Jean-Philippe Eisenbarth (Coast) will defend his thesis entitled “Analyse, valorisation et protection des réseaux pair-à-pair de blockchains publiques” on Tuesday, 13 December at 2pm in room C005.

Composition du jury :

Rapporteurs :
– Arnaud Legout, Directeur de recherche Inria, université Côte d’Azur
– Radu State, Professeur à l’Université du Luxembourg
Examinateur/trices :
– Emmanuelle Anceaume, Directrice de recherche CNRS, IRISA, Rennes
– Vincent Chevrier, Professeur à l’ENSEM, université de Lorraine
– Maryline Laurent, Professeure à TELECOM SudParis, université Paris-Saclay
Directeurs de thèse :
– Thibault Cholez, Maître de conférence à TELECOM Nancy, université de Lorraine
– Olivier Perrin, Professeur à l’IDMC, université de Lorraine

Résumé :

Les blockchains reposent sur des réseaux P2P essentiels à leur bon fonctionnement puisqu’ils
assurent la dissémination des transactions et des blocs à l’ensemble des parties. Alors que Bitcoin
et Ethereum  les deux principales blockchains publiques capitalisent aujourd’hui des centaines
de milliards de dollars, attirant chaque jour de nouveaux utilisateurs, peu d’études s’intéressent
aux aspects réseau bien que la littérature montre que de nombreux problèmes peuvent réduire
la fiabilité des réseaux P2P publics.
Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à la supervision des
réseaux P2P des blockchains Bitcoin et Ethereum. Nous avons implanté un crawler pour chaque
réseau capable de découvrir tous les pairs connectés et avons analysé les données issues de
campagnes de mesure de plusieurs mois. Différents critères pouvant affecter la fiabilité du réseau
ont été étudiés, tels que le nombre de pairs, leur distribution du point de vue géographique ou du
réseau IP, leur taux d’attrition, la proportion de clients aux vulnérabilités connues, l’existence
de motifs journaliers de connexion ou encore la capacité d’inférer la topologie. Il apparaît que
les deux réseaux montrent de bonnes propriétés sur tous ces points.
Partant du constat que, d’une part, le réseau P2P d’Ethereum basé sur une table de hachage
distribuée (DHT) est largement inexploité, car aucune donnée n’est stockée dans la DHT, et
que, d’autre part, le stockage des données de la blockchain ne fait que croître (ce qui posera des
problèmes à terme), nous avons étudié dans un second temps le stockage des données du principal
client d’Ethereum (Geth) et sa manière de synchroniser l’état de la blockchain entre les pairs.
Nous avons conçu une nouvelle architecture distribuée de stockage pour Ethereum tirant parti
de la DHT, rétrocompatible avec les clients actuels et pouvant réduire l’espace disque, utilisé
pour le stockage long terme, de 95% (58% du stockage total) sans impact sur les garanties ou les
performances de la blockchain Ethereum.
Le stockage des données sur la DHT la rend cependant plus intéressante à attaquer, en
particulier par des attaques Sybil localisées. Nous avons donc analysé les pairs d’Ethereum à
la recherche de motifs pouvant traduire des attaques Sybil et montré l’existence de milliers de
nœuds suspects regroupant un grand nombre d’identifiants pour une même adresse IP (jusqu’à
10000/IP). Nous avons finalement conçu et implanté une architecture de protection contre les
attaques Sybils. Celle-ci se base sur un crawler détectant les nœuds suspects en temps réel, un
smart contract structurant l’information et la distribuant à tous les pairs, et enn une révocation
complètement distribuée, chaque pair constatant lui-même l’attaque et coupant ses connexions
aux nœuds Sybils. La mise en œuvre sur un réseau de test Ethereum a montré l’efficacité de
l’architecture proposée.

Mots-clés : Blockchain, Bitcoin, Ethereum, réseau P2P, fiabilité, supervision, attaque Sybil, dé-
tection d’attaque, mécanisme de révocation, stockage réparti, table de hachage distribuée