει δημόσια κλειδιά που πήραν μέρος στις συναλλαγές. userkey list: ιαθέτει λίστες με κλειδιά που ανήκουν σε κάθε οντότητα. Επομένως δηλώνει πως στο συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων υπάρχουν οντότητες. user edge inputs public keys: Περιέχει λίστες που αντιστοιχούν στα δημόσια κλειδιά που χρησιμοποιούνται σαν είσοδοι σε κάθε συναλλαγή. user edge inputs: Αποτελείται από λίστες που δηλώνουν τις συναλλαγές που χρησιμοποιήθηκαν σαν είσοδοι σε κάθε συναλλαγή. Επομένως το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων περιέχει οντότητες που προκύπτουν από την ομαδοποίηση των διευθύνσεων εισόδου, καθώς επίσης και συναλλαγές που πραγματοποιήθηκαν μέχρι τις 5 Ιανουαρίου Το Σχήμα 21 παρουσιάζει τους πίνακες που προκύπτουν από το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων, καθώς επίσης και το είδος των σχέσεων που υπάρχουν μεταξύ τους. 64

69 Σχήμα 20: Οι πίνακες που διαμορϕώνονται κατά την εισαγωγή των δεδομένων σε μία σχεσιακή βάση δεδομένων Ιδιαίτερο ενδιαϕέρον παρουσιάζει το ενδεχόμενο ένας χρήστης να πραγματοποιήσει μία συναλλαγή όπου διαμοιράζεται το ποσό σε n δημόσια κλειδιά. Σε αυτή την περίπτωση ανάλογα με τον αριθμό των κλειδιών εξόδου, θα εμϕανιστεί ίσος αριθμός διπλοεγγραϕών. Συγκεκριμένα, από τις εγγραϕές του πίνακα user edges, οι αποτελούν αυτές τις περιπτώσεις. Από αυτές τις συναλλαγές, 70% των συναλλαγών περιέχει διευθύνσεις με δηλωμένα tags. Η μεγάλη πλειοψηϕία (9 5%) προέρχεται από πλατϕόρμες ηλεκτρονικού τζόγου, κυρίως από το satoshidice. Σημαντικό ποσοστό προέρχεται επίσης από το Deepbit, BTC Dice κτλ. Το ϕαινόμενο αυτό εξηγείται μέσω της διερεύνησης των τρόπων με τους οποίους οι μηχανές τζόγου στέλνουν στους νικητές το χρηματικό ποσό που κέρδισαν. Στην περίπτωση που υπάρχουν πολλοί νικητές, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα κλειδί για να στείλει ίσο ποσό σε όσους στοιχημάτισαν και κέρδισαν. Αυτές 65

70 οι συναλλαγές θα περιέχουν την ίδια πληροϕορία στον πίνακα user edges. Σε αυτό το σύνολο δεδομένων απουσίαζε πληροϕορία που ήταν απαραίτητη για την πραγματοποίηση της μελέτης και που η έλλειψή της οδήγησε τελικά στην απόρριψή του. Τα βασικότερα στοιχεία είναι τα παρακάτω: 1. Το Bitcoin tools καθώς επίσης και κάθε παραγόμενη από αυτό πλατϕόρμα θεωρούνται ασύμβατες με τις τελευταίες εκδόσεις του Bitcoin-Qt/bitcoind, καθώς από την έκδοση 0.8 αρχίζει η σταδιακή αντικατάσταση της Berkeley DB από την LevelDB 12. Η Berkeley DB χρησιμοποιείται πλέον μόνο για τα wallet.dat αρχεία 13. Επομένως είναι αδύνατη η εκτέλεση των προγραμμάτων αυτών και η αποθήκευση του ιστορικού του Bitcoin με τις τελευταίες εκδόσεις του Bitcoin-Qt. Αυτός είναι ένας αρκετά περιοριστικός παράγοντας, αϕού είναι αδύνατη η περισυλλογή καινούριων δεδομένων. 2. Στο συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων έχει προηγηθεί η ομαδοποίηση των χρηστών με βάση τις διευθύνσεις εισόδου, και επομένως δεν κρατείται πουθενά η πληροϕορία του κλειδιού που συμμετείχε στη συναλλαγή. Αντίθετα, αποθηκεύεται μονάχα ο χρήστης που διαθέτει το συγκεκριμένο κλειδί. Κύριο μειονέκτημα αυτής της μεθοδολογίας είναι ο αποκλεισμός των τεχνικών που απαιτούν το δημόσιο κλειδί κάθε συναλλαγής. Ένα παράδειγμα αυτού του είδους τεχνικής είναι επέκταση της ομαδοποίησης χρηστών με προσθήκη των διευθύνσεων που χρησιμοποιήθηκαν για την παραλαβή του ποσού που αντιπροσωπεύει τα ρέστα. 3. εν υπάρχει καμία πληροϕορία σχετικά με τα blocks. Επομένως είναι αδύνατον να αντιστοιχηθεί μία συναλλαγή σε ένα block, και να εντοπιστεί το block που συμπεριέλαβε τη συγκεκριμένη συναλλαγή. Σημαντικά δεδομένα όπως ο χρόνος έκδοσης του block, ο αριθμός των συναλλαγών που περιλαμβάνει και η συνολική αξία των συμπεριλαμβανομένων συναλλαγών δεν είναι διαθέσιμα. Το σημαντικότερο πρόβλημα που προσπαθήσαμε να αντιμετωπίσουμε ήταν η έλλειψη πληροϕορίας σχετικά με τα δημόσια κλειδιά. Η πρώτη 12 Η LevelDB είναι μη σχεσιακή βάση δεδομένων η οποία χρησιμοποιείται για την αποθήκευση των συναλλαγών και των εντευκτηρίων που περιέχουν τα blocks 13 Τα αρχεία αυτά περιέχουν πληροϕορίες σχετικές με δημόσια και ιδιωτικά κλειδιά του κατόχου, καθώς επίσης και τις συναλλαγές που έχουν αυτόν σαν αποστολέα ή παραλήπτη 66

71 λύση που επιλέχτηκε ήταν η πραγματοποίηση αιτημάτων στο API του blockchain με σκοπό την απόκτηση της πληροϕορίας που δεν υπήρχε στο αρχικό σύνολο δεδομένων. Συγκεκριμένα, για την απόκτηση των δημόσιων κλειδιών κάθε συναλλαγής, ήταν απαραίτητη η πραγματοποίηση αιτημάτων, όσος είναι δηλαδή και ο αριθμός των συναλλαγών. Για κάθε συναλλαγή υπάρχουν τόσο τα κλειδιά εισόδου όσο και εξόδου. Με δεδομένο ότι ο μέσος χρόνος απόκρισης για κάθε αίτημα είναι 0.3 δευτερόλεπτα, η συγκεκριμένη λύση ήταν ασύμϕορη, αϕού για τη πραγματοποίηση όλων των αιτημάτων απαιτούνταν περίπου 38 μέρες. Στη συνέχεια υλοποιήθηκε κώδικας ο οποίος δεσμεύοντας όλους τους πυρήνες του συστήματος, πραγματοποιεί ίσο αριθμό παράλληλων αιτημάτων. Ο κώδικας αυτός υλοποιήθηκε με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι εϕικτή η εκτέλεσή του παράλληλα από πολλούς υπολογιστές για τη δραστικότερη μείωση του απαιτούμενου χρόνου. Αυτό όμως είχε ως αποτέλεσμα την άρνηση απόκρισης από το blockchain.info, αϕού θεωρούσε ότι η εξωτερική IP του μηχανήματος χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση επίθεσης άρνησης υπηρεσιών (Denial-of-service attack). Η χρήση επομένως μίας εξωτερικής διαδικτυακής πλατϕόρμας για την περισυλλογή των πληροϕοριών απορρίϕθηκε. Το συμπέρασμα που λήϕθηκε μετά από αυτή τη μέθοδο ήταν ότι οι πληροϕορίες θα πρέπει να συλλέγονται και να επεξεργάζονται τοπικά. Η λύση που επιλέχθηκε ήταν η αντικατάσταση του συνόλου δεδομένου που προκύπτει από το Bitcoin Transaction network με το σύνολο δεδομένων που παράγεται με τη χρήση του Bitcoin Abe [34] ημιουργία συνόλου δεδομένων μέσω εργαλείου Bitcoin Abe Το Bitcoin Abe[34] είναι ένα ανοιχτού κώδικα λογισμικό γραμμένο σε Python. ιαβάζει το αρχείο όπου αποθηκεύονται τα blocks, και μετατρέποντας τα raw δεδομένα σε δεδομένα που μπορούν να ερμηνευτούν τα αποθηκεύει σε μία βάση δεδομένων. Το Bitcoin Abe είναι συμβατό με μία πληθώρα βάσεων δεδομένων. Εμείς επιλέξαμε την postgres[35], καθώς είναι μία αξιόπιστη ανοιχτού κώδικα σχεσιακή βάση δεδομένων. Ένα ενδιαϕέρον χαρακτηριστικό του Bitcoin abe είναι η παρουσίαση των δεδομένων μέσω ενός Web Interface παρόμοι με το Bitcoin Block Explorer.[23]. Αϕού γίνει η επεξεργασία των δεδομένων, αυτά εισάγονται σε 15 πίνακες. Από αυτούς οι 6 παρέχουν χρήσιμα για την 67

72 παρούσα εργασία δεδομένα. Η συλλογή των δεδομένων που πραγματοποιήθηκε αϕορά το διάστημα μεταξύ του πρώτου block(genesis block) έως τις 15 Ιουλίου Οι πίνακες που δημιουργεί το Bitcoin Abe παρατίθενται παρακάτω: Tx: Περιλαμβάνει τις βασικές πληροϕορίες που αϕορούν μία συναλλαγή. Αυτές είναι το αναγνωριστικό της(id), η hash τιμή της(tx Hash) και το μέγεθός της(size). Το σύνολο των συναλλαγών μέχρι τις 15 Ιουλίου 2013 είναι Tx Input: Αϕορά τις διευθύνσεις εισόδου κάθε συναλλαγής και περιλαμβάνει το αναγνωριστικό της διεύθυνσης εισαγωγής(id), την αναϕορά στη συναλλαγή(tx Id), τη θέση στη λίστα των διευθύνσεων εισόδου της κάθε συναλλαγής(position) και την αναϕορά στην προηγούμενη συναλλαγή που συμμετείχε η διεύθυνση(tx output Id). Σε περίπτωση που είναι new generated coin, δηλαδή δεν έχουμε κάποια διεύθυνση σαν είσοδο, τότε το Tx output Id είναι null. Με αυτόν τον τρόπο είναι εύκολο να παρατηρηθεί αν μία συναλλαγή αναϕέρεται στο coin που έχει μόλις δημιουργηθεί. Οι διευθύνσεις εισαγωγής είναι Tx Output: Είναι οι διευθύνσεις εξόδου κάθε συναλλαγής αλλά και οι διευθύνσεις εισόδου όταν αντιστοιχεί σε αυτές ένα ίδιο αναγνωριστικό στον πίνακα Tx Input. Περιλαμβάνουν το αναγνωριστικό κάθε εγγραϕής(id), τη συναλλαγή στην οποία συμμετέχει (Tx Id), τη θέση στη λίστα των διευθύνσεων(position), την αξία της συναλλαγής που αντιστοιχεί σε αυτή τη διεύθυνση (Value), καθώς επίσης και την αναϕορά στην πληροϕορία του δημόσιου κλειδιού(public Key Id). Το σύνολο των κλειδιών που καταγράϕονται σε αυτόν τον πίνακα είναι Public Key: Είναι η πληροϕορία που αϕορά ένα δημόσιο κλειδί. Συγκεκριμένα, υπάρχει το αναγνωριστικό της εγγραϕής (Id) και η διεύθυνση(hash). Υπάρχουν συνολικά μοναδικά δημόσια κλειδιά. Block: Σε αυτόν τον πίνακα αποθηκεύονται όλα τα blocks που δημιουργούνται. Κάθε ένα από τα blocks περιέχει μεταξύ άλλων ένα αναγνωριστικό(id), ένα μοναδικό αλϕαριθμητικό(hash), τον ακριβή χρόνο που εξάχθηκε, καθώς επίσης και το συνολικό αριθμό των BTCs που μεταϕέρονται στις συναλλαγές που εσωκλείσει(total Satoshi) 68

73 Tx Block: Εδώ αποθηκεύεται η αντιστοιχία μεταξύ μίας συναλλαγής (Tx Id), και το Block όπου συμπεριλήϕθηκε (Block Id). Επίσης αποθηκεύεται και η αύξουσα σειρά εισαγωγής της συναλλαγής στο Block(Tx Position). Σε αυτόν τον πίνακα υπάρχουν εγγραϕές που αναϕέρονται στις συναλλαγές που δεν προέρχονται από δημιουργία κάποιου νομίσματος, καθώς επίσης και συναλλαγές που προκύπτουν από τη δημιουργία ενός block. Είναι αυτές που λαμβάνουν την πρώτη θέση στο block. Η τιμή του χαρακτηριστικού Position είναι επομένως 0. Το σύνολο των εγγραϕών του πίνακα είναι το άθροισμα αυτών των δύο κατηγοριών και ϕτάνει τις Το Σχήμα 21 παρουσιάζει τους 6 βασικούς πίνακες που δημιουργεί το Bitcoin Abe. Σχήμα 21: Οι πίνακες που διαμορϕώνει το Bitcoin Abe κατά την εισαγωγή των δεδομένων στην Postgres βάση δεδομένων 69

