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Auteur Lakhdar Goudjil |
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Titre : Application of Blockchain Technology (BT) in the development of Central Bank Digital Currencies (CBDC) Type de document : texte imprimé Auteurs : Sarra Chaabna, Auteur ; Ichrak Bensalem ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2024 Importance : 1 vol (71 f .) Format : 29 cm Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Blockchain Technology
Central Bank Digital Currency
Financial Systems
Digital Finance
Security.Index. décimale : 004 - Informatique Résumé : The advent of blockchain technology has heralded a new era in digital finance,
significantly influencing the development and implementation of Central
Bank Digital Currencies (CBDCs). This thesis explores the application
of blockchain technology in the creation of CBDCs, analyzing its potential
to enhance financial systems through improved security, transparency, and
efficiency. Through a comprehensive examination of existing literature, case
studies of pilot projects, and an analysis of technological frameworks, this
study identifies the key benefits and challenges associated with blockchainbased
CBDCs. The research further presents a proposed blockchain-based
architecture tailored for CBDC deployment, detailing the algorithms and
tools used in its implementation. The results demonstrate the viability of
blockchain technology in addressing critical issues in the current financial infrastructure,
such as reducing transaction costs, enhancing security against
fraud, and providing inclusive financial services. This thesis contributes to
the growing body of knowledge on digital currencies and offers practical insights
for central banks considering the adoption of blockchain for their digital
currency initiatives.Note de contenu : Sommaire
Acknowledgments II
Dedication I
Abstract II
List of Figures VI
List of Tables VIII
GENERAL INTRODUCTION 1
1 BLOCKCHAIN TECHNOLOGY 4
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Definition of blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Blockchain Technology evolution . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Characteristics of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5.1 Functional Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5.2 Emergent Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6 Types of blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6.1 Public Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6.2 Private Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6.3 Consortium Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7 How Blockchain Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7.1 Block structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7.2 Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.7.3 Cryptography hash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7.4 Cryptographic nonce . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7.5 Asymmetric-key cryptography . . . . . . . . . . . . . 15
1.7.6 Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.8 Blockchain Consensus Models . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.1 Proof-of-work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.2 Proof-of-stake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.3 Delegated proof-of-stake . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8.4 Byzantine general problem . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.8.5 Proof-of-Authority . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.9 Blockchain Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.10 Smart Contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.11 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 BLOCKCHAIN TECHNOLOGY IN CENTRAL BANK DIGITAL
CURRENCIES (CBDC) 22
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Overview of Central Bank Digital Currencies (CBDC) . . . . 22
2.3 CBDC types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Direct CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2 Indirect CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.3 Hybrid CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 Motivations and Objectives Behind CBDC Development . . . 24
2.4.1 Ensure legal tender availability . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 Efficiency gains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.3 Improve cross border payments efficiency . . . . . . . 25
2.4.4 Ensuring financial stability . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.5 Discourage tax evasion, money laundering, and other
illegal activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5 Cases for CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Blockchain in CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.7 Solution provided by blockchain technology for CBDC . . . . 28
2.7.1 Advantage of System Trust . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7.2 Programmability in Blockchain . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.3 Availability of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.4 Opportunities for Innovation . . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.5 Regulatory Compliance . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.7.6 Cross-Border Payments . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.8 CBDC’s in the world . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.1 E-Rupee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.2 DCEP and e-CNY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.3 E-krona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.4 Jasper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.5 Khokha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.6 Stella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.7 Inthanon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.8 E-Naira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.9 Ubin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.10 Dunbar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 CONTRIBUTION AND IMPLEMENTATION 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Proposed architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Algorithms of the proposed blockchain-based solution . . . . . 41
3.4 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.1 Visual Studio Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.2 Truffle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4.3 Ganache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4.4 NodeJS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.5 Npm (Node Package Manager) . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.6 MetaMask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.7 Remix IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Programming languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.1 Solidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.2 JavaScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.6 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6.1 Initiate blockchain server . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6.2 Deploy smart contracts . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7 System data structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.8 System functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8.1 Functions of Dinar smart contract . . . . . . . . . . . 52
3.8.2 Functions of UserAccount smart contract . . . . . . . 53
3.9 User interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.9.1 Creat account . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.10 Add transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.11 Results graphes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.12 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Côte titre : MAI/0835 Application of Blockchain Technology (BT) in the development of Central Bank Digital Currencies (CBDC) [texte imprimé] / Sarra Chaabna, Auteur ; Ichrak Bensalem ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2024 . - 1 vol (71 f .) ; 29 cm.
