РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙ ИГРЫ ДЛЯ АЛГОРИТМА ЭМИССИИ КРИПТОВАЛЮТЫ. КОМПЬЮТЕРНАЯ ВЕРСИЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1. Криптовалюты 6
1.2. Обзор биткоина 7
1.3. Транзакции 9
1.3.1. Приватные и публичные ключи 9
1.3.2. Биткоин-адреса 10
1.3.3. Протокол транзакции 11
1.4. Блокчейн 11
1.4.1. Структура блокчейна 12
1.4.2. Идентификаторы блока 14
1.4.3. Дерево Меркла 14
1.4.4. Сеть 15
1.5. Майнинг 17
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 19
2.1. Цели и мотивация 19
2.2. Программная реализация 19
2.2.1. Выбор языка программирования 20
2.2.2. Реализация графического интерфейса 20
2.2.3. Общая структура программы 22
2.2.4. Детальное проектирование 24
2.3. Система внутренней криптовалюты 28
2.3.1. План реализации 28
2.3.2. Генерация ключей 29
2.3.3. Подготовка транзакций 30
2.3.4. Генерация блоков 31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 37
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1. Криптовалюты 6
1.2. Обзор биткоина 7
1.3. Транзакции 9
1.3.1. Приватные и публичные ключи 9
1.3.2. Биткоин-адреса 10
1.3.3. Протокол транзакции 11
1.4. Блокчейн 11
1.4.1. Структура блокчейна 12
1.4.2. Идентификаторы блока 14
1.4.3. Дерево Меркла 14
1.4.4. Сеть 15
1.5. Майнинг 17
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 19
2.1. Цели и мотивация 19
2.2. Программная реализация 19
2.2.1. Выбор языка программирования 20
2.2.2. Реализация графического интерфейса 20
2.2.3. Общая структура программы 22
2.2.4. Детальное проектирование 24
2.3. Система внутренней криптовалюты 28
2.3.1. План реализации 28
2.3.2. Генерация ключей 29
2.3.3. Подготовка транзакций 30
2.3.4. Генерация блоков 31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 37
ПРИЛОЖЕНИЕ
Начиная с девятнадцатого века, валюта в разных странах является стандартизированной, выпускается и контролируется только государством. Это был важный шаг вперед для выхода из фискального хаоса семнадцатого и восемнадцатого столетий и для создания надежной национальной экономики. Хотя централизация и публичная выдача денег принесли большую стабильность и рост, можно заметить, что в этой системе есть изъяны, и поэтому с развитием технологий и появлением Интернета появился новый, более совершенный вид валюты - виртуальный.
Группа разработки финансовых мер борьбы с отмыванием денег (FATF) определяет виртуальную валюту как «цифровое представление ценности, которое может быть продано в цифровой форме и функционирует как средство обмена; и/или единица счета; и/или хранилище стоимости, но не имеет статуса законного тендера в любой юрисдикции». Кроме того, FATF заявляет, что выполнение вышеупомянутых функций зависит от соглашения в виртуальном сообществе пользователей. При этом Центробанк России на данный момент не признал эту валюту платежным средством и продолжает изучение данного явления. В нашей стране пока отсутствуют официальные определения, которые позволили бы регулировать рынок новых объектов экономических отношений, и отношение к цифровой валюте является недоверчивым и настороженным.
Этим и обуславливается актуальность данной работы: важно изучить механизмы создания валюты, алгоритмы ее эмиссии, выявить сильные и слабые стороны системы.
Самая новая и, возможно, самая передовая форма цифровых денег представлена новым классом валют, называемым криптовалютой. Как следует из названия, этот тип валюты в значительной степени опирается на криптографию и математические алгоритмы, а также приводит к другим радикальным нововведениям в протоколе.
Концепция криптовалюты возникла в январе 2009 года, когда анонимный исследователь или группа исследователей, работающая под именем Сатоши Накамото, опубликовала документ, в котором подробно излагался новый протокол [1].В этой статье содержались характеристики новой валюты, и позже,в доказательство представленной концепции, была создана первая валюта такого рода - биткоин.
На сегодняшний день существует множество подобных валют, и, несмотря на некоторые различия между ними, все они подчиняются одним принципам и обладают тремя важными характеристиками:
1. Децентрализация.
2. Отсутствие необходимости в банках.
3. Низкие транзакционные издержки.