74 4.4 Επέκταση του σχήματος του Bitcoin Abe Έχοντας ερμηνεύσει τους πίνακες που εξήγαγε το Bitcoin Abe, ήταν απαραίτητο να προχωρήσουμε στη δημιουργία νέων πινάκων και όψεων. Οι στόχοι που εξυπηρετούσαν ήταν δύο: Αϕενός η ενιαία αποθήκευση των δεδομένων που εξάγονταν από τις μεθόδους που υλοποιήσαμε, και αϕετέρου η αποθήκευση δεδομένων που προέρχονταν από ενώσεις πινάκων και που απαιτούσαν υψηλό υπολογιστικό κόστος και χρόνο. Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται πληροϕορία χρήσιμη για τη συνέχιση της μελέτης. Ένα παράδειγμα δημιουργίας πίνακα που συγκεντρώνει τα αποτελέσματα μίας μεθόδου είναι ο πίνακας Entity Index, ο οποίος περιλαμβάνει τα αποτελέσματα που υπήρξαν από την ομαδοποίηση των οντοτήτων με βάση τις διευθύνσεις εισόδου. Ένα αντίστοιχο παράδειγμα δεδομένων που προέρχονται από υψηλού υπολογιστικού κόστους λειτουργίες είναι ο πίνακας Pk Appear ο οποίος αναϕέρει για κάθε κλειδί την πρώτη καθώς και την τελευταία συναλλαγή που συμμετείχε. Το σχήμα που εξάγει το Bitcoin Abe ενισχύθηκε σημαντικά με την εισαγωγή των πινάκων και των όψεων, επιτρέποντας μια βαθύτερη και γρηγορότερη ανάλυση των δεδομένων. Οι επιπλέον πίνακες και όψεις μαζί με τη βάση του Bitcoin Abe αποτελούν το υποσύστημα που απεικονίζεται με γκρι πλαίσιο στο Σχήμα 14, το οποίο παρουσιάζει τη συνολική εικόνα του συστήματος. Οι πίνακες καθώς επίσης και οι όψεις παρουσιάζονται στα υποκεϕάλαια που ακολουθούν. 70

75 Σχήμα 22: Το υποσύστημα που περιλαμβάνει την Bitcoin abe βάση δεδομένων πλαισιωμένη από τους επιπλέον πίνακες που υλοποιήθηκαν Πίνακας Entity Index Ο αρχικός στόχος της παρούσας μελέτης είναι η κατηγοριοποίηση των οντοτήτων με βάση τις διευθύνσεις εισόδου. Για την επίτευξη αυτού του στόχου υλοποιήθηκε κώδικας σε java ο οποίος συγκεντρώνει όλες οι διευθύνσεις οι οποίες είναι κοινές είσοδοι σε μία συναλλαγή. Έπειτα δημιουργήθηκε ο πίνακας Entity Index. Στον πίνακα αυτόν αντιστοιχίζεται το κάθε δημόσιο κλειδί σε μία οντότητα. Να τονιστεί ότι το δημόσιο κλειδί είναι μοναδικό, ενώ ένα αναγνωριστικό μπορεί να παρουσιάζεται σε πολλαπλές εγγραϕές, γεγονός λογικό δεδομένου ότι πολλαπλά κλειδιά αντιστοιχίζονται σε μία οντότητα. Ο Entity Index πίνακας διαθέτει 17 χαρακτηριστικά. Για τα χαρακτηριστικά που αϕορούν κοινότητες, η αντίστοιχη ανάλυση πραγματοποιείται στο υποκεϕάλαιο 4.2. Id:Το αναγνωριστικό της κάθε οντότητας. 71

76 Public Key:Η αναϕορά στο δημόσιο κλειδί. Κάθε δημόσιο κλειδί υπάρχει σε μία μόνο οντότητα, επομένως η τιμή του κάθε δημόσιου κλειδιού είναι μοναδική. Advance Shadow: Boolean τιμή η οποία δηλώνει αν η εγγραϕή έχει κατηγοριοποιηθεί ως advance shadow ή όχι. Clustered Entity Id: Κάθε εγγραϕή που δηλώνεται ως advance shadow, αντιστοιχίζεται στην οντότητα που λαμβάνει τα ρέστα της συναλλαγής. Output Only: Το δημόσιο κλειδί της εγγραϕής είναι μόνο αποδέκτης BTC. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να είναι εκ των πραγμάτων μία ξεχωριστή οντότητα, αϕού δεν μπορεί να ομαδοποιηθεί με άλλα κλειδιά. Αξίζει να αναϕερθεί ότι από τα συνολικά κλειδιά, τα , δηλαδή περίπου το 7% δεν έχει χρησιμοποιηθεί σαν είσοδος σε κάποια συναλλαγή. bitcoinotc: ηλώνει αν το δημόσιο κλειδί έχει κατηγοριοποιηθεί σαν λογαριασμός bitcoinotc ή όχι. bitcointalk: ηλώνει αν το δημόσιο κλειδί έχει κατηγοριοποιηθεί σαν bitcointalk[46] λογαριασμός ή όχι. casascius: Ορίζει αν το συγκεκριμένο δημόσιο κλειδί ανήκει σε ένα ϕυσικό casascius Bitcoin[40] donation: Ορίζει αν το δημόσιο κλειδί έχει ως σκοπό τη συλλογή BTC για την ενίσχυση ενός οργανισμού ή έργου.[42] exchange: Ορίζει αν το δημόσιο κλειδί ανήκει σε κάποιο ανταλλακτήριο. Έχοντας 6 δημόσια κλειδιά από μεγάλα ανταλλακτήρια όπως το Mt.Gox, Bitmarket, Bitcoin-24 και BitAurum. gambling: ηλώνει αν η εγγραϕή ανήκει σε πλατϕόρμα τζόγου όπως το BTC Multiplier, το BTC Dice, το BtcLucky, το SatoshiDICE και το Bitoomba Roulette. malware: Περιγράϕει τις οντότητες που έχουν κατηγοριοποιηθεί σαν malware. Το malware που αναϕέρουν είναι ο Cryptolocker. shareholders: Ορίζεται αν το συγκεκριμένο δημόσιο κλειδί ανήκει σε κάποια μετοχή silkroad: Ορίζει αν η οντότητα ανήκει στο Silkroad. stocks: Το χαρακτηριστικό αυτό αϕορά δημόσια κλειδιά που προέρχονται από αγορές μετοχών στο Bitcoin όπως για παράδειγμα το BitFunder [48] 72

77 miner: Κάθε δημόσιο κλειδί που λαμβάνει ένα νέο BTC μπορεί με ασϕάλεια να θεωρηθεί ότι ανήκει σε έναν miner. Αυτό το χαρακτηριστικό καθορίζει αν η οντότητα είναι miner mining pool: ηλώνει ότι η οντότητα είναι κατηγοριοποιημένη ως mining pool ή όχι Πίνακας User Edge Ο πίνακας user edge αντιστοιχεί κάθε συναλλαγή με την οντότητα που λειτουργεί σαν αποστολέας και τις οντότητες που αποτελούν τους αποδέκτες. Όπως έχει προαναϕερθεί, κάθε οντότητα προκύπτει από την ομαδοποίηση των διευθύνσεων εισόδου. Κάθε εγγραϕή του πίνακα user edge έχει 4 χαρακτηριστικά: Tx Id:Το αναγνωριστικό της συναλλαγής. Αποτελεί ξένο κλειδί του πίνακα Tx. From User: Η οντότητα που αποτελεί τον αποστολέα της συναλλαγής To User: Η οντότητα που αποτελεί τον παραλήπτη της συναλλαγής. Value:Το ποσό που στέλνεται σε BTC. Σε αυτό το σημείο είναι χρήσιμο να διευκρινιστεί ο πίνακας user edge, καθώς είναι ο πίνακας που εμϕανίζει συνοπτικά το ιστορικό των συναλλαγών. Ο συγκεκριμένος πίνακας καταγράϕει σε κάθε εγγραϕή την οντότητα που πραγματοποίησε την αποστολή(from User), την οντότητα που δέχτηκε την συναλλαγή(to User), το αναγνωριστικό της συναλλαγής(tx Id) και τέλος το ποσό της συναλλαγής(value). Στη συνέχεια ακολουθεί η κωδικοποίηση των περιπτώσεων συναλλαγών στο Bitcoin, και η αντίστοιχη εισαγωγή των περιπτώσεων αυτών στη βάση δεδομένων που προκύπτει από το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων. Είναι χαρακτηριστικό ότι σε όλες τις περιπτώσεις, η πληροϕορία που αϕορά τα δημόσια κλειδιά χάνεται, καθώς αποθηκεύεται ο χρήστης που διαθέτει το αντίστοιχο κλειδί χωρίς την αναϕορά στο κλειδί. Έστω pke n (v) n-ιοστό δημόσιο κλειδί της οντότητας E, το οποίο χρησιμοποιείται για την αποστολή ή την παραλαβή v Bitcoins. 73

78 Παράδειγμα 1 - Ο χρήστης Α επιθυμεί να χρησιμοποιήσει το 1 ο δημόσιο κλειδί που διαθέτει για να στείλει το συνολικό ποσό των 160BTC σε δύο δημόσια κλειδιά του χρήστη Β, χωρίζοντας το ποσό σε 70 και 90 BTC αντίστοιχα. Η συγκεκριμένη συναλλαγή θα χωριστεί σε δύο εγγραϕές. pka 1 (160) pkb 1 (70), pkb 2 (90) { (5) A B(70) A B(90) (6) Παράδειγμα 2 - Ο χρήστης Α επιθυμεί να χρησιμοποιήσει το 1 ο δημόσιο κλειδί που διαθέτει για να στείλει το συνολικό ποσό των 80BTC. Παραλήπτες το ποσού είναι το 1 ο δημόσιο κλειδί του χρήστη Β, το οποίο παραλαμβάνει 50BTC και το πρώτο δημόσιο κλειδί του χρήστη C το οποίο λαμβάνει 30BTC. Η συγκεκριμένη συναλλαγή θα χωριστεί σε δύο εγγραϕές. pka 1 (80) pkb 1 (50), pkc 1 (30) { (7) A B(50) A C(30) (8) Παράδειγμα 3 - Ο χρήστης Α επιθυμεί να χρησιμοποιήσει το 1 ο δημόσιο κλειδί που διαθέτει για να στείλει 90BTC, καθώς επίσης και το 2 ο δημόσιο κλειδί που διαθέτει για να στείλει 40BTC, έτσι ώστε το σύνολο του ποσού να ληϕθεί από το 1 ο δημόσιο κλειδί του χρήστη B. Η συναλλαγή αυτή θα θεωρηθεί σαν μία εγγραϕή. pka 1 (90), pk 1 40 pkb 1 (130) (9) A B(130) (10) 74

79 4.4.3 Πίνακας Mining Pool Μπορούμε να ισχυριστούμε ότι η πρώτη συναλλαγή κάθε block έχει σαν παραλήπτη έναν miner, αϕού είναι πρακτικά αδύνατον κάποιος άλλος χρήστης να δεχτεί την πρώτη συναλλαγή του block, καθώς η υπολογιστική ισχύς του δικτύου ανεβαίνει. Κάποιοι από αυτούς αποτελούν και μέλη των mining pools. Ο πίνακας Mining Pool περιέχει διευθύνσεις αυτών των mining pools και δημιουργήθηκε έπειτα από την συλλογή 2016 blocks που εξορύχτηκαν απο Mining pool πλατϕόρμες. Η λίστα βρίσκεται αναρτημένη στη σελίδα BlockOrigin[29] και η συλλογή πραγματοποιήθηκε στις 14 Απριλίου του Ο πίνακας αυτός, όπως και ο Entity Index διαθέτουν ένα δευτερεύον κλειδί που ανήκει στον πίνακα Public key. Είναι επομένως δυνατή η εύρεση του ονόματος μίας mining pool οντότητας. Ο πίνακας αυτός περιέχει 1158 εγγραϕές, κάθε μία από τις οποίες διαθέτει 5 χαρακτηριστικά: Id:Το αναγνωριστικό της κάθε εγγραϕής. Block Id:Το αναγνωριστικό του block που εξορύχτηκε. Αποτελεί ξένο κλειδί του πίνακα Block Block Hash: Η hash τιμή του block. Pool Name:Το όνομα του Pool που εξόρυξε το συγκεκριμένο block. Pubic Key Id: Αναϕορά στο πρωτεύον κλειδί του πίνακα pubkey. Είναι το δημόσιο κλειδί που έλαβε την ανταμοιβή. Ο τρόπος συλλογής των mining pools περιγράϕεται στην υποενότητα Πίνακας Donation Ο πίνακας Donation δημιουργήθηκε έπειτα από την εκτέλεση αιτημάτων στο blockchain.info, ώστε να βρεθούν τα δημόσια κλειδιά που έχουν αποθηκευμένη μία ετικέτα. Η ετικέτα αυτή αναϕέρεται συνήθως στο όνομα του κατόχου. Οι πλειονότητα αυτών των κατόχων είναι κοινω- ϕελείς υπηρεσίες ή οργανισμοί που μέσω του Bitcoin δέχονται δωρεές. Η μεθοδολογία συλλογής και επεξεργασίας των donations περιγράϕεται στην υποενότητα Έχοντας την αναϕορά στο αναγνωριστικό του δημόσιου κλειδιού, μπορούμε να αντιστοιχίσουμε κάθε εγγραϕή με μία οντότητα, παρέχοντας 75

80 παραδείγματος χάρη ένα χαρακτηριστικό όνομα σε κάθε οντότητα που είναι donation. Τα χαρακτηριστικά του πίνακα είναι τα παρακάτω: Address:Η διεύθυνση στην οποία έχει προστεθεί η ετικέτα Tag:Το αναγνωριστικό του block που εξορύχτηκε. Αποτελεί ξένο κλειδί του πίνακα Block Link: Σύνδεσμος στη διαδικτυακό τόπο του κατόχου της δωρεάς Verified: ηλώνει εάν η συγκεκριμένη ετικέτα έχει πιστοποιηθεί από τον κάτοχό της Public Key Id: Αναϕορά στο πρωτεύον κλειδί του πίνακα pubkey Πίνακας Tx with two outputs Είναι μία όψη που αναϕέρεται σε συναλλαγές που περιέχουν δύο διευθύνσεις εξόδου. Το νούμερο αυτό είναι ιδιαίτερα υψηλό καθώς αντιστοιχεί στο 89% των συναλλαγών. Η όψη αυτή είναι χρήσιμη μεταξύ άλλων για την εύρεση των shadow addresses που έχουν οριστεί από την E.Androulaki et.al [2]. Τα χαρακτηριστικά που μπορεί να εξάγει η όψη είναι: Tx Id:Είναι ένα δευτερεύον κλειδί που ανήκει στον πίνακα tx. Με αυτόν τον τρόπο αναγνωρίζεται η συναλλαγή που διαθέτει δύο δημόσια κλειδιά εξόδου. First Public key:είναι δευτερεύον κλειδί που ανήκει στον πίνακα Public key. Αναϕέρεται στο δημόσιο κλειδί που έχει τη πρώτη θέση στη λίστα με τα κλειδιά εξόδου Second Public key: Παρόμοιο με το First Public key με τη διαϕορά ότι αναϕέρεται στο δημόσιο κλειδί που καταλαμβάνει τη δεύτερη θέση Πίνακας Self Changed Είναι μία ακόμα όψη που παρουσιάζει τις συναλλαγές που περιέχουν έστω ένα δημόσιο κλειδί τόσο στις διευθύνσεις εξόδου, όσο και τις διευθύνσεις εξόδου. Έστω επομένως μία συναλλαγή T. Έστω επίσης ένα δημόσιο κλειδί p k. Για να είναι η συναλλαγή self changed θα πρέπει: 76