Langues : Anglais (eng)
Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Blockchain Technology
Central Bank Digital Currency
Financial Systems
Digital Finance
Security.Index. décimale : 004 - Informatique Résumé : The advent of blockchain technology has heralded a new era in digital finance,
significantly influencing the development and implementation of Central
Bank Digital Currencies (CBDCs). This thesis explores the application
of blockchain technology in the creation of CBDCs, analyzing its potential
to enhance financial systems through improved security, transparency, and
efficiency. Through a comprehensive examination of existing literature, case
studies of pilot projects, and an analysis of technological frameworks, this
study identifies the key benefits and challenges associated with blockchainbased
CBDCs. The research further presents a proposed blockchain-based
architecture tailored for CBDC deployment, detailing the algorithms and
tools used in its implementation. The results demonstrate the viability of
blockchain technology in addressing critical issues in the current financial infrastructure,
such as reducing transaction costs, enhancing security against
fraud, and providing inclusive financial services. This thesis contributes to
the growing body of knowledge on digital currencies and offers practical insights
for central banks considering the adoption of blockchain for their digital
currency initiatives.Note de contenu : Sommaire
Acknowledgments II
Dedication I
Abstract II
List of Figures VI
List of Tables VIII
GENERAL INTRODUCTION 1
1 BLOCKCHAIN TECHNOLOGY 4
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Definition of blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Blockchain Technology evolution . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Characteristics of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5.1 Functional Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5.2 Emergent Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6 Types of blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6.1 Public Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6.2 Private Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6.3 Consortium Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7 How Blockchain Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7.1 Block structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.7.2 Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.7.3 Cryptography hash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7.4 Cryptographic nonce . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7.5 Asymmetric-key cryptography . . . . . . . . . . . . . 15
1.7.6 Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.8 Blockchain Consensus Models . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.1 Proof-of-work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.2 Proof-of-stake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8.3 Delegated proof-of-stake . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8.4 Byzantine general problem . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.8.5 Proof-of-Authority . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.9 Blockchain Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.10 Smart Contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.11 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2 BLOCKCHAIN TECHNOLOGY IN CENTRAL BANK DIGITAL
CURRENCIES (CBDC) 22
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Overview of Central Bank Digital Currencies (CBDC) . . . . 22
2.3 CBDC types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Direct CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2 Indirect CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.3 Hybrid CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 Motivations and Objectives Behind CBDC Development . . . 24
2.4.1 Ensure legal tender availability . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 Efficiency gains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.3 Improve cross border payments efficiency . . . . . . . 25
2.4.4 Ensuring financial stability . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.5 Discourage tax evasion, money laundering, and other
illegal activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5 Cases for CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 Blockchain in CBDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.7 Solution provided by blockchain technology for CBDC . . . . 28
2.7.1 Advantage of System Trust . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7.2 Programmability in Blockchain . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.3 Availability of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.4 Opportunities for Innovation . . . . . . . . . . . . . . 29
2.7.5 Regulatory Compliance . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.7.6 Cross-Border Payments . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.8 CBDC’s in the world . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.1 E-Rupee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8.2 DCEP and e-CNY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.3 E-krona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.4 Jasper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.8.5 Khokha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.6 Stella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.7 Inthanon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.8 E-Naira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8.9 Ubin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.10 Dunbar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 CONTRIBUTION AND IMPLEMENTATION 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Proposed architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Algorithms of the proposed blockchain-based solution . . . . . 41
