Blockchain-based e-commerce protocols

Abstract

[eng] Blockchain is a decentralized distributed database where information, stored in blocks, is cryptographically linked to ensure the security of transactions. This technology represents an evolution in many areas of technology, including digital services, the economy, electronic commerce, and other fields. The decentralized nature of blockchain ensures that no single entity has control over the entire network, thereby enhancing security and ensuring robustness. On the other hand, the rapid growth of e-commerce has led to increasing demand for secure and efficient online transactions. The emergence of blockchain technology has provided a promising solution to the challenges of online transactions, including security, transparency, auditability, and immutability. This thesis explores the potential of blockchain technology in the e-commerce industry and proposes a set of blockchain-based e-commerce protocols that can enhance the security and efficiency of online transactions. This thesis first reviews the existing literature on blockchain technology and its applications in various domains. It analyses a range of blockchain-based or blockchain-related technologies and standards, that will help us to create a novel set of protocols that need decentralization, as well as robust security and privacy mechanisms, to enhance fair exchange operations. The technologies and standards that will be used to create these protocols can vary from token standards such as Non-Fungible tokens, Soulbound tokens, and Rejectable tokens, design patterns such as Factory smart contracts, to other cryptographic protocols or standards like hash functions, Merkle trees, Elliptic Curve Cryptography, and Identity-Based Encryption. As a shared, immutable database, blockchain can be utilized for various purposes, including the elimination of the need for a Trusted Third Party (TTP), among other use cases that will be enumerated in this study. Some new protocols and standards are proposed, like certified notifications or registered eDeliveries, contract signing, micropayments, and confidential digital identity management, all of them related to e-commerce. All of these are possible thanks to more advanced blockchains like Ethereum, which is a globally decentralized computing infrastructure that executes programs called smart contracts. Ethereum, as a Turing-complete machine, can act as a general-purpose computer and gives us a lot of new opportunities in the information and computing decentralization objective. But blockchain technology also has some problems and challenges to be solved, like scalability and gas consumption. These are critical issues that can impact the efficiency and usability of blockchain protocols. For this reason, this study will also analyze the proposed protocols from the performance point of view. A thorough analysis of security properties will also be carried out, such as integrity, authenticity, non-repudiation, and fairness. Taking all of this into consideration, this thesis will contribute to the understanding of the potential of blockchain technology in the e-commerce industry and will provide practical solutions for enhancing the security and efficiency of online transactions. By addressing these critical areas, this research endeavors to pave the way for a more decentralized, transparent, trustworthy, and robust e-commerce ecosystem, fostering innovation and driving the growth of online businesses in the digital age.

[cat] Blockchain és una base de dades distribuïda descentralitzada on la informació, emmagatzemada en blocs, s'enllaça criptogràficament per garantir la seguretat de les transaccions. Aquesta tecnologia representa una evolució en moltes àrees de la tecnologia, inclosos els serveis digitals, l'economia, el comerç electrònic, i altres camps. La naturalesa descentralitzada de la cadena de blocs garanteix que cap entitat tingui control sobre tota la xarxa, millorant així la seguretat i garantint la robustesa. D'altra banda, el ràpid creixement del comerç electrònic ha fet augmentar la demanda de transaccions en línia segures i eficients. L'aparició de la tecnologia blockchain ha proporcionat una solució prometedora als reptes de les transaccions en línia, incloent seguretat, transparència, auditabilitat i immutabilitat. Aquesta tesi explora el potencial de la tecnologia blockchain a la indústria del comerç electrònic i proposa un conjunt de protocols de comerç electrònic basats en blockchain que poden millorar la seguretat i l'eficiència de les transaccions en línia. Aquesta tesi revisa primer la literatura existent sobre tecnologia blockchain i les seves aplicacions en diversos dominis. Analitza una sèrie de tecnologies i estàndards basats o relacionats amb blockchain, que ens ajudaran a crear un nou conjunt de protocols que necessiten descentralització, així com mecanismes de seguretat i privadesa robusts, per millorar les operacions d'intercanvi just. Les tecnologies i estàndards que s'utilitzaran per crear aquests protocols poden variar des d'estàndards de tokens, com ara tokens no fungibles, Soulbound tokens i tokens rebutjables, patrons de disseny com Factory smart contracts, fins a altres protocols criptogràfics o estàndards com funcions hash, arbres Merkle, criptografia de corba el·líptica i xifratge basat en la identitat. Com a base de dades compartida i immutable, la cadena de blocs es pot utilitzar per a diversos propòsits, inclosa l'eliminació de la necessitat d'una Tercera Part Confiable o Trusted Third Party (TTP), entre altres casos d'ús que s'enumeraran en aquest estudi. Es proposen alguns nous protocols i estàndards, com ara notificacions certificades o lliuraments electrònics registrats (registered eDeliveries), signatura de contractes, micropagaments, i gestió d'identitat digital confidencial, tots ells relacionats amb el comerç electrònic. Tot això és possible gràcies a cadenes de blocs més avançades com Ethereum, que és una infraestructura informàtica descentralitzada a nivell mundial que executa programes anomenats smart contracts. Ethereum, com a màquina completa de Turing, pot actuar com un ordinador de propòsit general i ens ofereix moltes oportunitats noves en l'objectiu de descentralització de la informació i la computació. Però la tecnologia blockchain també té alguns problemes i reptes per resoldre, com l'escalabilitat i el consum de gas. Aquests són problemes crítics que poden afectar l'eficiència i la usabilitat dels protocols blockchain. Per aquest motiu, aquest estudi també analitzarà els protocols proposats des del punt de vista del rendiment. També es realitzarà una anàlisi exhaustiva de les propietats de seguretat, com ara la integritat, l'autenticitat, el no repudi i l'equitat. Tenint en compte tot això, aquesta tesi contribuirà a entendre el potencial de la tecnologia blockchain en la indústria del comerç electrònic i proporcionarà solucions pràctiques per millorar la seguretat i l'eficiència de les transaccions en línia. En abordar aquestes àrees crítiques, aquesta investigació intenta obrir el camí cap a un ecosistema de comerç electrònic més descentralitzat, transparent, fiable i robust, fomentant la innovació i impulsant el creixement de les empreses en línia a l'era digital.