81 p k { p k inputs(t ) p k outputs(t ) Η όψη αυτή περιέχει εγγραϕές και είναι χρήσιμη μεταξύ άλλων για την εύρεση των advance shadow διευθύνσεων. Tx Id:Το ξένο κλειδί του πίνακα Tx. Είναι ουσιαστικά η συναλλαγή που διαθέτει έστω ένα κοινό δημόσιο κλειδί στη λίστα εισόδου και εξόδου Πίνακας Public Key Appearence (Pk Appear) Ο Public Key Appearence παραθέτει για κάθε δημόσιο κλειδί τη συναλλαγή που εμϕανίστηκε πρώτη ϕορά, καθώς επίσης και την τελευταία συναλλαγή που συμμετείχε. ιαθέτει επίσης και τον αριθμό των συναλλαγών όπου έλαβε μέρος. Ο πίνακας αυτός περιέχει εγγραϕές, όσα είναι και τα δημόσια κλειδιά. Public Key Id: Αναϕορά στο πρωτεύον κλειδί του πίνακα pubkey. Η τιμή του χαρακτηριστικού αυτού είναι μοναδική. First Tx: Το αναγνωριστικό της συναλλαγής που συμμετείχε πρώτη ϕορά το δημόσιο κλειδί. Last Tx: Το αναγνωριστικό της συναλλαγής που συμμετείχε τελευταία ϕορά το δημόσιο κλειδί. Found: Ο αριθμός των εμϕανίσεων του κάθε κλειδιού Πίνακας Shadow Address Ο συγκεκριμένος πίνακας είναι αποτέλεσμα της μεθόδου που ορίστηκε από την E.Androulaki et.al [2] και που σκοπό έχει την εύρεση των δημοσίων κλειδιών που χρησιμοποιούνται για να παραλάβουν τα ρέστα μίας συναλλαγής. Η εύρεση αυτών των διευθύνσεων έχει ως στόχο την αποτελεσματικότερη ομαδοποίηση των διευθύνσεων για τον σχηματισμό οντοτήτων. Για να δημιουργηθεί ο πίνακας Shadow Address χρησιμοποιείται ο πίνακας Tx with two outputs για να συμπεριληϕθούν οι συναλλαγές που περιέχουν δύο ακριβώς διευθύνσεις εξόδου, καθώς επίσης και ο πίνακας Public Key Appearence ο οποίος χρησιμοποιείται για το ϕιλτράρισμα των διευθύνσεων που περιέχουν μία καινούρια και μία παλιά διεύθυνση. 77

82 Tx Id: Αναϕορά στο πρωτεύον κλειδί του πίνακα pubkey. Είναι το δημόσιο κλειδί που χαρακτηρίζεται ως Shadow address Πίνακας Advance Shadow Ο πίνακας Advance Shadow αποτελεί αποτέλεσμα της μεθόδου που εϕαρμόστηκε για την εύρεση των διευθύνσεων που χρησιμοποιούνται για να λάβουν τα ρέστα μίας συναλλαγής. Οι advance shadow διευθύνσεις δόθηκαν στην εργασία[6] και αποτελεί μία βελτιωμένη πρόταση για την εύρεση των shadow addresses. Ο ορισμός του advance shadow λογαριασμού δίνεται παρακάτω. Ορισμός 1 - Advance Shadow - ιεύθυνση που χρησιμοποιείται στα ρέστα μιας συναλλαγής Ένα δημόσιο κλειδί p k είναι μίας χρήσης διεύθυνση για τα ρέστα σε μία συναλλαγή t εάν πληρούνται τα παρακάτω κριτήρια: 1. d + addr(p k ) = 1 : Είναι η πρώτη εμϕάνιση του δημόσιου κλειδιού p k 2. εν υπάρχει p k outputs(t) έτσι ώστε p k inputs(t) : εν υπάρχει διεύθυνση που να ανήκει τόσο στις διευθύνσεις εισόδου όσο και στις εξόδου. 3. εν υπάρχει p k outputs(t) έτσι ώστε p k p k αλλά d + addr(p k ) = 1 : Για όλες τις εξόδους της συναλλαγής t, η συνθήκη 1 ικανοποιείται για ένα δημόσιο κλειδί μόνο. 4. Η συναλλαγή t δεν προκύπτει από την εξόρυξη ενός BTC. Για τη δημιουργία του χρησιμοποιήθηκαν οι πίνακες Self Changed, Txout και Public Key Appearence. ιαθέτει δημόσια κλειδιά που αντιστοιχούν σε ισάριθμες συναλλαγές. Tx id: Αναϕορά στο πρωτεύον κλειδί του πίνακα Tx id. Είναι η συναλλαγή στην οποία εντοπίζεται η συναλλαγή που συλλέγει τα ρέστα. Public Key id: Το δημόσιο κλειδί που αποτελεί την Advance Shadow διεύθυνση. 78

83 Tx Position: Η θέση στη λίστα με τις διευθύνσεις εξόδου που καταλαμβάνει η Advance Shadow διεύθυνση. 79

84 Επισκόπηση του επεκταμένου σχήματος του Bitcoin Abe Το Σχήμα 23 παρουσιάζει τους πίνακες και τις όψεις που δημιουργήσαμε και περιγράψαμε στο παρόν κεϕάλαιο καθώς επίσης και τους βασικότερους πίνακες του Bitcoin Abe. Οι μπλε πίνακες είναι οι σχέσεις του Bitcoin abe, οι πορτοκαλί είναι οι επιπλέον πίνακες και τέλος με πράσινο χρώμα παρουσιάζονται οι όψεις Η χρησιμότητα της επέκτασης του σχήματος του Bitcoin Abe είναι πολυσχιδής: 1. Εισάγεται η έννοια της οντότητας και είναι εϕικτή η μελέτη του δικτύου σε επίπεδο οντοτήτων. (αʹ) Πραγματοποιείται εύρεση των οντοτήτων με βάση τις διευθύνσεις εισόδου. (βʹ) Πραγματοποιείται η εύρεση των συναλλαγών που χρησιμεύουν ως ρέστα σε μία αρχική συναλλαγή, και εισάγεται το κλειδί του παραλήπτη της συναλλαγής που χρησιμεύει για τα ρέστα στην οντότητα που στέλνει το αρχικό ποσό. 2. Εισάγεται επιπλέον πληροϕορία σχετική με τις κοινότητες του δικτύου. 3. Είναι εύκολη η παρακολούθηση της δραστηριότητας της κάθε οντότητας που ανήκει σε μία κοινότητα. 4. Η ανάλυση των δραστηριοτήτων είναι ευκολότερη και γρηγορότερη. (αʹ) Υπάρχουν χρήσιμα στοιχεία ανά δημόσιο κλειδί (Μέσω του πίνακα public key appearence) (βʹ) Υπάρχει πληροϕορία σχετικά με τις συναλλαγές οι οποίες χρησιμοποιούν έστω ένα κοινό δημόσιο κλειδί τόσο σαν είσοδο όσο και σαν έξοδο. (Πίνακας self-changed) Η επέκταση που περιγράψαμε μαζί με το Bitcoin Abe αποτελούν την πηγή για τη δημιουργία του Bitcoin Communitites συνόλου δεδομένων, το οποίο περιγράϕεται στην ενότητα 4.5. Το Bitcoin communities είναι ουσιαστικά ειδικά επεξεργασμένη πληροϕορία σχετική με τις κοινότητες του Bitcoin η οποία προέρχεται από το επεκταμένο σχήμα του Bitcoin Abe. 80

85 Σχήμα 23: Οι πίνακες που δημιουργήθηκαν για να εμπλουτίσουν το σχήμα του Bitcoin Abe 81

86 4.5 Παρουσίαση του συνόλου δεδομένων Bitcoin Communities Στην Ενότητα 4.2 παρουσιάστηκε η διαδικασία συλλογης των διευθύνσεων που έχουν οριστεί ότι ανήκουν σε μία τουλάχιστον κοινότητα, ενώ στην Ενότητα παρουσιάστηκε το Bitcoin Abe. Στη συνέχεια, στην Ενότητα 4.4 περιγράϕηκε η επέκταση το σχήματος του Bitcoin Abe έτσι ώστε να συμπεριληϕθεί η πληροϕορία που είναι σχετική με την ανεύρεση των κοινοτήτων. Έχουν προηγηθεί επομένως όλες αυτές οι διεργασίες που συνιστούν στην συλλογή και τη προσθήκη των διευθύνσεων που ανήκουν σε κοινότητες, στην ομαδοποίηση των διευθύνσεων σε οντότητες και στην ανεύρεση των διευθύνσεων που δέχονται τα ρέστα. Στην παρούσα ενότητα θα γίνει η παρουσίαση και η ανάλυση του Bitcoin Communities συνόλου δεδομένων, το οποίο συνδυάζει την υπάρχουσα πληροϕορία με στόχο τη δημιουργία ενός συνόλου δεδομένων αποκλειστικά με οντότητες που ανήκουν σε μία έστω κοινότητα. Το Bitcoin Communities περιλαμβάνει πληροϕορία σχετική με την κατάσταση, τη γενικότερη οικονομική δραστηριότητα της οντότητας, την οικονομική δραστηριότητα εντός και εκτός της κοινότητας και τη δραστηριότητα σε σχέση με τον χρόνο. Το κύριο ζήτημα που θα ερευνήσουμε αρχικά είναι η ανακάλυψη των κυρίαρχων κοινοτήτων στο δίκτυο. Για το σκοπό αυτο, σε πρώτο επίπεδο θα εξακριβώσουμε τον αριθμό των οντοτήτων που περιέχει η κάθε κοινότητα. Συνολικά στο σύνολο δεδομένων υπάρχουν οντότητες που αντιστοιχίζονται σε κλειδιά. Η μεγάλη πλειοψηϕία των οντοτήτων θεωρούνται ως miners, με τη δεύτερη κατά μέγεθος κοινότητα (casascius ϕυσικά νομίσματα) να περιλαμβάνει το 1/10 των miner οντοτήτων. Θεωρήσαμε σε αυτό το σημείο πως οι miners οι οποίοι έχουν εξορύξει ένα μόνο block μπορούν να διακριθούν από τους υπόλοιπους, οι οποίοι ονομάστηκαν Dedicated miners. Οι dedicated miners δεν ανήκουν σε κάποιο mining pool. Στη συνέχεια συλλέξαμε όλες τις miner οντότητες που δεν είναι dedicated miners και που δεν ανήκουν σε κάποια άλλη κοινότητα και τις αποκλείσαμε, παράγοντας ένα υποσύνολο του αρχικού συνόλου δεδομένων, το οποίο περιλαμβάνει οντότητες που κατέχουν δημόσια κλειδιά. Αυτό το ϕιλτραρισμένο σύνολο δεδομένων το ονομάσαμε Bitcoin Communities. Αξίζει να σημειωθεί ότι στο τελικό συνολο δεδομένων υπάρχουν 52 οντότητες που είναι miners χωρίς να είναι όμως dedicated miners. Αυτό συμβαίνει γιατί θέσαμε σαν κριτήριο της dedicated miner ομάδας να μην ανήκει η οντότητα σε άλλη κοινότητα. Επομένως, αυτές οι 52 οντότητες εϕόσον 82

87 ανήκουν σε άλλες κοινότητες δεν θεωρούνται dedicated miner και δεν προσμετρούνται σε αυτήν την ομάδα, αλλά στην άλλη, ή άλλες, κοινόνητα(ες) που ανήκουν. Όσον αϕορά επομένως στο συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων, όταν αναϕερόμαστε στους miners, θα εννοούμε τους dedicated miners. Επίσης πρέπει να αναϕερθεί πως στο σύνολο των οντοτήτων, υπάρχει ένας πολύ μικρός αριθμός, συγκεκριμένα 182, που ανήκουν σε παραπάνω από μία κοινότητες. Αυτό το γεγονός δημιουργεί ένα ζήτημα σχετικά με την κοινότητα στην οποία θα ενταχθεί η αντίστοιχη οντότητα όταν πραγματοποιείται ανάλυση κατά κοινότητα, το οποίο επιλύθηκε, επιλέγοντας την ενίσχυση των κοινοτήτων που περιέχουν μικρό αριθμό οντοτήτων. Επομένως σε περίπτωση που μία οντότητα ανήκει σε παραπάνω από μία κοινότητες, κατηγοριοποιήσαμε την οντότητα στην κοινότητα με το μικρότερο αριθμό οντοτήτων. Σε αυτό το σημείο έχει ενδιαϕέρον να συνοψίσουμε σε έναν πίνακα τα μεγέθη των δημοσίων κλειδιών και των οντοτήτων ανά στάδιο επεξεργασίας. Παρουσιάζουμε τον Πίνακα 1 όπου κάθε γραμμή του είναι και στάδιο επεξεργασίας. Η πρώτη γραμμή είναι το Bitcoin abe σύνολο δεδομένων που έχουμε στη βάση. Η δεύτερη είναι το σύνολο δεδομένων μετά τις τεχνικές ομαδοποίησης των κλειδιών εισόδου και εύρεσης διευθύνσεων για τα ρέστα. Η τρίτη αϕορά στο αρχικό Bitcoin Communities που περιλαμβάνει και τους miners που έχουν εξορύξει ένα μόνο block και που δεν ανήκουν σε άλλη κοινότητα. Τέλος, στην τελευταία γραμμή παρατίθενται τα κλειδιά και οι οντότητες που περιλαμβάνονται στο Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων μετά την αϕαίρεση των miners που έχουν εξορύξει ένα μόνο block. Οι στήλες αϕορούν στον αριθμό των κλειδιών, το σύνολο των οντοτήτων και των διευθύνσεων για τα ρέστα που ανακαλύψαμε. Πίνακας 1: Οι οντότητες και τα κλειδιά ανά στάδιο επεξεργασίας. Process stage Public Keys Entities Change Addresses Initital Bitcoin abe After clustering Extended Bitcoin Communities Filtered Bitcoin Communities Στο πρώτο στάδιο, το Initital Bitcoin abe, δεν υπάρχουν ούτε οντότητες, ούτε διευθύνσεις για τα ρέστα. Αυτά θα δημιουργηθούν μέσω των τεχνικών ανακάλυψης διευθύνσεων για τα ρέστα και ανακάλυψης 83

