Arquitecturas blockchain para compartir información y optimizar servicios en tiempo de ejecución

Abstract

[ES] La tecnología blockchain, en base a sus características de transparencia, inmutabilidad, y democracia de los datos, se presenta como el potencial disruptor de la industria actual. El paradigma que presenta la industria hoy, basado en el Internet de las Cosas, genera una gran cantidad de comunicaciones entre los dispositivos, donde pueden existir problemas a la hora de verificar el origen y autoría de los datos generados. Por esta razón, la blockchain se presenta como una tecnología que puede solucionar los problemas mencionados. Sin embargo, la tecnología blockchain no está exenta de sus propios problemas: consumo de energía excesivo para preservar la seguridad en la red, imposibilidad por sí sola para detectar corrupción en el origen de los datos, o las violaciones a la intimidad y privacidad de los usuarios por la transparencia de la información almacenada. En la literatura se han propuesto soluciones a la hora de enfrentar los desafíos que presenta esta tecnología como, por ejemplo, (i) sustituir el uso de redes públicas por redes permisionadas, optimizando el consumo energético de la red al no ser necesario un algoritmo tan estricto para garantizar su seguridad, (ii) almacenar datos sensibles off-chain, utilizando la blockchain como método de verificación de la información, resumiéndola con el hash, o (iii) reducir la funcionalidad de las soluciones propuestas, eliminando servicios que potencialmente podrían ofrecer. En primer lugar, esta investigación realiza un estudio y análisis sobre las soluciones propuestas en la literatura, encontrando que, (i) no hacen frente a todos los desafíos que propone esta tecnología, o (ii) la centralización de su propuesta no justifica la implementación de la red blockchain. Todo esto hace imposible la implementación de estas arquitecturas en un escenario real, donde los marcos regulatorios cada vez son más estrictos. En base a las carencias encontradas en el Estado del Arte, esta Tesis Doctoral propone dos arquitecturas en diferentes ´ámbitos: la industria logística farmacéutica y el intercambio de electricidad en mercados automáticos. En el primer caso, se hace uso de modelos de teorías de juegos, para asegurar el buen comportamiento de los actores en la plataforma, además de sistemas de auditabilidad para tener controlado los posibles fallos técnicos que puedan ocurrir en los dispositivos. En el segundo caso, se hace uso de pruebas de conocimiento nulo y firmas en anillo para asegurar la privacidad y seguridad de los datos y los usuarios. Estas dos arquitecturas hacen frente a los desafíos que propone la tecnología blockchain, y permiten su implementación dentro de cualquier ámbito regulatorio. [EN] Blockchain technology, based on its characteristics of transparency, immutability, and data democracy, is presented as the potential disruptor of the current industry. The paradigm presented by the industry today, based on the Internet of Things, generates a large amount of communications between devices, where there may be problems when verifying the origin and authorship of the data generated. For this reason, blockchain is presented as a technology that can solve the aforementioned problems. However, blockchain technology is not exempt from its own problems: excessive energy consumption to preserve network security, impossibility by itself to detect corruption in the origin of the data, or violations to the privacy and intimacy of the users due to the transparency of the stored information. In the literature, solutions have been proposed to face the challenges presented by this technology: for example, replacing the use of public networks with permissioned networks, optimizing the energy consumption of the network by not requiring such a strict algorithm to guarantee its security, or storing sensitive data off-chain, using the blockchain as a method of verifying the information, by hashing it, or simply simplifying and centralizing the functionality of the proposed solutions. In this research, a study and analysis of the proposed solutions in the literature is carried out, finding that either they do not meet all the challenges proposed by this technology, or the centralization of its proposal does not justify the implementation of the blockchain network. All this makes it impossible to implement these architectures in a real scenario, where regulatory frameworks are increasingly strict. On the other hand, this Doctoral Thesis proposes two architectures in different fields, the pharmaceutical logistics industry and the exchange of electricity in automatic markets. In the first case, game theory models are used to ensure the good behavior of the actors in the platform, as well as auditability systems to control possible technical failures that may occur in the devices. In the second, use is made of null knowledge tests and ring signatures to ensure the privacy and security of data and users. The analysis shown by these two architectures concludes that both meet the challenges proposed in the field of blockchain technology, the latter being the most complete that can be implemented within any regulatory environment.