За этими характеристиками стоят сложные механизмы реализации и поддерживания работоспособности системы. В ходе данной работы была поставлена задача реализации программы, благодаря которой понимание принципов, по которым существуют и работают криптовалюты, стало бы более простым и доступным. Эффективнее всего работает погружение в систему, когда ты являешься не просто сторонним смотрителем, а участвуешь в самом процессе. Поэтому было решено изучение алгоритма эмиссии криптовалют при помощи компьютерной игры «КриптоМонополия», в которой, рационально используя стартовый капитал, нужно добиться банкротства других игроков. За основу внутренней валюты была взята идея биткоина, и ходе разработки игры были реализованы технологии, без которых существование системы было бы невозможным:
• Блокчейн — база данных, в которой хранятся все транзакции, отсортированные по дате. Он содержит все транзакции и может быть доступен в любое время и для каждого пользователя. Можно легко узнать, какое значение принадлежит какому адресу в любом месте истории. Поэтому блокчейниспользуется для проверки транзакций и предотвращения двойных расходов.
• Кошелёк — программа, которая синхронизирует блокчейн и позволяет работать с транзакциями.
• Биткоин-адрес - это идентификатор из 27-34 буквенно-цифровых символов, состоящий из случайных цифр и прописных и строчных букв.
• Майнинг - создание новых блоков, в которые записываются транзакции. Чтобы майнить, нужно решать математические задачи и обладать вычислительными ресурсами. За каждый новый блок майнер получает несколько монет в качестве вознаграждения. Сложность майнинга — параметр, с помощью которого определяется сложность задачи нахождения блока.
Поскольку для обеспечения транзакций криптовалюта в большой степени основывается на криптографии, создание обучающей игры было бы невозможно без изучения и реализации трех важных разделов криптографии:
1. Шифрования и дешифрования
2. Хеширования
3. Цифровой подписи
В главе 1 будут рассмотрены алгоритмы, используемые в системе криптовалют, дано полное и лаконичное теоретическое обоснование. В главе 2 представлена программная реализация: средства разработки, архитектура программы, способы и алгоритмы внедрения в пользовательскую игру внутренней криптовалюты.
Основным результатом бакалаврской работы является обучающая игра, в ходе которой студентам и работникам технических специальностей, знакомым с основами криптографии, но плохо разбирающимся в системе криптовалют, будут ясно и доходчиво представлены принципы и механизмы, благодаря которым эта валюта функционирует.
Группа разработки финансовых мер борьбы с отмыванием денег (FATF) определяет виртуальную валюту как «цифровое представление ценности, которое может быть продано в цифровой форме и функционирует как средство обмена; и/или единица счета; и/или хранилище стоимости, но не имеет статуса законного тендера в любой юрисдикции». Кроме того, FATF заявляет, что выполнение вышеупомянутых функций зависит от соглашения в виртуальном сообществе пользователей. При этом Центробанк России на данный момент не признал эту валюту платежным средством и продолжает изучение данного явления. В нашей стране пока отсутствуют официальные определения, которые позволили бы регулировать рынок новых объектов экономических отношений, и отношение к цифровой валюте является недоверчивым и настороженным.
Этим и обуславливается актуальность данной работы: важно изучить механизмы создания валюты, алгоритмы ее эмиссии, выявить сильные и слабые стороны системы.
Самая новая и, возможно, самая передовая форма цифровых денег представлена новым классом валют, называемым криптовалютой. Как следует из названия, этот тип валюты в значительной степени опирается на криптографию и математические алгоритмы, а также приводит к другим радикальным нововведениям в протоколе.
Концепция криптовалюты возникла в январе 2009 года, когда анонимный исследователь или группа исследователей, работающая под именем Сатоши Накамото, опубликовала документ, в котором подробно излагался новый протокол [1].В этой статье содержались характеристики новой валюты, и позже,в доказательство представленной концепции, была создана первая валюта такого рода - биткоин.
На сегодняшний день существует множество подобных валют, и, несмотря на некоторые различия между ними, все они подчиняются одним принципам и обладают тремя важными характеристиками:
1. Децентрализация.
2. Отсутствие необходимости в банках.
3. Низкие транзакционные издержки.