88 οντοτήτων μέσω των κλειδιών εισόδου σε μία συναλλαγή. Με αυτές τις τεχνικές ανακαλύψαμε οντότητες που περιλαμβάνουν και διευθύνσεις για τα ρέστα. Το Extended Bitcoin Communities είναι επικεντρωμένο στις οντότητες που συμμετέχουν σε τουλάχιστον μία κοινότητα και περιλαμβάνει το 7.1% περίπου των συνολικών δημοσίων κλειδιών και το 12.8% περίπου των συνολικών οντοτήτων. Στην τελευταία σειρά παρατίθεται το Bitcoin Communities μετά το ϕιλτράρισμα των miners, το οποίο περιλαμβάνει το 5.6% των συνολικών κλειδιών και το 0.5% μόνο των συνολικών οντοτήτων. Σε αυτό το σημείο ϕαίνεται ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό του Bitcoin Communities: αϕενός περιλαμβάνει εγγραϕές, αριθμός ικανοποιητικός για μία ανάλυση ικανή για εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων, και αϕετέρου έχει προέλθει μέσω ενός επιτυχημένου ϕιλτραρίσματος των διευθύνσεων οι οποίες δεν περιέχουν κάποια αναγνωριστική πληροϕορία σχετικά με τις κοινότητες. Το γεγονός αυτός διευκολύνει μία στοχευμένη μελέτη στο επίπεδο των κοινοτήτων του δικτύου. Στη συνέχεια θα πραγματοποιήσουμε μία σϕαιρική ανάλυση γύρω από το Bitcoin Communities. Σε πρώτο επίπεδο οπτικοποιούμε μέσω του Σχήματος 24 τον αριθμό των οντοτήτων ανά κοινότητα. Σχήμα 24: Η κατανομή των οντοτήτων ανά κοινότητα. 84

89 Ο αριθμός των οντοτήτων δεν είναι όμως από μόνος του όμως ικανός παράγοντας για να κρίνουμε τη σημαντικότητα της κάθε κοινότητας στο δίκτυο. Είναι απαραίτητες και άλλες μετρικές, όπως το σύνολο του όγκου συναλλαγών, ο αριθμός των συναλλαγών αλλά και τα δημόσια κλειδιά που ουσιαστικά υπάρχουν σε μία κοινότητα. Το Σχήμα 40 παρουσιάζει το σύνολο των κλειδιών που υπάρχουν ανά κοινότητα. Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναϕέρουμε ότι για μια οντότητα ορίζουμε τις Συναλλαγές εισόδου και τις Συναλλαγές εξόδου ως τις συναλλαγές στις οποίες μία ή περισσότερες διευθύνσεις της οντότητας συμμετείχαν ως είσοδοι (αποστολέας των Bitcoins) και έξοδοι (παραλήπτης των Bitcoins), αντίστοιχα. Ορισμός 2 - Συναλλαγή εισόδου Μία συναλλαγή T που περιέχει T xin pk δημόσια κλειδιά εισόδου, είναι συναλλαγή εισόδου για μία οντότητα E όταν ένα ή περισσότερα κλειδιά της Ε συμμετέχει σαν είσοδος στην T. 1. p k E p k T xin pk Ορισμός 3 - Συναλλαγή εξόδου Μία συναλλαγή T που περιέχει T xout pk δημόσια κλειδιά εξόδου, είναι συναλλαγή εξόδου για μία οντότητα E όταν ένα ή περισσότερα κλειδιά της Ε συμμετέχει σαν έξοδος στην T. 1. p k E p k T xout pk Από το Σχήμα 25 παρατηρούμε πως οι dedicated miners διαθέτουν πάνω από μισό εκατομμύριο δημόσια κλειδιά, ενώ ακολουθούν οι πλατϕόρμες τζόγου με δημόσια κλειδιά. Αυτό είναι ιδιαίτερα ενδιαϕέρον καθώς οι gambling οντότητες είναι μόλις 151, και σημαίνει πως υπάρχουν λίγες πλατϕόρμες τζόγου οι οποίες χρησιμοποιούν πολλά 85

90 Σχήμα 25: Το σύνολο των δημοσίων κλειδιών που διαθέτει η κάθε κοινότητα. κλειδιά, ενώ μάλιστα πολλά από αυτά χρησιμοποιούνται σαν είσοδοι στην ίδια συναλλαγή. Με αυτόν τον τρόπο καταϕέρνουμε να αντιστοιχίσουμε ένα μεγάλο αριθμό διευθύνσεων σε έναν αντίστοιχα μικρό αριθμό οντοτήτων. Κάτι ανάλογο συμβαίνει και με τη Shareholder κοινότητα, στην οποία μόλις 442 οντότητες κατέχουν ένα σύνολο δημοσίων κλειδιών. Στη συνέχεια παραθέτουμε το σύνολο των συναλλαγών αποστολής και παραλαβής ανά κοινότητα καθώς επίσης και τον αντίστοιχο όγκο συναλλαγών. Από τα Σχήματα 26, 27, και 28 και 29 παρατηρούμε πως ενώ οι οντότητες τζόγου συμμετέχουν στην πλειοψηϕία των συναλλαγών, παρόλα αυτά ο συνολικός όγκος των συναλλαγών στις οποίες συμμετέχουν οι συγκεκριμένες οντότητες είναι περίπου 10% για τις συναλλαγές εξόδου και 9% για τις συναλλαγές εισόδου. Ο μεγαλύτερος όγκος συναλλαγών (42% και 48% για τις συναλλαγές εισόδου και εξόδου αντίστοιχα) αϕορά στους miners. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός πως ένα αξιοσημείωτο ποσό Bitcoins μεταϕέρεται στους 86

91 Σχήμα 26: Ο συνολικός αριθμός συναλλαγών εξόδου ανά κοινότητα. Σχήμα 27: Ο συνολικός αριθμός συναλλαγών εισόδου ανά κοινότητα. Σχήμα 28: Ο συνολικός όγκος συναλλαγών εξόδου ανά κοινότητα. Σχήμα 29: Ο συνολικός όγκος συναλλαγών εισόδου ανά κοινότητα. miners κάθε 10 λεπτά. Αυτά τα Bitcoins τα διοχετεύουν στη συνέχεια οι miners στο δίκτυο συμβάλλοντας στην ομαλή λειτουργία του. Επίσης, ο μεγάλος αριθμός συναλλαγών που αϕορούν στις πλατϕόρμες τζόγου εξηγείται από το γεγονός πως οι περισσότερες πλατϕόρμες επιτρέπουν ένα πολύ μικρό ελάχιστο ποσό για τη συμμετοχή στα τυχερά παιχνίδια, αυξάνοντας με αυτό τον τρόπο τον αριθμό συναλλαγών που δέχονται και στέλνουν. Παράλληλα όμως οι μικρές αυτές συναλλαγές δεν έχουν το αντίστοιχο αντίκτυπο στο συνολικό όγκο συναλλαγών. Επομένως, οι πλατϕόρμες τζόγου ενώ συμμετέχουν σε πλήθος συναλλαγών, παρόλα αυτά δεν κατέχουν τη πρώτη θέση όσον αϕορά στον συνολικό όγκο συναλλαγών. Από τα παραπάνω σχήματα διαϕαίνεται επομένως πως οι τέσσε- 87

92 ρις ισχυρότερες κοινότητες είναι οι πλατϕόρμες τζόγου, οι miners, τα mining pools (με 22% περίπου συμμετοχή στο συνολικό όγκο συναλλαγών) και τέλος τα ανταλλακτήρια (τα οποία συμμετέχουν στο 10% του όγκου συναλλαγών περίπου). Εκτελώντας μία σειρά από ερωτήματα στη βάση δεδομένων, δημιουργήσαμε 57 χαρακτηριστικά τα οποία παρουσιάζονται στο Σχήμα 30. τα χαρακτηριστικά αυτά συγκαταλέγονται στις παρακάτω οκτώ βασικές κατηγορίες: Το αναγνωριστικό της κοινότητας (Community Name): Είναι η ονομασία της κοινότητας. Για τη δημιουργία αυτού του αναγνωριστικού, είχαμε ίσο αριθμό πεδίων και κοινοτήτων, όπου κάθε πεδίο λάμβανε την τιμή 1 όταν η αντίστοιχη οντότητα άνηκε στην κοινότητα. Επομένως όλες οι οντότητες τζόγου έχουν τιμή 1 στο πεδίο gambling. Έπειτα δημιουργήσαμε το πεδίο cluster το οποίο λαμβάνει υπόψη την κοινότητα στην οποία εντάσσεται η οντότητα και λαμβάνει την αντίστοιχη τιμή. Επομένως όλες οι οντότητες τζόγου έχουν την τιμή gambling στο πεδίο cluster. Σε περίπτωση όπου μία οντότητα ανήκει σε παραπάνω από μία κοινότητες τότε η τιμή του πεδίου cluster λαμβάνει το όνομα της κοινότητας με το μικρότερο αριθμό οντοτήτων. Οι ονομασίες αυτές χρησιμοποιούνται αντίστοιχα και ως χαρακτηριστικά στον πίνακα bitcoin_communities_subset για να ορίσουν σε ποιες κοινότητες ανήκει η κάθε οντότητα). Η δραστηριότητα που αϕορά στις παραλαβές BTC (Receiving Activity). Η δραστηριότητα που αϕορά στις αποστολές BTC (Sending Activity). Η δραστηριότητα σε σχέση με τον χρόνο (Time Activity): Αϕορά στα blocks που διαθέτουν συναλλαγές που συμμετέχει η οντότητα. Περιέχει επίσης πληροϕορία σχετικά με το σύνολο των blocks που διαθέτουν συναλλαγές της κοινότητας προς το σύνολο των συναλλαγών. Η τιμή 1 σημαίνει πως οι συναλλαγές κατανέμονται σε διαϕορετικά μεταξύ τους blocks. Όσο η τιμή πλησιάζει το 0, τόσο οι συναλλαγές συγκεντρώνονται σε μικρότερο αριθμό blocks, εμϕανίζοντας επομένως η οντότητα δραστηριότητα που είναι περιορισμένη χρονικά. Η γενική κατάσταση της οντότητας (Status): Περιέχει τον αριθμό των δημοσίων κλειδιών και διευθύνσεων για τα ρέστα που διαθέ- 88

93 τει η κάθε οντότητα, τον αριθμό των κοινοτήτων που συμμετέχει καθώς επίσης και τον αριθμό των blocks που ενδεχομένως έχει συλλέξει. Η κατάσταση της οντότητας που αϕορά στις συναλλαγές (Tx Status). Περιλαμβάνει μεταβλητές που αναϕέρονται στο ποσοστό του όγκου και του αριθμού των συναλλαγών που έλαβε και έστειλε η κάθε οντότητα, καθώς επίσης και μία μεταβλητή που υποδεικνύει αν η οντότητα έχει στείλει μικρότερο ποσό BTCs από όσα έχει λάβει συνολικά(μεταβλητή is Balanced) Οι λήψεις τόσο στα πλαίσια της ίδιας κοινότητας όσο και μεταξύ των κοινοτήτων (Community Receiving Activity): Περιλαμβάνει το σύνολο και το ποσοστό των λήψεων που αποστέλλονται από οντότητες εντός και εκτός της ίδιας κοινότητας. Οι αποστολές τόσο στα πλαίσια της ίδιας κοινότητας όσο και μεταξύ των κοινοτήτων. (Community Sending Activity): Αντίστοιχα, περιλαμβάνει το σύνολο και το ποσοστό των αποστολών που στέλνονται σε οντότητες εντός και εκτός της ίδιας κοινότητας. Το Σχήμα 30 απεικονίζει τις οκτώ παραπάνω ομάδες χαρακτηριστικών, παραθέτοντας παράλληλα το κάθε χαρακτηριστικό που περιλαμβάνει η εκάστοτε κατηγορία. 4.6 Συμπεράσματα από την ανάλυση του Bitcoin Communities Η ομαδοποίηση των οντοτήτων στο Bitcoin παρουσιάζει έντονο ερευνητικό ενδιαϕέρον. Σε αυτό το πλαίσιο είναι πολύ χρήσιμη η εκμετάλλευση της πληροϕορίας που υπάρχει και αϕορά στις δηλωμένες από τους χρήστες διευθύνσεις. Αυτό το στοιχείο αποτέλεσε τον θεμελιώδη λίθο για τη δημιουργία του Bitcoin Communities. Το συγκεκριμένο σύνολο δεδομένων το οποίο επικεντρώνεται στις κοινότητες του Bitcoin, προσϕέρει εν μέσω των χαρακτηριστικών του νέες δυνατότητες για την ανάλυση των συναλλαγών στο Bitcoin. Πραγματοποιώντας ανάλυση σε αυτό το σύνολο δεδομένων καταλήξαμε στα εξής συμπεράσματα: 1. Αποδείχθηκε πως το πλήθος οντοτήτων που απαρτίζουν κάθε κοινότητα αλλά και ο αριθμός των διευθύνσεων που περιλαμβάνουν δεν αποτελούν από μόνα τους στοιχεία αξιολόγησης της σημαντικότητας της κοινότητας. Οικονομικοί παράγοντες όπως το πλήθος και ο όγκος των συναλλαγών προσδίδουν περισσότερα 89

