BME VIK - Kriptovaluták elméleti háttere

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Ladóczki Bence,

4. A tantárgy előadója

Dr. Ladóczki Bence, TMIT

Dr. Tapolcai János, TMIT

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Alapvető matematika, elosztott rendszerek, kriptográfiai alapismeretek

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:

Nincs.

7. A tantárgy célkitűzése

A hallgatók bevezetése a kriptográfiába és azon ismeretek átadása, amelyek szükségesek lehetnek azon hallgatóknak, akik a jövőben blokklánc alapú szoftveres megoldásokat kívánnak majd kutatni. A blokkláncok evolúciójának bemutatása a bitcointól kezdve napjaink blokklánc technológiájának ismertetésén keresztül egészen a legkifinomultabb támadásokra is kitérve. Módszerek, algoritmusok valamint heurisztikák bemutatása a modern blokkláncokat érintő problémák megoldására.

8. A tantárgy részletes tematikája 1. Bevezető. Véges matematikai alapok, Galois elmélet. RSA algoritmus, Diffie-Hellman kulcs csere algoritmus. Titkosítási algoritmusok. Diszkrét logaritmus probléma és bonyolultságelmélet.

2. Az elliptikus görbék történelme. Elliptikus integrálok. Miért terjedt el az elliptikus görbe alapú kriptográfia? Mi a különbség a DSA és ECDSA algoritmus között? Hogyan jelennek meg ma a kriptográfiában?

3. Egységgyökök, Tate és Weil párosítás. Párosítás alapú kriptográfia és BLS algoritmus. A BLS algoritmus előnyei az RSA és ECDSA algoritmusokkal szemben. Aggregálhatósági tulajdonság és hatékony algoritmusok az ellenőrzésre.

4. Mit nevezünk pénznek és gazdasági értéknek? Hogyan formálódott a pénzről alkotott képünk a történelem során? A digitális aláírás és a blokkláncok alapjai. Bizánci tábornokok problémája. Elosztott főkönyv ötlete. A többség definíciója.

5. Konszenzus mechanizmusok a blokkláncok világában. A proof-of-work és a proof-of-stake algoritmusok ismertetése. Alternatív konszenzus mechanizmusok blokklánc hálózatokban (proof-of-spacetime, proof-of-coverage, stb.).

6. Az első digitális valuták alapötlete (eCash, stb.). Bitcoin és Ethereum ismertetése. A megjelenés háttere, alapvető különbségek, előnyök és hátrányok ismertetése. A piaci térnyerések dinamikája, avagy hogyan jelennek meg és tűnnek el a kriptovaluták.

7. Hogyan definiálták a többséget eredetileg a kriptovaluta hálózatokban? Honnan jött a proof-of-work algoritmus alapötlete (e-mail spam ellen való védekezés stb.)? A PoW algoritmus problémáinak ismertetése. Főbb támadási lehetőségek.

8. Európa energiakrízisben és az emiatt megtörtént PoW-PoS átállás az egyik legnagyobb kriptovaluta hálózatban. Hogyan definiálják a proof-of-stake alapú valuták esetében a többséget? A PoS algoritmus problémáinak ismertetése. Főbb támadási lehetőségek.

9. Az ethereum PoS algoritmusának részletes bemutatása. Milyen problémákat oldott meg, miket hozott be? A merge ismertetése.

10. Az atomi cserék ismertetése. Hogyan lehet harmadik fél nélkül blokklánc alapú vagyontárgyakat kicserélni? Miket kell megkövetelni a digitális aláírási algoritmusoktól heterogén blokkláncok közötti cserék lebonyolításához?

11. Az ethereum hálózatában az MEV probléma ismertetése. Nagyfrekvenciás kereskedés DeFi alapokon és arbitrázs botok az ethereum blokkláncon. Pump-and-dump sémák. Hogyan próbálnak védekezni az MEV ellen?

12. Bevezetés a blokklánc fejlesztésbe. Az ethereum kliensek ismertetése (lighthouse, prysm, stb.). Go és Rust alapok. Mi a különbség az execution és a consensus kliensek között? Milyen problémákat próbálnak jelenleg megoldani?

13. Skálázódási megoldások. Második szintű (Layer 2) blokkláncok koncepciójának ismertetése. Hogyan működnek a rollup-ok? Milyen sharding megoldások léteznek? Mi az a danksharding?

14. Kitekintés. Milyen irányba haladnak a blokkláncok. Van-e a PoW-nek jövője? Vajon a PoS a legjobb megoldás-e? Milyen jogi problémákat vetett fel a blokkláncok megjelenése?

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás.

10. Követelmények A szorgalmi időszakban: nincs
A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga
Elővizsga: a szorgalmi időszak utolsó hetében

11. Pótlási lehetőségek

TVSz szerint.

12. Konzultációs lehetőségek Az előadóval előre egyeztetett időpontban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom 1. Silverman, J. H. (2009). The Arithmetic of Elliptic Curves (2nd ed.). Springer.
2. Silverman, J.H., Pipher, J., & Hoffstein, J. (2008). An Introduction to Mathematical Cryptography (1st ed.). Springer.
3. Antonopoulos, A. M. (2017). Mastering Bitcoin: Unlocking Digital Cryptocurrencies (2nd ed.). O'Reilly Media. ISBN 978-1-4919-5437-9.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	34
Felkészülés zárthelyire
Házi feladat elkészítése
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	20
Vizsgafelkészülés	40
Összesen	140

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Ladóczki Bence, tud. segédmunkatárs, TMIT