За этими характеристиками стоят сложные механизмы реализации и поддерживания работоспособности системы. В ходе данной работы была поставлена задача реализации программы, благодаря которой понимание принципов, по которым существуют и работают криптовалюты, стало бы более простым и доступным. Эффективнее всего работает погружение в систему, когда ты являешься не просто сторонним смотрителем, а участвуешь в самом процессе. Поэтому было решено изучение алгоритма эмиссии криптовалют при помощи компьютерной игры «КриптоМонополия», в которой, рационально используя стартовый капитал, нужно добиться банкротства других игроков. За основу внутренней валюты была взята идея биткоина, и ходе разработки игры были реализованы технологии, без которых существование системы было бы невозможным:
• Блокчейн — база данных, в которой хранятся все транзакции, отсортированные по дате. Он содержит все транзакции и может быть доступен в любое время и для каждого пользователя. Можно легко узнать, какое значение принадлежит какому адресу в любом месте истории. Поэтому блокчейниспользуется для проверки транзакций и предотвращения двойных расходов.
• Кошелёк — программа, которая синхронизирует блокчейн и позволяет работать с транзакциями.
• Биткоин-адрес - это идентификатор из 27-34 буквенно-цифровых символов, состоящий из случайных цифр и прописных и строчных букв.
• Майнинг - создание новых блоков, в которые записываются транзакции. Чтобы майнить, нужно решать математические задачи и обладать вычислительными ресурсами. За каждый новый блок майнер получает несколько монет в качестве вознаграждения. Сложность майнинга — параметр, с помощью которого определяется сложность задачи нахождения блока.
Поскольку для обеспечения транзакций криптовалюта в большой степени основывается на криптографии, создание обучающей игры было бы невозможно без изучения и реализации трех важных разделов криптографии:
1. Шифрования и дешифрования
2. Хеширования
3. Цифровой подписи
В главе 1 будут рассмотрены алгоритмы, используемые в системе криптовалют, дано полное и лаконичное теоретическое обоснование. В главе 2 представлена программная реализация: средства разработки, архитектура программы, способы и алгоритмы внедрения в пользовательскую игру внутренней криптовалюты.
Основным результатом бакалаврской работы является обучающая игра, в ходе которой студентам и работникам технических специальностей, знакомым с основами криптографии, но плохо разбирающимся в системе криптовалют, будут ясно и доходчиво представлены принципы и механизмы, благодаря которым эта валюта функционирует.
В ходе настоящей бакалаврской работы стояла задача разработки обучающей игры на основе эмиссии криптовалют, которая облегчила бы понимание теоретических основ и процессов, обеспечивающих функционирование криптовалют.
Проблема в том, что криптовалюты существуют уже почти десять лет с момента появления в 2009 году статьи Сатоши Накамото о биткоине, но до сих пор лишь немногие понимают, что стоит за этим термином.При этом криптовалюты имеют способность решать многие важные финансовые проблемы, применяя механизмы двойного расходования, сохранения анонимности и удаления традиционных доверенных третьих сторон, таких как банки или другие финансовые учреждения. Поэтому важно, чтобы хотя бы работники и студенты технических специальностей понимали, как и по каким алгоритмам происходит их функционирование.
В главе 1 на примере самой популярной криптовалюты, биткоина, дано теоретическое обоснование процессов, без которых его существование было бы невозможно. Рассмотрены алгоритмы генерации ключей, формирования биткоин-адреса, оформления транзакций. Приведен обзородной из самых основополагающих инновационных технологий, блокчейна, и майнинга, который поддерживает работоспособность и безопасность системы. В нашем исследовании мы выяснили, что наряду с другими аналогичными криптовалютами,биткоин принципиально децентрализован. Одноранговая сеть коллективно поддерживает блокчейн и добывает новые монеты. Несмотря на то, что деятельность в сети является общедоступной, идентификационные данные представлены в виде адресов кошельков , которые отделены от реальных идентификаторов лиц, участвующих в транзакциях или майнинге. Таким образом, действия, связанные с криптовалютами, частично анонимны и безопасны.
В первой части главы 2 представлена архитектура целевой программы. Игра написана по мотивам традиционной «Монополии» с использованием языка программирования Java. Главным ее отличием является наличие внутренней криптовалюты, детали разработки и внедрения которой описаны во второй части данной главы. Для упрощения реализации системы были внесены следующие поправки в традиционные алгоритмы:
• пользователи идентифицируются по публичному ключу, без дальнейшего хеширования и преобразования его в адрес кошелька;
• при шифровании и расшифровке данных используется не криптография на эллиптических кривых, а алгоритм шифрования RSA;
• один блок составляет одна транзакция, тогда как в реальной системе число транзакций в блоке достигает 500;
• блокчейн хранится в виде общего текстового файла на игровом компьютере;
• сложность майнинга не регулируется постоянно системой, а задается самими пользователями в виде константы.