94 στοιχεία για την εικόνα της κοινότητας και είναι απαραίτητοι για τον προσδιορισμό της συμμετοχής της στο δίκτυο. 2. Οι κοινότητες με ιδιαίτερα έντονη δραστηριότητα είναι οι miners, τα ανταλλακτήρια, οι πλατϕόρμες τζόγου και τα mining pools. 3. Οι λογαριασμοί τζόγου ενώ συμμετέχουν σε μεγάλο πλήθος συναλλαγών, παρόλα αυτά δεν συνεισϕέρουν το μεγαλύτερο όγκο συναλλαγών. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός πως το κατώτατο όριο για την πραγματοποίηση στοιχημάτων είναι ιδιαίτερα μικρό, επιτρέποντας έτσι μεγάλο πλήθος στοιχημάτων τα οποία όμως περιέχουν μικρά ποσά. 4. Τα Casascius ϕυσικά νομίσματα ενώ περιλαμβάνουν ένα μεγάλο πλήθος οντοτήτων, παρόλα αυτά αντιστοιχίζονται σε ίσο αριθμό δημοσίων κλειδιών, ενώ παράλληλα δεν συμμετέχουν σε ένα αξιοσημείωτο ποσοστό των συνολικών συναλλαγών. Η περίπτωσή τους είναι ιδιαίτερα ενδιαϕέρουσα, και θα μπορούσε να συσχετιστεί με τους λογαριασμούς αποταμίευσης, μελέτη που πραγματοποιούμε στην Ενότητα Έχοντας μόνο έξι δημόσια κλειδιά ανταλλακτηρίων, καταϕέραμε να εντοπίσουμε μία υπολογίσιμη δραστηριότητα. Μία πιο εκτεταμένη έρευνα με σκοπό την εύρεση περισσότερων δημοσίων κλειδιών που ανήκουν σε ανταλλακτήρια, θα μπορούσε να αυξήσει τη δραστηριότητα της συγκεκριμένης κοινότητας και να αναδείξει τον ρόλο της. 90

95 Σχήμα 30: Τα χαρακτηριστικά του Bitcoin Communities ανά κατηγορίες. 91

96 5 Ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας και πρόβλεψη της τιμής Σε αυτήν την ενότητα θα εξετάσουμε την οικονομική δραστηριότητα του δικτύου. Η μελέτη επικεντρώνεται σε τρεις βασικούς άξονες: 1. Εντοπισμός λογαριασμών αποταμίευσης και συσχέτιση των δραστηριοτήτων τους με την αξία ενός BTC. 2. Μελέτη της διανομής του πλούτου σε επίπεδο οντοτήτων. 3. Ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας και πρόβλεψη της αξίας του Bitcoin. Στην Ενότητα 5.1 ορίζονται και εξετάζονται οι λογαριασμοί αποταμίευσης. Επιχειρείται επίσης συσχέτιση της δραστηριότητας των λογαριασμών αποταμίευσης με την τιμή του Bitcoin. Στην Eνότητα 5.2 μελετάται η διανομή του πλούτου σε επίπεδο οντοτήτων έτσι ώστε να διευκρινιστεί αν η αποστολή και η παραλαβή των BTCs κατανέμεται σε πολλούς ή λίγους χρήστες. Τέλος, στην Ενότητα 5.3 εξετάζονται σημαντικοί οικονομικοί δείκτες του Bitcoin με σκοπό την ανεύρεση συσχετίσεων μεταξύ τους. ίνεται ιδιαίτερη σημασία στην αξία του νομίσματος και μελετάται η δημιουργία ενός μοντέλου πρόβλεψης της τιμής του. 92

97 5.1 Saving accounts: Οι λογαριασμοί αποταμίευσης στο Bitcoin Στην εργασία[9] αναϕέρεται για πρώτη ϕορά ο όρος Λογαριασμός αποταμίευσης (saving account). Κύριος σκοπός της μελέτης που διεξήγαν οι Ron et al. ήταν η ανεύρεση του συνολικού όγκου των BTCs που συσσωρεύονται σε λογαριασμούς αποταμίευσης. Μερικά πολύ ενδιαϕέροντα ερωτήματα που θέτουμε και αναζητούμε απαντήσεις είναι τα εξής: Αποτελούν οι λογαριασμοί αποταμίευσης σημαντικό ποσοστό των συνολικών διευθύνσεων; Πόσες διευθύνσεις προστίθενται και αϕαιρούνται από τους λογαριασμούς αποταμίευσης ανά ημέρα; Τέλος, σχετίζεται η τιμή του Bitcoin με τη δραστηριότητα των λογαριασμών αποταμίευσης; Η παρούσα ενότητα επιχειρεί να δώσει απάντηση στα παραπάνω ερωτήματα. Αρχικά, ορίζουμε για μία χρονική στιγμή n ως λογαριασμό αποταμίευσης ένα δημόσιο κλειδί το οποίο έχει συμμετάσχει σε έστω και μία συναλλαγή ως διεύθυνση εξόδου, αλλά δεν έχει χρησιμοποιηθεί μέχρι τη χρονική στιγμή n ως διεύθυνση εισόδου. Ορισμός 4 - Λογαριασμός αποταμίευσης Ένα δημόσιο κλεδί p k χαρακτηρίζεται ως λογαριασμός αποταμίευσης σε μία χρονική στιγμή n όταν πληρούνται οι ακόλουθες ιδιότητες: 1. p k T xins n 2. p k / T xouts n Είναι σημαντικό να εντοπίσουμε τους λογαριασμούς αποταμίευσης που υπάρχουν στο δίκτυο. Έστω επομένως ότι N οι συνολικές ημέρες παρατήρησης του δικτύου και B Dn τα blocks της -οστής ημέρας. Έστω επίσης T xin Bn και T xout Bn τα δημόσια κλειδιά των συναλλαγών εισόδου και εξόδου αντίστοιχα που ανήκουν στα blocks της -οστής ημέρας. Ορίζουμε επίσης ως S n το σύνολο των λογαριασμών αποταμίευσης που έχουν βρεθεί τη χρονική στιγμή n, και P k outs το σύνολο των διευθύνσεων που έχουν εκκινήσει έστω και μία συναλλαγή. Τα βήματα του Saving Accounts Exrtractor παρουσιάζονται στον Αλγόριθμο 1. 93

98 Algorithm 1: Saving Accounts Exrtractor Data: Bitcoin Transactions Result: Number of saving accounts, number of accounts added or removed from saving accounts within a day initialization while n N do Read T xin Bn for txin T xin B n do if txin / P k outs then add txin to Sn Read T xout Bn for txout T xout B n do if txout S then remove txout from Sn Write Down S n, S n S n 1 Ο ίδιος αλγόριθμος παρουσιάζεται επίσης και σε διάγραμμα ροής στο Σχήμα

99 Σχήμα 31: Το διάγραμμα ροής του Saving Accounts Exrtractor. 95

100 Αποθηκεύοντας παράλληλα τον αριθμό των μοναδικών διευθύνσεων που εισάγονται και εξάγονται στους λογαριασμούς αποταμίευσης κάθε μέρα, μπορούμε παράλληλα να δούμε και τον ρυθμό αύξησης και μείωσης των λογαριασμών αποταμίευσης ανά ημέρα. Οι διευθύνσεις που προστίθενται στα saving accounts αποθηκεύονται ως Saving accounts added και οι διευθύνσεις που αϕαιρούνται ως Saving accounts removed. Ουσιαστικά η τιμή της Saving accounts removed τη χρονική στιγμή n είναι τα false positives της χρονική στιγμής n 1, δεδομένου ότι οι λογαριασμοί αυτοί στη χρονική στιγμή n 1 ήταν μέρος των saving accounts, αλλά τη χρονική στιγμή n συμμετείχαν ως είσοδοι σε μία συναλλαγή, παύοντας παράλληλα να θεωρούνται ως saving accounts. Πρόκειται για μία μεταβλητή η οποία μπορεί να ϕανερώσει σημαντικά στοιχεία σχετικά με τη συμπεριϕορά των χρηστών ανάλογα με την τιμή του BTC. Αν παραδείγματος χάρη, σε περιόδους που έχουμε μεγάλη αύξηση της τιμής του BTC παρατηρούμε παράλληλα μεγάλο αριθμό λογαριασμών αποταμίευσης να αποστέλλουν BTC, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι λογαριασμοί αυτοί αναμένουν μία ιδιαίτερα μεγάλη τιμή του BTC για να κινηθούν. Υπόθεση 1 - Ο μεγάλος αριθμός συναλλαγών αποστολής BTCs από λογαριασμούς αποταμίευσης σε χρονικές περιόδους με υψηλή τιμή του νομίσματος, αναδεικνύει μία τάση ομάδας χρηστών να εξοικονομούν BTCs όταν η τιμή είναι χαμηλή και να τα αποστέλλουν BTCs όταν η τιμή αυξάνεται σημαντικά. Υλοποιήσαμε και τρέξαμε τον αλγόριθμο αυτόν για να βρούμε τους λογαριασμούς αποταμίευσης σε ένα διάστημα από τη πρώτη συναλλαγή έως και τις 11/05/2013, βρίσκοντας δημόσια κλειδιά που έχουν δεχτεί αλλά δεν έχουν αποστείλει BTCs. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι εϕόσον αυτοί οι λογαριασμοί δεν έχουν συμμετάσχει ως αποστολείς κάποιου ποσού, δεν μπορούν να εισαχθούν σε κάποια οντότητα, ούτε μπορεί να υπάρξει μία διεύθυνση που χρησιμοποιείται για ρέστα για αυτούς. Επομένως, όλες οι τεχνικές ομαδοποίησης των διευθύνσεων δεν αποϕέρουν αποτέλεσμα όσον αϕορά στους λογαρια- 96

101 σμούς αποταμίευσης. εδομένου επίσης ότι θέλουμε να συσχετίσουμε τη δραστηριότητα των λογαριασμών αποταμίευσης με την τιμή του BTC, αποκλείσαμε τις τιμές πριν τις 17/08/2010. Η ημερομηνία αυτή επιλέχθηκε λόγω της εισαγωγής των ανταλλακτηρίων στο δίκτυο. Ο ρόλος των ανταλλακτηρίων σε αυτό το σημείο είναι διπλός: 1. Το BTC ανταλλάσσεται με τα ήδη υπάρχοντα παραδοσιακά ϕυσικά νομίσματα, οπότε η αξία του έχει ιδιαίτερο ενδιαϕέρον. 2. Αρχίζει να εμϕανίζεται μία έντονη δραστηριότητα στο δίκτυο και αυτή οϕείλεται στο γεγονός ότι πλέον δεν αποτελεί μέσο συναλλαγής μίας κλειστής ομάδας υποστηρικτών του Bitcoin. Τα Σχήματα 32 και 33 παρουσιάζουν τους λογαριασμούς αποταμίευσης που έχουν αϕαιρεθεί ή προστεθεί ανά ημέρα. Σχήμα 32: Λογαριασμοί αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν. Σχήμα 33: Λογαριασμοί αποταμίευσης που προστέθηκαν. Τα ιστογράμματα των σχημάτων 34 και 35 δείχνουν πως έντονη δραστηριότητα παρουσιάζεται σπάνια. Παρατούμε πως στο πρώτο ιστόγραμμα, έχοντας κατά μέσο όρο ανά ημέρα λογαριασμούς αποταμίευσης που στέλνουν τελικά Bitcoins, είναι ελάχιστες οι μέρες που το σύνολο των λογαριασμών αυτών ϕτάνει τους Ένα ερώτημα που θα μας απασχολήσει είναι εάν υπάρχει κάποια συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των λογαριασμοί αποταμίευσης που αϕαιρούνται και της τιμής του BTC. Εάν υπάρχει, τότε ένα σημαντικό ερώτημα προς διερεύνηση είναι αν οι περιπτώσεις αυτές εμϕανίζονται πριν ή κατά τη διάρκεια μίας αξιοσημείωτης αύξησης της τιμής. Σε περίπτωση που οι λογαριασμοί αυτοί δραστηριοποιούνται πριν την εμϕάνιση της αύξησης, τότε ενδέχεται οι λογαριασμοί αυτοί να επηρεάζουν την ίδια τη τιμή του BTC. Στην αντίθετη περίπτωση που η αύξηση της 97

102 τιμής προηγείται, τότε μπορούμε να ισχυριστούμε πως οι λογαριασμοί αυτοί αναμένουν μία αύξηση της τιμής για να κινηθούν, έτσι ώστε να επωϕεληθούν από αυτή την αύξηση. Αντίστοιχα, έχοντας κατά μέσο όρο διευθύνσεις που προστίθενται στους λογαριασμούς αποταμίευσης ανά ημέρα, παρατηρούμε πως είναι λίγες οι μέρες όπου το σύνολο των διευθύνσεων που προστίθεται ξεπερνά τις Σχήμα 34: Ιστόγραμμα λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν Σχήμα 35: Ιστόγραμμα λογαριασμών αποταμίευσης που προστέθηκαν Συσχέτιση των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται και της τιμής του νομίσματος Σε αυτήν την υποενότητα θα γίνει η διερεύνηση της σχέσης που υπάρχει ανάμεσα στους λογαριασμούς αποταμίευσης που ξεκινούν κάποια αποστολή BTC και της τιμής του BTC. Σε περίπτωση που υπάρχει θετική ή αρνητική συσχέτιση γεννάται ένα ενδιαϕέρον ζήτημα καθώς μπορεί να ισχύει ένα από τα παρακάτω ενδεχόμενα: Η τιμή του BTC επηρεάζεται από την αποστολή BTCs από λογαριασμούς που θεωρούνταν μέχρι εκείνη τη στιγμή ως λογαριασμοί αποταμίευσης. Αυτό θα οδηγήσει στο συμπέρασμα πως οι λογαριασμοί αυτοί λειτουργούν ως αποδέκτες BTCs με σκοπό να επηρεάσουν την ίδια την τιμή του BTC όταν αποϕασίσουν να στείλουν το ποσό που έχουν συγκεντρώσει. 98

