Blockchain et stockage efficace

Blockchain and efficient storage

• Auteur / Autrice : Doriane Perard
• Direction : Jérôme Lacan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département d’ingénierie des systèmes complexes
• Jury : Président / Présidente : Carlos Aguilar Melchor
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Lacan, Carlos Aguilar Melchor, Daniel Augot, Stefano Secci, Jean-Christophe Deneuville, Sylvain Kubler, Thi-Mai-Trang Nguyen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Augot, Stefano Secci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télécommunications

Blockchains

Mots clés libres

Blockchain

Stockage

Passage à l'échelle

Code correcteur

Preuve de récupérabilité

Blockchain

Storage

Scalability

Erasure code

Proof of retrievability

Résumé

La blockchain est un registre distribué et décentralisé, permettant de stocker etd’échanger des informations de façon sécurisée, sans tiers de confiance. Pour cela,les informations, appelées transactions, sont regroupées au sein de blocs, qui sontensuite liés entre eux de façon immuable grâce à des procédés cryptographiques. Leregistre sert d’historique de toutes les actions menées par les participants du réseaudepuis sa création.C’est une technologie en plein essor, de plus en plus utilisée au quotidien. Cetengouement croissant entraîne une explosion du nombre de transactions, ayant pourconséquence directe une forte augmentation de la taille des principales blockchains.Celles-ci deviennent donc plus compliquées à stocker dans leur intégralité, ce quipeut décourager certains nœuds de stocker toute la blockchain et ainsi réduire leniveau de décentralisation.Dans cette thèse, nous proposons un nouveau type de nœud, appelé low storage(LS) node, qui ne stocke plus les blocs en entier, mais des fragments de ceux-ci codésavec un code à effacement. Pour retrouver le bloc initial, un nœud LS commence partélécharger suffisamment de fragments codés depuis d’autres nœuds LS du réseau,puis procède au décodage.L’intérêt de cette approche est qu’elle permet à certains nœuds de stocker uneversion codée moins volumineuse de la blockchain tout en contribuant à la décentralisationde la blockchain. Elle facilite ainsi le passage à l’échelle des blockchainsqui pose actuellement problème.Ce manuscrit présente également BlockHouse, un système complet permettantla location d’espace de stockage libre entre particuliers. La principale innovationest l’utilisation de contrats intelligents (smart contracts) déployés sur la blockchainqui permettent des paiements automatiques et sécurisés basés sur des preuves derécupérabilité des données régulièrement fournies par les serveurs de stockage.

A blockchain is a distributed and decentralized registry, allowing to store andexchange information in a secure way, without trusted third party. To do this,the information, called transactions, is grouped into blocks, which are then linkedtogether in an immutable way thanks to cryptographic mechanisms. The registryserves as an history of all the actions carried out by the network participants sinceits creation.It is a fast-growing technology, more and more used every day. This growingpopularity is leading to an explosion in the number of transactions, and the directconsequence is an important increase of the size of the main blockchains. Theybecome more difficult to store in their entirety, which may discourage some nodesfrom storing the entire blockchain and thus reduce their decentralization.In this thesis, we propose a new type of node, called low storage (LS) node, whichno longer stores entire blocks, but fragments of them, coded with an erasure code.To retrieve the initial block, a LS node first downloads enough coded fragmentsfrom other LS nodes in the network and then decodes them.The interest of this approach is that it allows some nodes to store a smallercoded version of the blockchain while contributing to the decentralization of theblockchain. It thus facilitates the scaling of blockchains, which is one of the majorissue of this technology.This manuscript also presents BlockHouse, a complete system allowingnodes to rent their free storage spaces to others. The main innovation is theuse of smart contracts deployed on the blockchain that allow regular, automaticand secure payments based on proof of retrievability provided by the storage servers.