3.4 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.1 Visual Studio Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4.2 Truffle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4.3 Ganache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.4.4 NodeJS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.5 Npm (Node Package Manager) . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.6 MetaMask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4.7 Remix IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Programming languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.1 Solidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.2 JavaScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.6 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6.1 Initiate blockchain server . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6.2 Deploy smart contracts . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7 System data structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.8 System functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8.1 Functions of Dinar smart contract . . . . . . . . . . . 52
3.8.2 Functions of UserAccount smart contract . . . . . . . 53
3.9 User interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.9.1 Creat account . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.10 Add transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.11 Results graphes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.12 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Côte titre : MAI/0835 Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAI/0835 MAI/0835 Mémoire Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
Disponible
Titre : Application of Blockchain Technology in the Development of DeFi Applications Type de document : texte imprimé Auteurs : Ines Selma Redjechta, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2024 Importance : 1 vol (106 f .) Format : 29 cm Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Blockchain
Ethereum
Decentralized Finance
DeFi
Decentralized Exchange
DEX
Smart Contracts
Cybersecurity
Software EngineeringIndex. décimale : 004 - Informatique Résumé :
This thesis explores the application of blockchain technology in the development of Decentralized
Finance (DeFi) applications, with a particular emphasis on the creation of a
Decentralized Exchange (DEX). The study begins by examining the fundamental aspects
of blockchain technology, including its architecture, security features, and historical evolution,
with a specific focus on Ethereum as a platform for decentralized applications. It
then delves into the principles, evolution, and core components of the DeFi ecosystem,
contrasting it with traditional financial systems.
A significant portion of the research is dedicated to the secure software engineering
methodology employed in the development of the DEX. This includes the selection of an
appropriate trading model, the design and implementation of smart contracts, and the
application of continuous integration and continuous deployment (CI/CD) techniques.
The thesis also addresses the unique security challenges associated with DeFi, such as
blockchain vulnerabilities and DeFi-specific risks, proposing strategies and tools to mitigate
these issues.
The findings demonstrate the potential of blockchain technology to revolutionize financial
systems by providing a secure, transparent, and decentralized foundation for financial
applications. The research underscores the critical importance of robust security practices
in the development and deployment of DeFi applications to ensure their reliability and
trustworthiness.Note de contenu :
Sommaire
General Introduction 4
1 Blockchain Technology and Ethereum: A Foundation for Decentralized
Finance 5
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Why is Blockchain secure? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Overview of Blockchain History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Types of Blockchains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.5 Blockchain Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Ethereum Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Ethereum Main Architectural Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 Decentralized Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Decentralized Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.1 Decentralized Autonomous Organization (DAO) . . . . . . . . . . . 18
1.5.2 Decentralized Applications (DApps) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Unveiling the DeFi Ecosystem: Building Blocks and Core Components 20
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 Decentralized Finance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 Definition and Core Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 Contrast with Traditional Finance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 Origins and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.4 Hybrid Models: CeDeFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 DeFi Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1 Smart Contracts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 DeFi Crypto-Assets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 DeFi Main Modules and Subsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 Crypto Wallets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 Oracles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.3 Financial Decentralized Applications (Financial DApps) . . . . . . 28