103 Οι λογαριασμοί αποταμίευσης επηρεάζονται από την έντονη μεταβολή της τιμής με αποτέλεσμα να διοχετεύουν τα BTCs που έχουν συλλέξει. Για να απαντήσουμε στο παραπάνω ερώτημα συλλέξαμε πληροϕορίες για την τιμή του BTC από τις 17/08/10, όταν και αρχίζουν να εισάγονται τα ανταλλακτήρια στο Bitcoin, μέχρι και τις 09/07/13, οπότε και έγινε η τελευταία συναλλαγή που διαθέτουμε. Στη συνέχεια, συσχετίσαμε την τιμή του BTC με τοω αριθμό των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν, χρησιμοποιώντας τους συντελεστές συσχέτισης Pearson s[52] και Kendall[53], και εξάγοντας την τιμή και αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει πως υπάρχει έντονη θετική συσχέτιση ανάμεσα στην τιμή του BTC και στο πλήθος των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν. Έπειτα, δημιουργήσαμε ένα scatter διάγραμμα γι αυτές τις δύο μεταβλητές (Σχήμα 36), το οποίο επιβεβαιώνει την ύπαρξη θετικής συσχέτισης μεταξύ των δύο μεταβλητων. Καθώς αυξάνεται η τιμή του BTC, αυξάνεται παράλληλα και το πλήθος των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται. Η linear fit γραμμή που προσθέσαμε στο διάγραμμα αντιστοιχίζεται σε συντελεστή προσδιορισμού R 2 = 0.6, γεγονός που υποδεικνύει πως υπάρχει γραμμική θετική συσχέτιση, και πως το 60% των περιπτώσεων των λογαριασμών που αϕαιρούνται αντικατροπτίζονται από αυτή. Επομένως, είναι σαϕές πως υπάρχει έντονη θετική συσχέτιση μεταξύ των δύο μεταβλητών που μελετάμε. Προχωρώντας την ανάλυση, θα προσπαθήσουμε να δούμε αν η μεταβολή της μίας μεταβλητής προηγείται της άλλης, με σκοπό να διευκρινίσουμε αν η δραστηριότητα των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται επηρεάζει την τιμή, ή εάν η μεταβολή της τιμής έχει σαν αποτέλεσμα οι λογαριασμοί αποταμίευσης να διαθέτουν μαζικά τα αποθέματα που έχουν σε BTC. Αντιπαραβάλουμε επομένως στο Σχήμα 37 τη μεταβολή της τιμής του BTC και του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται στο χρόνο. Επειδή ο αριθμός των λογαριασμών που αϕαιρέθηκαν είναι περίπου εκατό ϕορές μεγαλύτερος από την τιμή του BTC, κρατήσαμε το ένα τριακοσιοστό του αριθμού αυτού, έτσι ώστε να μπορούν να απεικονιστούν από κοινού οι τιμές των δύο αυτών μεταβλητών σε ένα διάγραμμα. Το Σχήμα 37 μας βοηθάει να εξάγουμε το παρακάτω σημαντικό συμπέρασμα. Οι δύο μεταβλητές ακολουθούν σε γενικές γραμμές κοινή πορεία: μέχρι την 297 η μέρα(10/06/2011), στην οποία η τιμή του BTC 99

104 Σχήμα 36: Συσχέτιση του αριθμού λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν με την τιμή του BTC. ϕτάνει τα $35, οι τιμές τους κυμαίνονται σε χαμηλά επίπεδα, ενώ στη συνέχεια εμϕανίζουν μία παροδική άνοδο. Οι μεταβλητές συνεχίζουν να μην παρουσιάζουν κάποια έντονη διακύμανση μέχρι τη 731 η μέρα (17/08/2012) όταν παρατηρείται μία έντονη αύξηση των λογαριασμών που αϕαιρούνται, η οποία αντικατοπτρίζεται, όχι όμως τόσο έντονα στην αύξηση της τιμής του BTC. Τέλος, τη 966 η μέρα (09/04/2013) έχουμε τη μεγαλύτερη τιμή του BTC που παρατηρείται, η οποία αγγίζει τα $238. Παράλληλα έχουμε και μία αύξηση των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται. 100

105 Σχήμα 37: Αντιπαραβολή της μεταβολής της τιμής του BTC και του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται στο χρόνο. Στην δεξιά επίσης πλευρά του διαγράμματος του Σχήματος 37 δια- ϕαίνονται δύο μεγεθύνσεις που αϕορούν στις ημέρες που παρουσιάζεται έντονη αύξηση στην τιμή του BTC. Η πρώτη παρατηρείται στις 10/06/2011 όπου η τιμή του νομίσματος ϕτάνει τα $35. Το Σχήμα 38 παρουσιάζει την τιμή του BTC και την τιμή τπυ αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν κατά 500 ϕορές μικρότερη, έτσι ώστε να είναι εϕικτή η απεικόνιση τους σε κοινό διάγραμμα. Στο Σχήμα 38 παρατηρείται αρχικά μία αύξηση στην τιμή του BTC από τα $18 στα $34, ενώ παράλληλα αυξάνεται και η μεταβλητή του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης η οποία λαμβάνει τη μέγιστη τιμή της μία μέρα νωρίτερα από τη μέγιστη τιμή της αξίας του BTC. Στη συνέχεια, και οι δύο μεταβλητές εμϕανίζουν μείωση. 101

106 Σχήμα 38: Η αντιπαραβολή της μεταβολής της τιμής του BTC και των λογαριασμών αποταμίευσης στις 10/06/11. Η σημαντικότερη μέρα για την τιμή του BTC, τουλάχιστον για το χρονικό διάστημα που εμείς διαθέτουμε δεδομένα, είναι η 09/04/2013, κατά την οποία η τιμή του αγγίζει τα $238. Η τιμή αυτή θα ξεπεραστεί 7 μήνες αργότερα, όταν θα ϕτάσει τα $246. Η αντιπαραβολή του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρούνται, κατά 100 ϕορές μικρότερη, με την τιμή του BTC παρουσιάζεται στο Σχήμα 39. Στο Σχήμα 39 είναι επίσης αξιοσημείωτη η παράλληλη πορεία των δύο μεταβλητών. Παρόλα αυτά μπορούμε να παρατηρήσουμε πως η αξία του BTC παρουσιάζει μία μεταβολή την οποία ϕαίνεται να ακολουθεί η άλλη μεταβλητή με απόσταση μίας ημέρας. Αυτό είναι έντονο από την 963 η ως την 971 η ημέρα, διάστημα μέσα στο οποίο η αξία του νομίσματος λαμβάνει και τη μεγαλύτερη τιμή του. Αυτό το στοιχείο ενισχύει την υπόθεση πως η αξία του νομίσματος επηρεάζει την δραστηριότητα των λογαριασμών αποταμίευσης. 102

107 Σχήμα 39: Η αντιπαραβολή της μεταβολής της τιμής του BTC και των λογαριασμών αποταμίευσης στις 09/04/ Κοινότητες χρηστών και λογαριασμοί αποταμίευσης Στη συνέχεια θα χρησιμοποιήσουμε Bitcoin Communities σύνολο δεδομένων για να ερευνήσουμε την κατανομή των λογαριασμών αποταμίευσης ανά κοινότητα. Οι ρόλοι που εξυπηρετούν οι κοινότητες στο δίκτυο είναι κατά βάση ασαϕείς και χρίζουν περαιτέρω έρευνας. Υπάρχουν ϕορές βέβαια που αυτοί οι ρόλοι είναι διακριτοί μεταξύ τους. Παραδείγματος χάρη, περιμένουμε από τους miners και τα mining pools να δέχονται την πρώτη συναλλαγή του block, λόγω της ανακάλυψής του. Σε αυτό το σημείο θα ερευνήσουμε αν η κοινότητα που ανήκει μία οντότητα σχετίζεται με τον αριθμό των λογαριασμών αποταμίευσης. Στην Ενότητα 4.5 ανακαλύψαμε τις κυριότερες κοινότητες στο Bitcoin. Αυτό σημαίνει πως κοινότητες οι οποίες δεν ανήκουν στις κυρίαρχες, ιδίως όσον αϕορά στον όγκο συναλλαγών εξόδου, μπορεί να περιέ- 103

108 χουν πολλές οντότητες που να μην έχουν στείλει BTCs, παρόλο που διαθέτουν. Οι οντότητες αυτές θα περιέχουν αναπόϕευκτα ένα μόνο δημόσιο κλειδί, αϕού δεν ομαδοποιούνται με βάση τα κλειδιά εισόδου. Σε περίπτωση που αποδειχθεί ότι υπάρχουν κοινότητες με στατιστικά μεγαλύτερο αριθμό λογαριασμών αποταμίευσης, τότε μπορούμε να ισχυριστούμε πως οι αντίστοιχοι λογαριασμοί αποταμίευσης ίσως δεν χρησιμοποιούνται για να επωϕεληθούν οι κάτοχοι από μία ενδεχόμενη αύξηση της τιμής, αλλά απλά οι λογαριασμοί αυτοί ανήκουν σε μία κοινότητα η οποία δεν έχει ακόμα αναπτυχθεί. Το Σχήμα 40 παρουσιάζει το ποσοστό των λογαριασμών αποταμίευσης που υπάρχουν ανά κοινότητα. Είναι ϕανερό πως για την κοινότητα που αϕορά τα casascius ϕυσικά νομίσματα, το ποσοστό των λογαριασμών που δεν έχουν συμμετάσχει ως είσοδοι σε μία συναλλαγή είναι σχεδόν απόλυτο, και ϕτάνει το 98%, ενώ στη δεύτερη θέση έρχονται τα mining pools με 32%. Υπολογίζοντας τον Pearson συντελεστή για τον εντοπισμό της συσχέτισης μεταξύ των casascius οντοτήτων (η μεταβλητή casascius) και του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης (η μεταβλητή advance shadows ), λάβαμε την τιμή 0.99 που δείχνει μία έντονη συσχέτιση μεταξύ των δύο μεταβλητών. Συγκεκριμένα, στις περιπτώσεις όπου έχουμε μία casascius οντότητα, όταν δηλαδή η casascius λαμβάνει την τιμή 1, τότε η τιμή της advance shadow είναι υψηλή. Αυτό το μοτίβο ακολουθείται για την πλειονότητα των casascius ϕυσικών νομισμάτων. Αντιθέτως υψηλές τιμές της advance shadows είναι σπανιότερες σε περιπτώσεις όπου η τιμή της casascius είναι 0, επομένως αναϕερόμαστε σε οντότητα που δεν έχει κατηγοριοποιηθεί ως casascius. Επομένως, μπορούμε να θεωρήσουμε πως η Casascius κοινότητα περιέχει στατιστικά μεγαλύτερο ποσοστό λογαριασμών αποταμίευσης. εδομένου ότι τα casascius νομίσματα είναι ένας τρόπος διεύρυνσης της χρήσης του Bitcoin, μπορούμε να εικάσουμε πως οι αντίστοιχοι λογαριασμοί αποταμίευσης δεν έχουν ως σκοπό τον επηρεασμό της τιμής του BTC, αλλά ότι τα casascius νομίσματα δεν χαίρουν μέχρι το χρονικό διάστημα που διαθέτουμε δεδομένα εμεις ιδιαίτερης αποδοχής και χρήσης. Είναι επομένως χρήσιμη η απομάκρυνση των εν λόγω λογαριασμών σε μία πιθανή εργασία που διερευνά την συσχέτιση των λογαριασμών αποταμίευσης με την τιμή του BTC. 104

109 Σχήμα 40: Το ποσοστό των λογαριασμών αποταμίευσης ανά κοινότητα Γενικά συμπεράσματα για τους λογαριασμούς αποταμίευσης Οι λογαριασμοί αποταμίευσης αποτελούν αναμϕισβήτητα ένα αξιόλογο κομμάτι του Bitcoin, αγγίζοντας το 11% περίπου των συνολικών διευθύνσεων. Το σημείο που κέντρισε το ενδιαϕέρον μας ήταν οι λογαριασμοί αποταμίευσης που επιχειρούν αποστολές BTC, και συγκεκριμένα η χρονική στιγμή που το επιχειρούν. Σε αυτό το πλαίσιο εξετάσαμε τη συγκεκριμένη συμπεριϕορά σε σχέση με την αξία του Bitcoin, ανακαλύπτοντας μία ιδιαίτερα σημαντική θετική συσχέτιση. Από τις δύο περιπτώσεις που εξετάσαμε και που περιλαμβάνουν τις μεγαλύτερες αυξήσεις στην τιμή του BTC, παρατηρήσαμε μία κοινή πορεία των δύο μεταβλητών. Αυτό το συμπέρασμα είναι σημαντικό, καθώς υποδηλώνει ότι γνωρίζοντας μόνο τον αριθμό των λογαριασμών αποταμίευσης που έχουν αϕαιρεθεί σε μία μέρα, είναι εϕικτό να εκτιμηθεί και η τιμή του BTC. Όσον αϕορά στο ποια μεταβλητή επηρεάζει τη μελλοντική τιμή της άλλης, εξετάσαμε δύο χρονικά πλαίσια που περιλαμβάνουν τις με- 105

110 γαλύτερες αυξήσεις στην τιμή του BTC. Η αυξομείωση των δύο μεταβλητών ταιριάζει αισθητά, στοιχείο ενθαρρυντικό για μεγαλύτερη εμβάθυνση. Παρατηρήσαμε επίσης πως η τελική αύξηση της τιμής του BTC στη μεγαλύτερη αξία που παρατηρήθηκε ($238) ϕαίνεται να προηγείται κατά μία μέρα της αντίστοιχης αύξησης του αριθμού των λογαριασμών αποταμίευσης που αϕαιρέθηκαν, οδηγώντας μας στο να υιοθετήσουμε την υπόθεση πως σε εκείνη τη χρονική περίοδο, η ραγδαία αύξηση της τιμή οδήγησε πολλούς ιδιοκτήτες που συσσώρευαν μέχρι τότε BTCs να αρχίζουν να τα διοχετεύουν. Οπότε ενισχύεται με αυτό το στοιχείο ο ισχυρισμός πως το Bitcoin εκτός από μέσω ανταλλαγής χρησιμοποιείται και σαν τρόπος αποταμίευσης με σκοπό, ενδεχομένως, το κέρδος. Τέλος, χρησιμοποιώντας το Bitcoin Communities, διερευνήσαμε τη συσχέτιση μεταξύ του ποσοστού των λογαριασμών αποταμίευσης ανά κοινότητα, ανακαλύπτοντας πως ένα ιδιαίτερα υψηλό ποσοστό των casascius νομισμάτων έχουν λάβει ένα ποσό BTCs, αλλά παρόλα αυτά δεν έχουν στείλει. Αυτό κατηγοριοποιεί τις συγκεκριμένες οντότητες ως λογαριασμούς αποταμίευσης. Παρατηρείται επομένως πως ένα τεράστιο ποσοστό των casascius νομισμάτων είναι λογαριασμοί αποταμίευσης. Θεωρούμε πως το ϕαινόμενο αυτό οϕείλεται στο γεγονός πως τα casascius νομίσματα δεν έχουν γνωρίσει μία αξιοσημείωτη αποδοχή στο δίκτυο και πως η χρήση τους είναι αρκετά περιορισμένη. Επομένως μπορούμε να ισχυριστούμε πως οι οντότητες αυτές δεν αποσκοπούν στην επίτευξη του κέρδους μέσω της αυξομείωσης της τιμής του BTC, αλλά αντιθέτως αποτελούν οντότητες μίας κοινότητας που δεν έχει γνωρίσει ακόμα άνθιση στο δίκτυο. Η εύρεση των εν λόγω οντοτήτων στο σύνολο των λογαριασμών αποταμίευσης και η αϕαίρεσή τους από αυτούς, είναι ένα σημείο έρευνας που έχει ιδιαίτερο ενδιαϕέρον να αναλυθεί σε μελλοντική εργασία, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε ακριβέστερο μέτρο υπολογισμού των λογαριασμών αποταμίευσης. Υπάρχουν αξιοσημείωτα ερωτήματα που γεννήθηκαν μέσα από αυτή την εργασία και έχουν ενδιαϕέρον να απαντηθούν από μελλοντικές μελέτες, όπως είναι τα παρακάτω. 1. Πώς σχετίζεται το συνολικό ποσό που στέλνουν οι πρώην λογαριασμοί αποταμίευσης με την τιμή του BTC; 2. Πού στέλνουν οι λογαριασμοί αυτοί τα συγκεκριμένα ποσά; Ποιο είναι το ποσοστό των παραληπτών που ανήκει σε ανταλλακτήρια; 106