[spa] Blockchain es una base de datos distribuida descentralizada donde la información, almacenada en bloques, se enlaza criptográficamente para garantizar la seguridad de las transacciones. Esta tecnología representa una evolución en muchas áreas de la tecnología, incluidos los servicios digitales, la economía, el comercio electrónico, y otros campos. La naturaleza descentralizada de la cadena de bloques garantiza que ninguna entidad tenga control sobre toda la red, mejorando así la seguridad y garantizando la robustez. Por otra parte, el rápido crecimiento del comercio electrónico ha hecho aumentar la demanda de transacciones online seguras y eficientes. La aparición de la tecnología blockchain ha proporcionado una solución prometedora a los retos de las transacciones online, incluyendo seguridad, transparencia, auditabilidad e inmutabilidad. Esta tesis explora el potencial de la tecnología blockchain en la industria del comercio electrónico y propone un conjunto de protocolos de comercio electrónico basados en blockchain que pueden mejorar la seguridad y la eficiencia de las transacciones online. Esta tesis revisa primero la literatura existente sobre tecnología blockchain y sus aplicaciones en varios dominios. Analiza una serie de tecnologías y estándares basados o relacionados con blockchain, que nos ayudarán a crear un nuevo conjunto de protocolos que necesitan descentralización, así como mecanismos de seguridad y privacidad robustos, para mejorar las operaciones de intercambio justo. Las tecnologías y estándares que se utilizarán para crear estos protocolos pueden variar desde estándares de tokens, tales como tokens no fungibles, Soulbound tokens y tokens rechazables, patrones de diseño como Factory smart contracts, hasta otros protocolos criptográficos o estándares como funciones hash, árboles Merkle, criptografía de curva elíptica y cifrado basado en la identidad. Como base de datos compartida e inmutable, la cadena de bloques se puede utilizar para diversos fines, incluida la eliminación de la necesidad de una Tercera Parte Confiable o Trusted Third Party (TTP), entre otros casos de uso que se enumerarán en este estudio. Se proponen algunos nuevos protocolos y estándares como notificaciones certificadas o entregas electrónicas registradas (registered eDeliveries), firma de contratos, micropagos, y gestión de identidad digital confidencial, todos ellos relacionados con el comercio electrónico. Todo esto es posible gracias a cadenas de bloques más avanzadas como Ethereum, que es una infraestructura informática descentralizada a nivel mundial que ejecuta programas llamados smart contracts. Ethereum, como máquina completa de Turing, puede actuar como un ordenador de propósito general y nos ofrece muchas nuevas oportunidades en el objetivo de descentralización de la información y la computación. Pero la tecnología blockchain también tiene algunos problemas y retos por resolver, como la escalabilidad y el consumo de gas. Estos son problemas críticos que pueden afectar a la eficiencia y la usabilidad de los protocolos blockchain. Por este motivo, este estudio analizará también los protocolos propuestos desde el punto de vista del rendimiento. También se realizará un análisis exhaustivo de las propiedades de seguridad, tales como la integridad, la autenticidad, el no repudio y la equidad. Teniendo en cuenta todo esto, esta tesis contribuirá a entender el potencial de la tecnología blockchain en la industria del comercio electrónico y proporcionará soluciones prácticas para mejorar la seguridad y la eficiencia de las transacciones online. Al abordar estas áreas críticas, esta investigación intenta abrir el camino hacia un ecosistema de comercio electrónico más descentralizado, transparente, fiable y robusto, fomentando la innovación e impulsando el crecimiento de las empresas online en la era digital.