2.4.4 Decentralized Financial Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.5 Decentralized Physical Infrastructure Networks (DePIN) . . . . . . 28
2.4.6 Security and Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5 DeFi Liquidity Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.1 Liquidity Pools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.2 Automated Market Making (AMM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.3 Order Books: A Bridge Between CeFi and DeFi . . . . . . . . . . . 30
2.6 DeFi Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6.1 Settlement Layer (Layer 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.2 Asset Layer (Layer 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.3 Protocol Layer (Layer 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.4 Application Layer (Layer 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.5 Aggregation Layer (Layer 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 DeFi Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7.1 Basic DeFi Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.7.2 Complex DeFi Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8 DeFi Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.1 Blockchain Vulnerabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.2 DeFi-Specific Vulnerabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.8.3 DeFi Security Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Development of a Decentralized Exchange (DEX): Secure Software Engineering
Methodology 43
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Theoretical Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.1 Decentralized Exchange (DEX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.2 Trading Exchange Protocols in a Nutshell . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.3 Popular DEX Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 This Project’s Trading Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.1 Order Matching Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.2 Reason for Order Book Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4 Defining a Software Engineering Methodology to Develop The DEX App . 49
3.4.1 ABCDE Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5 CI/CD Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.6 Testing the DEX App: Local Nets, Testnets and Mainnets . . . . . . . . . 55
3.6.1 Local Blockchain Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.2 Functional Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.3 Automation and Integration Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.4 Deployment on a Testnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4 The full design and implementation of our Orderbook DEX 57
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3 Proposal for a Customized SDLC for DEX Development . . . . . . . . . . 58
4.3.1 Overview of the SDLC Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.4 DEX’s Development Steps (ABCDE Adapted) . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.1 Defining Goals of the System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.2 The Actors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.3 User Stories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4 Dividing the Systems into Two Subsystems . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.5 Design of the Smart Contract Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4.6 Coding the Core Component : The Matching Engine . . . . . . . . 70
4.4.7 Testing The Smart Contract Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.4.8 Design of the App Subsystem (UI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.4.9 Deployment and Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.5 CI/CD Automation Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.1 Installing and configuring the initial development environment . . . 84
4.5.2 Building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.3 Unit Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.4 Security Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.5 Deployment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Côte titre : MAI/0857 Application of Blockchain Technology in the Development of DeFi Applications [texte imprimé] / Ines Selma Redjechta, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2024 . - 1 vol (106 f .) ; 29 cm.
Langues : Anglais (eng)
Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Blockchain
Ethereum
Decentralized Finance
DeFi
Decentralized Exchange
DEX
Smart Contracts
Cybersecurity
Software EngineeringIndex. décimale : 004 - Informatique Résumé :
This thesis explores the application of blockchain technology in the development of Decentralized
Finance (DeFi) applications, with a particular emphasis on the creation of a
Decentralized Exchange (DEX). The study begins by examining the fundamental aspects
of blockchain technology, including its architecture, security features, and historical evolution,
with a specific focus on Ethereum as a platform for decentralized applications. It
then delves into the principles, evolution, and core components of the DeFi ecosystem,
contrasting it with traditional financial systems.
A significant portion of the research is dedicated to the secure software engineering
methodology employed in the development of the DEX. This includes the selection of an
appropriate trading model, the design and implementation of smart contracts, and the
application of continuous integration and continuous deployment (CI/CD) techniques.
The thesis also addresses the unique security challenges associated with DeFi, such as
blockchain vulnerabilities and DeFi-specific risks, proposing strategies and tools to mitigate
these issues.