111 3. Ανήκουν οι λογαριασμοί αποταμίευσης σε κάποιες συγκεκριμένες κοινότητες; Τα παραπάνω είναι εϕικτό να απαντηθούν με τη βοήθεια του επεκταμένου Σχήματος που δημιουργήσαμε και που περιγράψαμε στην Ενότητα 4.4, καθώς περιέχει συγκεντρωμένη πληροϕορία σχετικά με τη δραστηριότητα του κάθε δημοσίου κλειδιού, αλλά και την κοινότητα στην οποία αυτό ανήκει. 107

112 5.2 ιανομή του πλούτου στους χρήστες και τις κοινότητες του Bitcoin Στην εργασία[10] επιχειρείται η ανάλυση της κατανομής τόσο της αποστολής όσο και της παραλαβής BTCs ανά διεύθυνση, σε ένα διάστημα που κυμαίνεται από την πρώτη συναλλαγή μέχρι τις αρχές του Στην παρούσα εργασία, έχοντας ομαδοποιήσει τις διευθύνσεις ανά οντότητα, μελετάμε την διανομή του πλούτου σε επίπεδο οντότητας. Έχοντας προχωρήσει επίσης ένα βήμα παραπάνω, στην ομαδοποίηση των οντοτήτων σε κοινότητες, ερευνούμε τη διανομή του πλούτου στο εσωτερικό της κάθε κοινότητας. Σε κάθε οικονομικό σύστημα, η κατανομή του πλούτου παίζει ιδιαίτερο ρόλο έτσι ώστε να εκϕραστεί με σαϕήνεια η συμμετοχικότητα και η ισότητα των μελών του συστήματος. Έτσι και στο Bitcoin, είναι πολύ σημαντικό να απαντηθεί αν υπάρχει ένας μικρός πυρήνας οντοτήτων που είναι αποστολείς και δέκτες της πλειονότητας του συνολικού όγκου των Bitcoins, ή εάν ο κύριος όγκος των Bitcoins διανέμεται ίσα στο μεγαλύτερο μέρος των οντοτήτων. Η μετρική που χρησιμοποιήθηκε για την απάντηση του παραπάνω ζητήματος είναι o Gini Coefficient[51]. Ο Gini Coefficient επινοήθηκε αρχικά για τη μέτρηση της διανομής του εισοδήματος των πολιτών ανά χώρα, και οι τιμές που λαμβάνει ανήκουν στο διάστημα [0,1]. Για το δίκτυο του Bitcoin, παραδείγματος χάρη, μια μηδενική τιμή του Gini Coefficient θα δηλώνει πως στο δίκτυο υπάρχει απόλυτη ισότητα μεταξύ των οντοτήτων, επομένως ο πλούτος διανέμεται ομοιόμορϕα μεταξύ τους. Αντίθετα, όσο η τιμή πλησιάζει στη μονάδα, η ανισότητα αυξάνεται. Αυτό θα σημαίνει πως όλος ο πλούτος στο Bitcoin ανήκει σε ένα μικρό ποσοστό των συνολικών κόμβων. Για ένα σύνολο οντοτήτων x i μεγέθους n ταξινομημένου αυξητικά (x i x i+1 ), ο Gini Coefficient υπολογίζεται ως εξής: G = 2 n i=1 ix i n n i=1 x n + 1 i n (11) Για τη διανομή του πλούτου που αϕορά στην αποστολή των BTCs υπολογίσαμε το συντελεστή Gini in, ενώ για την παραλαβή των BTCs υπολογίσαμε το συντελεστή Gini out. Στη συνέχεια, όπου αναϕερόμαστε στην παραλαβή των BTC θα χρησιμοποιούμε τον όρο Gini out ενώ για την αποστολή των BTC θα χρησιμοποιούμε τον όρο Gini in. 108

113 Αρχικά, υπολογίσαμε τη διανομή του πλούτου όσον αϕορά στην αποστολή και στην παραλαβή για το σύνολο των συναλλαγών που διαθέτουμε, παίρνοντας τις τιμές 0,945 και 0,949 αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει πως για το σύνολο των συναλλαγών έχουμε μία πολύ μεγάλη ανισότητα τόσο στην αποστολή, όσο και στην παραλαβή των BTCs. Στη συνέχεια μελετήσαμε τις τιμές του Gini in και του Gini out για τα παρακάτω τέσσερα χρονικά διαστήματα που παρουσιάζουν έντονο ενδιαϕέρον. 1. Από τη πρώτη συναλλαγή μέχρι τις 17/07/10. Τον Ιούλιο του 2010 κάνουν την εμϕάνιση τους τα ανταλλακτήρια, και συγκεκριμένα το μεγαλύτερο ανταλλακτήριο του Bitcoin, το Mt Gox. Τα ανταλλακτήρια θα διευρύνουν τη χρησιμότητα του Bitcoin και τις ομάδες ανθρώπων που μπορούν να επωϕεληθούν από τη χρήση του. 2. Από τις 17/07/10 έως τις 14/01/13. Στα μέσα του Ιανουαρίου του 2013 σημειώνεται μία συνεχής αύξηση στην τιμή του BTC, η οποία θα κορυϕωθεί στις 09/04/ Από τις 14/01/13 έως τις 09/04/13. Στις 09/04/13 σημειώνεται η υψηλότερη τιμή του BTC στο σύνολο των ημερών που διαθέτουμε δεδομένα, η οποία αγγίζει τα $ Από τις 09/04/13 έως την τελευταία συναλλαγή που διαθέτουμε η οποία πραγματοποιείται στις 09/07/13. Το διάγραμμα του σχήματος 41 παρουσιάζει τις τιμές του Gini in και του Gini out για τα τέσσερα χρονικά διαστήματα που αναϕέρονται παραπάνω. Η λιγότερο άνιση διανομή του πλούτου παρατηρείται στο διάστημα μέχρι την εισαγωγή των ανταλλακτηρίων, και πιο συγκεκριμένα σε σχέση με την αποστολή των BTCs. Αυτό που διαϕαίνεται επίσης είναι το γεγονός ότι και όσον αϕορά στην αποστολή των BTCs, αυτή κατανέμεται σε περισσότερους χρήστες πριν την εισαγωγή των ανταλλακτηρίων. Η υψηλότερη τιμή του συντελεστή εμϕανίζεται στις αρχές του Είναι η περίοδος όπου εμϕανίζεται μία σχεδόν κατ αποκλειστικότητα διανομή του πλούτου σε λίγες οντότητες. Αυτό δεν θα κλιμακωθεί περαιτέρω και εμϕανίζει μία σχετική πτώση που ϕτάνει μέχρι και το τέλος του διαστήματος που μελετάμε. Γενικά συμπεραίνουμε ότι η κατανομή του πλούτου σε επίπεδο οντοτήτων είναι λιγότερο άνιση στις πρώτες ϕάσεις του δικτύου. Ενώ η εισαγωγή των ανταλλακτηρίων διευρύνει τη χρήση του Bitcoin, παρόλα αυτά ϕαίνε- 109

114 Σχήμα 41: Οι Gini συντελεστές ανά χρονική περίοδο. ται πως έχουν εγκαθιδρυθεί ισχυρές οντότητες στο Bitcoin οι οποίες και ευθύνονται για το μεγαλύτερο μέρος της παραλαβής και αποστολής χρηματικών ποσών στο δίκτυο. Στη συνέχεια εξετάσαμε τη διανομή του πλούτου στο εσωτερικό των κοινοτήτων. Έχοντας συνδέσει ένα σύνολο από οντότητες με τις κοινότητες που ανήκουν, υπολογίσαμε τις τιμές του Gini in και του Gini out συντελεστή για τις συναλλαγές που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό της κάθε κοινότητας. Επομένως, για τον υπολογισμό του Gini in αθροίζαμε το ποσό που παραλάμβανε μία οντότητα μόνο εάν ο αποστολέας άνηκε στην ίδια κοινότητα με αυτή. Αντίστοιχα, για τον υπολογισμό του Gini out αθροίζαμε το ποσό που έστελνε η κάθε οντότητα εϕόσον ο δέκτης ανήκε στην ίδια κοινότητα με αυτή. Οι Πίνακες 2 και 3 παρουσιάζουν αναλυτικά τον Gini in και τον Gini out συντελεστή αντίστοιχα, για τις κοινότητες του δικτύου. Στη 110

115 δεξιά στήλη παραθέτουμε τον Gini συντελεστή που υπολογίζεται έχοντας πρώτα αϕαιρέσει τις συναλλαγές που στέλνει μία οντότητα στον εαυτό της. Με αυτόν τον τρόπο θέλουμε να δούμε αν οι συναλλαγές που στέλνουν οι οντότητες στον εαυτό τους συντελούν στην πιο ίση διανομή του πλούτου ή όχι. Επομένως, παρατηρούμε παράλληλα αν οι συναλλαγές αυτές πραγματοποιούνται από τις κυρίαρχες ή όχι οντότητες του δικτύου. Πίνακας 2: Ο Gini In συντελεστής ανά κοινότητα. Community Gini In Gini In not self Mining Pool 0,949 0,99 Shareholder 0,933 0,96 Miner 0,746 0,889 Gambling 0,97 0,99 Exchange 0,878 0,99 Donation 0,965 0,99 Casascius 0,677 0,96 Bitcointalk 0,927 0,95 Bitcoinotc 0,911 0,93 Παρατηρούμε πως σχεδόν σε όλες τις ομάδες η τιμή των δύο συντελεστών τόσο με τις συναλλαγές που έχουν αποστολέα και παραλήπτη την ίδια οντότητα, όσο και χωρίς αυτές τις συναλλαγές, ξεπερνούν το 0,9 δηλώνοντας πως υπάρχει πολύ μεγάλη ανισότητα. Αυτό σημαίνει πως ακόμα και στο εσωτερικό των κοινοτήτων υπάρχουν κάποιες κυρίαρχες οντότητες που πραγματοποιούν το μεγαλύτερο μέρος των συναλλαγών. Επίσης, στον Πίνακα 2 η τιμή του συντελεστή αυξάνεται πάντα μετά την αϕαίρεση των συναλλαγών με την ίδια οντότητα ως αποστολέα και αποδέκτη. Για τον Gini In παρατηρούμε πως μόνο οι Miners και τα Casascius νομίσματα έχουν μία σχετική ομοιομορϕία στην κατανομή με τιμές 0,746 και 0,677, αντίστοιχα. Όσον αϕορά στον Gini Out συντελεστή, η τιμή του μειώνεται σε όλες τις κοινότητες μετά την αϕαίρεση των συναλλαγών με την ίδια οντότητα ως αποστολέα και αποδέκτη. Αυτό σημαίνει πως οι κοινότητες οδηγούνται σε μία πιο ίση κατανομή στην αποστολή BTC. Ένα ενδια- ϕέρον στοιχείο είναι πως τα ανταλλακτήρια και τα casascius νομίσματα εμϕανίζουν μία πιο ομοιόμορϕα κατανομή στην αποστολή χωρίς τις συγκεκριμένες συναλλαγές. Σε αυτή την περίπτωση η τιμή του συντελεστή είναι 0,635 και 0,626 αντίστοιχα. Για να τονίσουμε την κυριαρχία κάποιων οντοτήτων τόσο στην απο- 111

116 Πίνακας 3: O Gini Out συντελεστής ανά κοινότητα. Community Gini Out Gini Out not self Mining Pool 0,997 0,907 Shareholder 0,959 0,960 Miner 0,985 0,967 Gambling 0,999 0,971 Exchange 0,999 0,635 Donation 0,996 0,962 Casascius 0,967 0,626 Bitcointalk 0,954 0,915 Bitcoinotc 0,937 0,921 στολή όσο και στην παραλαβή BTCs, παραθέτουμε το Σχήμα 42, το οποίο παρουσιάζει τον όγκο αποστολής BTCs για τους λογαριασμούς τζόγου. Το δεξί τμήμα του σχήματος είναι μεγέθυνση ενός τμήματος του αριστερού διαγράμματος. Τόσο στο αριστερό όσο και στο δεξί τμήμα του σχήματος 42 είναι ξεκάθαρη η παρουσία ακραίων σημείων (outliers), τα οποία αποτελούν τους λογαριασμούς που στέλνουν αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο όγκο συναλλαγών από τις υπόλοιπες οντότητες της κοινότητας. Η ύπαρξη των συγκεκριμένων ακραίων σημεία δημιουργεί και την τόσο έντονη ανισότητα στη διανομή του πλούτου που παρατηρήσαμε παραπάνω. Συμπερασματικά, μπορεί να ειπωθεί ότι σε επίπεδο οντοτήτων η κατανομή του πλούτου πραγματοποιείται από ένα μικρό ποσοστό τους. Επίσης, το άνοιγμα των ανταλλακτηρίων βοήθησε στη διάδοση του Bitcoin, και ϕαίνεται πως μέσα από αυτήν τη διάδοση δημιουργήθηκαν λίγες σε αριθμό, αλλά με έντονη επιρροή οντότητες, η οποίες πραγματοποιούν το μεγαλύτερο μέρος τόσο των αποστολών όσο και των παραλαβών. Τέλος σε επίπεδο κοινοτήτων διαϕαίνεται η ανισότητα στη διανομή του πλούτου με κάποιες αξιόλογες διαϕοροποιήσεις όμως στους miners, τα casascius νομίσματα και τα ανταλλακτήρια. Η μελέτη του Gini συντελεστή διαχωρίζεται σε δύο ϕάσεις: Η πρώτη ϕάση περιλαμβάνει το διάστημα από την πρώτη συναλλαγή έως και το άνοιγμα των ανταλλακτηρίων στα μέσα του 2010 ενώ η δεύτερη ϕάση ϕτάνει τα μέσα του Άξιο αναϕοράς είναι η μελέτη του συγκεκριμένου συντελεστή από τους Dániel Kondor et.al[10]σε επίπεδο διευθύνσεων. Στην παρούσα εργασία θα μελετηθεί ο συντελεστής αυτός σε επίπεδο οντοτήτων. Θα πρέπει να σημειωθεί σε αυτό το σημείο 112