В итоге получилась многопользовательская игра с закрытой внутренней криптовалютой, перенявшей суть уже существующих. Она децентрализованная, безопасная и имеет собственный протокол, упорядочивающий работу и существование системы.
В заключение можно сказать, что криптовалюта - это новая концепция, но она находится в процессе понимания и принятия растущим числом потребителей, торговцев и инвесторов по всему миру. Благодаря проделанной работе нам удалось внести вклад в развитие этой технологии: игра «CryptoMonopoly» в доступной интерактивной форме обучает пользователей алгоритмам и механизмам, обеспечивающим функционирование криптовалют. Возможно дальнейшее использование игры в обучающих целях студентами и преподавателями технических специальностей.
Проблема в том, что криптовалюты существуют уже почти десять лет с момента появления в 2009 году статьи Сатоши Накамото о биткоине, но до сих пор лишь немногие понимают, что стоит за этим термином.При этом криптовалюты имеют способность решать многие важные финансовые проблемы, применяя механизмы двойного расходования, сохранения анонимности и удаления традиционных доверенных третьих сторон, таких как банки или другие финансовые учреждения. Поэтому важно, чтобы хотя бы работники и студенты технических специальностей понимали, как и по каким алгоритмам происходит их функционирование.
В главе 1 на примере самой популярной криптовалюты, биткоина, дано теоретическое обоснование процессов, без которых его существование было бы невозможно. Рассмотрены алгоритмы генерации ключей, формирования биткоин-адреса, оформления транзакций. Приведен обзородной из самых основополагающих инновационных технологий, блокчейна, и майнинга, который поддерживает работоспособность и безопасность системы. В нашем исследовании мы выяснили, что наряду с другими аналогичными криптовалютами,биткоин принципиально децентрализован. Одноранговая сеть коллективно поддерживает блокчейн и добывает новые монеты. Несмотря на то, что деятельность в сети является общедоступной, идентификационные данные представлены в виде адресов кошельков , которые отделены от реальных идентификаторов лиц, участвующих в транзакциях или майнинге. Таким образом, действия, связанные с криптовалютами, частично анонимны и безопасны.
В первой части главы 2 представлена архитектура целевой программы. Игра написана по мотивам традиционной «Монополии» с использованием языка программирования Java. Главным ее отличием является наличие внутренней криптовалюты, детали разработки и внедрения которой описаны во второй части данной главы. Для упрощения реализации системы были внесены следующие поправки в традиционные алгоритмы:
• пользователи идентифицируются по публичному ключу, без дальнейшего хеширования и преобразования его в адрес кошелька;
• при шифровании и расшифровке данных используется не криптография на эллиптических кривых, а алгоритм шифрования RSA;
• один блок составляет одна транзакция, тогда как в реальной системе число транзакций в блоке достигает 500;
• блокчейн хранится в виде общего текстового файла на игровом компьютере;
• сложность майнинга не регулируется постоянно системой, а задается самими пользователями в виде константы.
В итоге получилась многопользовательская игра с закрытой внутренней криптовалютой, перенявшей суть уже существующих. Она децентрализованная, безопасная и имеет собственный протокол, упорядочивающий работу и существование системы.
В заключение можно сказать, что криптовалюта - это новая концепция, но она находится в процессе понимания и принятия растущим числом потребителей, торговцев и инвесторов по всему миру. Благодаря проделанной работе нам удалось внести вклад в развитие этой технологии: игра «CryptoMonopoly» в доступной интерактивной форме обучает пользователей алгоритмам и механизмам, обеспечивающим функционирование криптовалют. Возможно дальнейшее использование игры в обучающих целях студентами и преподавателями технических специальностей.
Подобные работы
- РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙ ИГРЫ ДЛЯ АЛГОРИТМА ЭМИССИИ КРИПТОВАЛЮТЫ. МОБИЛЬНАЯ ВЕРСИЯ
Дипломные работы, ВКР, информационная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4250 р. Год сдачи: 2018