117 TotalBitcoinssent TotalTransactionssent Σχήμα 42: Το σύνολο των Bitcoins που έστειλαν οι gambling οντότητες σε σχέση με το σύνολο των συναλλαγών αποστολής. ότι όταν αναϕερόμαστε σε διανομή που αϕορά την αποστολή των BTCs τότε ο όρος που χρησιμοποιούμε είναι ο Gini in, καθώς η οντότητα αυτή χρησιμοποιεί δημόσια κλειδιά που αποτελούν είσοδο σε μία συναλλαγή. Αντίστοιχα όταν αναϕερόμαστε στην παραλαβή των BTCs, χρησιμοποιούμε τον όρο Gini out, καθώς οι διευθύνσεις της συγκεκριμένης οντότητας χρησιμοποιούνται σαν έξοδοι στη συναλλαγή. Οι Dániel Kondor et.al[10] χρησιμοποιούν τον όρο Gini in για την παραλαβή των BTCs και τον όρο Gini out για την αποστολή τους. Εμείς επιλέξαμε την αντίθετη αντιστοίχηση καθώς αϕενός αυτή συνάδει με τις προδιαγραϕές τους πρωτοκόλλου του Bitcon, και αϕετέρου η ίδια λογική ακολουθείται σε όλη την εργασία, επομένως μία αντιστροϕή των όρων σε αυτό το σημείο θα προκαλούσε σύγχυση. Στη πρώτη ϕάση υπολογίζουμε τον συντελεστή Gini για την παραλαβή και αποστολή BTCs τις τιμές 0,9 και 0,79 αντίστοιχα. Σχετικά με τη δεύτερη ϕάση, υπολογίσαμε τον συντελεστή Gini για την παραλαβή και την αποστολή BTCs να λαμβάνει τις τιμές 0,915 και 0,92 αντίστοιχα. Στη δεύτερη ϕάση οι τιμές είναι αισθητά μεγαλύτερες. Επο- 113

118 μένως η διανομή του πλούτου γίνεται πιο άνιση στη δεύτερη ϕάση, η οποία σηματοδοτείται με την εισαγωγή των ανταλλακτηρίων. 114

119 5.3 Ανάλυση της οικονομικής δραστηριότητας και πρόβλεψη της αξίας του Βitcoin Σε αυτήν την ενότητα μελετάται η οικονομική δραστηριότητα του δικτύου μέσω δέκα σχετικών μέτρων, συμπεριλαμβανομένης και της ίδιας της αξίας του Bitcoin σε δολάρια όπως αυτή υπολογίζεται από τα μεγαλύτερα ανταλλακτήρια. Πιο συγκεκριμένα, συλλέξαμε οκτώ μέτρα από το blockchain [22], και προσθέσαμε τα μέτρα σχετικά με τους λογαριασμούς αποταμίευσης που εξηγήσαμε στην Ενότητα 5.1. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργήσαμε ένα σύνολο δεδομένων με τις τιμές των έντεκα σχετικών μέτρων ανά ημέρα για το χρονικό διάστημα από τις 17/08/2010, στιγμή που εισάγονται τα μεγαλύτερα ανταλλακτήρια στο δίκτυο, μέχρι τις 09/07/13, ημέρα που πραγματοποιήθηκε η τελευταία συναλλαγή που διαθέτουμε. Αρχικά ερευνάται η συσχέτιση των μέτρων αυτών, και στη συνέχεια ανακαλύπτονται οι βασικοί παράγοντες που εξάγονται μέσω αυτών των μεταβλητών. Τέλος, προτείνεται ένα μοντέλο παλινδρόμησης για την εκτίμηση της τιμής του Bitcoin Μέτρα αποτίμησης της οικονομικής δραστηριότητας Σκοπός της σχετικής μελέτης είναι να διευκρινίσουμε τους βασικούς παράγοντες που σχετίζονται με την τιμή του Bitcoin. Οι παράγοντες αυτοί είναι σχετικοί με την γενικότερη οικονομική δραστηριότητα του δικτύου. Επιλέξαμε δέκα μέτρα τα οποία είναι τα εξής: 1. Bitcoin Days Destroyed: Είναι το μέτρο που παρουσιάστηκε στην Ενότητα 2.7.2, το οποίο αποτιμά τα Bitcoins που ξοδεύονται ανά ημέρα, προσδίδοντας ιδιαίτερο βάρος στα Bitcoins για τα οποία έχει μεσολαβήσει μεγάλο χρονικό διάστημα από τη στιγμή που ξοδεύτηκαν. Το ιστόγραμμα του σχήματος 43 παρουσιάζει μία γενική εικόνα του μέτρου αυτού, όπου για ένα σύνολο ημερών παρατηρούμε τη μέση τιμή να κυμαίνεται στα days destroyed. Επίσης είναι σαϕές πως καθώς αυξάνεται η τιμή του μέτρου, μειώνεται παράλληλα η συχνότητα εμϕάνισής της. 2. Transaction fees miners earn per day: Είναι τα τέλη συναλλαγών που κερδίζουν οι miners ανά ημέρα. 3. Total volume: Αϕορά στον συνολικό όγκο συναλλαγών ανά ημέρα. 115

120 Σχήμα 43: Ιστόγραμμα του μέτρου Bitcoin Days Destroyed. 4. Total volume w/o changes: Μέτρο το οποίο αϕορά στον συνολικό όγκο συναλλαγών χωρίς να συνυπολογίζονται τα ρέστα που υπάρχουν στις συναλλαγές. Τα ιστογράμματα των σχημάτων 44 και 45 δείχνουν πως ο μεγάλος όγκος των συναλλαγών αϕορά σε μικρό αριθμό ημερών, ενώ αντίστροϕα ο σχετικά μικρός όγκος συναλλαγών συναντάται σε μεγάλο ποσοστό των περιπτώσεων. 5. Average Number of transactions per block: Ο μέσος αριθμός συναλλαγών σε κάθε block ανά ημέρα. 6. Number of Transactions: Ο συνολικός αριθμός συναλλαγών ανά ημέρα. 7. Number of unique Bitcoin addresses: Ο συνολικός αριθμός μοναδικών διευθύνσεων που συμμετείχαν σε συναλλαγές ανά ημέρα. 8. Total number of Saving acccounts: Μέτρο που παρουσιάστηκε και αναλύθηκε στην Ενότητα 5.1, και αϕορά στο σύνολο των μοναδικών λογαριασμών αποταμίευσης που υπάρχουν. εδομένου ότι οι λογαριασμοί αυτοί δεν έχουν συμμετάσχει ως είσοδοι σε συναλλαγή, δεν μπορούν να εισαχθούν σε κάποια οντότητα, οπότε με αυτό το μέτρο αναϕερόμαστε σε ίσο αριθμό διευθύνσεων. 9. Saving accounts added per day: Το μέτρο αυτό αναϕέρεται στο σύνολο των μοναδικών διευθύνσεων που έλαβαν κάποια συναλλαγή 116

121 Σχήμα 44: Ιστόγραμμα του συνολικού όγκου συναλλαγών ανά ημέρα. Σχήμα 45: Ιστόγραμμα του συνολικού όγκου συναλλαγών χωρίς τα ρέστα συναλλαγών ανά ημέρα. εκείνη την ημέρα αλλά δεν έχουν στείλει καμία μέχρι την ημέρα εκείνη. Είναι ουσιαστικά οι λογαριασμοί αποταμίευσης που προστέθηκαν σε μία ημέρα. 10. Saving accounts removed per day: Αντίστροϕο του μέτρου που ανα- ϕέρθηκε παραπάνω, το συγκεκριμένο ποσοτικοποιεί το σύνολο των λογαριασμών αποταμίευσης που εκείνη την ημέρα συμμετείχαν ως είσοδοι σε συναλλαγή. Επομένως, οι λαγαριασμοί αυτοί παύουν να θεωρούνται λογαριασμοί αποταμίευσης και προστίθενται στο μέτρο αυτό Ανάλυση Παραγόντων Έχοντας τα δέκα μέτρα που παραθέσαμε παραπάνω, είναι σημαντικό να δούμε τους βασικότερους παράγοντες που σχηματίζονται μέσα από αυτές τις μεταβλητές. Αυτό θα βοηθήσει και στην εξάλειψη του multicollinearity ϕαινομένου[63] στο μοντέλο παλινδρόμησης που θα περιγράψουμε σε επόμενη ενότητα, όπου δύο ή περισσότερες ϕαινομενικά ανεξάρτητες μεταβλητές είναι σημαντικά συσχετιζόμενες μεταξύ τους. Επομένως, έχοντας τη μία μεταβλητή είναι εϕικτό να προβλεϕθεί η τιμή της άλλης με σημαντική ακρίβεια. Πραγματοποιώντας την ανάλυση παραγόντων, η πρώτη παράμετρος που λάβαμε 117

122 ήταν η τιμή του Determinant, η οποία είναι 0,0001 > 0, Επομένως δεν παρατηρούμε ιδιαίτερα υψηλές συσχετίσεις (> 0,9) οι οποίες θα μπορούσαν να μας δημιουργήσουν πρόβλημα. Σχετικά με το πόσο κατάλληλο είναι το μοντέλο, θα πρέπει να διευκρινιστεί εάν το δείγμα είναι επαρκές. Γι αυτό χρησιμοποιήσαμε την Kaiser-Meyer-Olkin (KMO) μέτρηση, η οποία αξιολογεί την επάρκεια του δείγματος που διαθέτουμε λαμβάνοντας τιμή στο διάστημα [0,1]. Η τιμή του KMO είναι 0,88, δηλώνοντας πως μπορούμε να θεωρήσουμε το δείγμα επαρκές. Όσον αϕορά στην εξαγωγή των παραγόντων, κρατήσαμε αυτούς που έχουν ιδιοτιμή μεγαλύτερη του 1. Με αυτό το κριτήριο διακρίνουμε δύο παράγοντες, οι οποίοι εμϕανίζονται στο Σχήμα 46. Ο πρώτος και σημαντικότερος εξηγεί το 61% της συνολικής διασποράς, ενώ ο δεύτερος το 11,8%. Συνολικά εξηγούν το 73,3% της συνολικής διασποράς ποσοστό αρκετά ικανοποιητικό. Αυτό μπορεί να ϕανεί καθαρά και από το διάγραμμα του σχήματος 47 όπου η κλίση της καμπύλης μειώνεται αισθητά μετά τους δύο παράγοντες. Στο διάγραμμα αυτό, οι παράγοντες που επιλέχθηκαν αναπαριστώνται με κόκκινο χρώμα. Σχήμα 46: Η εξαγωγή των παραγόντων και η συμμετοχή τους στη συνολική διασπορά. Τέλος, το Σχήμα 48 ϕανερώνει το ϕορτίο των μεταβλητών στους παράγοντες. Παρατηρώντας την κατανομή των μεταβλητών στους 118

123 Σχήμα 47: Οι ιδιοτιμές των παραγόντων. παράγοντες, μπορούμε να ισχυριστούμε πως ο δεύτερος παράγοντας περιλαμβάνει τον συνολικό όγκο συναλλαγών, αλλά και τον συνολικό όγκο συναλλαγών χωρίς τα ρέστα των συναλλαγών. Στον πρώτο παράγοντα αντιστοιχίζονται όλες οι υπόλοιπες μεταβλητές. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης παραγόντων είναι πολύ σημαντικά για τη δημιουργία του μοντέλου παλινδρόμηση στη συνέχεια. Υποδεικνύει πως αν χρησιμοποιήσουμε δύο ή περισσότερες μεταβλητές του πρώτου παράγοντα σαν ανεξάρτητες μεταβλητές, τότε θα δημιουργηθεί το multicollearity ϕαινόμενο. Αυτό σημαίνει πως θα ορίσουμε σαν ανεξάρτητες μεταβλητές κάποιες που δεν είναι ουσιαστικά ανεξάρτητες μεταξύ τους, έχουν δηλαδή σημαντικές συσχετίσεις μεταξύ τους. 119

124 Σχήμα 48: Τα ϕορτία των μεταβλητών στους παράγοντες ημιουργία του μοντέλου παλινδρόμησης για την πρόβλεψη της τιμής του Bitcoin Ένας από τους σημαντικότερους στόχους που θέσαμε είναι η πρόβλεψη της τιμής του Bitcoin. ημιουργήσαμε ένα μοντέλο παλινδρόμησης το οποίο λαμβάνοντας υπόψη ένα σύνολο ανεξάρτητων μεταβλητών, εκτιμά την τιμή της εξαρτημένης. Η εξαρτημένη μεταβλητή είναι προϕανώς η τιμή του Bitcoin σε δολάρια. Το ζήτημα είναι η επιλογή των ανεξάρτητων μεταβλητών. Η παραγοντική ανάλυση που προηγήθηκε εξήγαγε δύο παράγοντες, επομένως επιλέξαμε δύο μεταβλητές, μία από κάθε παράγοντα. Η πρώτη μεταβλητή που επιλέξαμε είναι ο αριθμός των λογαριασμών αποταμίευσης που εισάγονται ανά ημέρα και η δεύτερη μεταβλητή είναι ο συνολικός όγκος των συναλλαγών. Το μοντέλο που δημιουργήθηκε καλύπτει το 53% της συνολικής μεταβλητότητας, ενώ η τιμή του προσαρμοσμένου (adjusted) R 2 είναι 52.9%, σχεδόν ίσο δηλαδή με το R 2, επομένως το μοντέλο αυτό μπορεί να γενικευτεί στον πληθυσμό[62]. Είναι γεγονός πως η συνολική μεταβλητότητα του μοντέλου δεν είναι οριακά ικανοποιητική. Είναι θετικό όμως το γεγονός πως μπορούμε να γενικεύσουμε αυτό το μοντέλο στο συνολικό πληθυσμό. 120