The findings demonstrate the potential of blockchain technology to revolutionize financial
systems by providing a secure, transparent, and decentralized foundation for financial
applications. The research underscores the critical importance of robust security practices
in the development and deployment of DeFi applications to ensure their reliability and
trustworthiness.Note de contenu :
Sommaire
General Introduction 4
1 Blockchain Technology and Ethereum: A Foundation for Decentralized
Finance 5
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Why is Blockchain secure? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Overview of Blockchain History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Types of Blockchains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.5 Blockchain Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.1 Ethereum Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2 Ethereum Main Architectural Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 Decentralized Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Decentralized Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.1 Decentralized Autonomous Organization (DAO) . . . . . . . . . . . 18
1.5.2 Decentralized Applications (DApps) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Unveiling the DeFi Ecosystem: Building Blocks and Core Components 20
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 Decentralized Finance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.1 Definition and Core Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 Contrast with Traditional Finance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 Origins and Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.4 Hybrid Models: CeDeFi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 DeFi Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.1 Smart Contracts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 DeFi Crypto-Assets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 DeFi Main Modules and Subsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 Crypto Wallets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 Oracles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.3 Financial Decentralized Applications (Financial DApps) . . . . . . 28
2.4.4 Decentralized Financial Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.5 Decentralized Physical Infrastructure Networks (DePIN) . . . . . . 28
2.4.6 Security and Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5 DeFi Liquidity Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.1 Liquidity Pools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.2 Automated Market Making (AMM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.3 Order Books: A Bridge Between CeFi and DeFi . . . . . . . . . . . 30
2.6 DeFi Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6.1 Settlement Layer (Layer 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.2 Asset Layer (Layer 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.3 Protocol Layer (Layer 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.4 Application Layer (Layer 4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.5 Aggregation Layer (Layer 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7 DeFi Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.7.1 Basic DeFi Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.7.2 Complex DeFi Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.8 DeFi Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.1 Blockchain Vulnerabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8.2 DeFi-Specific Vulnerabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.8.3 DeFi Security Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Development of a Decentralized Exchange (DEX): Secure Software Engineering
Methodology 43
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Theoretical Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.1 Decentralized Exchange (DEX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.2 Trading Exchange Protocols in a Nutshell . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2.3 Popular DEX Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 This Project’s Trading Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.1 Order Matching Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.2 Reason for Order Book Model Selection . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4 Defining a Software Engineering Methodology to Develop The DEX App . 49
3.4.1 ABCDE Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5 CI/CD Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.6 Testing the DEX App: Local Nets, Testnets and Mainnets . . . . . . . . . 55
3.6.1 Local Blockchain Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.2 Functional Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.3 Automation and Integration Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.4 Deployment on a Testnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4 The full design and implementation of our Orderbook DEX 57
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3 Proposal for a Customized SDLC for DEX Development . . . . . . . . . . 58
4.3.1 Overview of the SDLC Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.4 DEX’s Development Steps (ABCDE Adapted) . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.1 Defining Goals of the System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4.2 The Actors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.3 User Stories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.4 Dividing the Systems into Two Subsystems . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.5 Design of the Smart Contract Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4.6 Coding the Core Component : The Matching Engine . . . . . . . . 70
4.4.7 Testing The Smart Contract Subsystem . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.4.8 Design of the App Subsystem (UI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.4.9 Deployment and Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.5 CI/CD Automation Functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.1 Installing and configuring the initial development environment . . . 84
4.5.2 Building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.3 Unit Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.4 Security Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.5.5 Deployment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Côte titre : MAI/0857 Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAI/0857 MAI/0857 Mémoire Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
Disponible
Titre : Artificial intelligence and blockchain technologies for smart cities Type de document : document électronique Auteurs : Ayoub Kharkhache, Auteur ; Ziad Abdallah Djabar, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse Editeur : Sétif:UFA1 Année de publication : 2024 Importance : 1 vol (89 f .) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Smart City
Fire Detection
Blockchain
Machine learning
IoTIndex. décimale : 004 Informatique Résumé :
The rapid urbanization of the 21st century has presented numerous challenges for city management,
ranging from infrastructure inefficiencies to sustainability issues. This thesis explores the
integration of Artificial Intelligence (AI) and Blockchain technologies as transformative solutions
for the development of smart cities. AI, with its capabilities in data analytics and machine
learning, offers innovative approaches to optimize urban services, enhance decision-making processes,
and improve citizen engagement. Blockchain technology, known for its decentralization,
transparency, and security, complements AI by ensuring data integrity and enabling secure,
transparent transactions and interactions within the urban ecosystem.
This study delves into various application domains where AI and Blockchain can synergistically
contribute to smart city initiatives, including energy management, transportation,
healthcare, and public safety. Through a comprehensive review of current literature and case
studies, the research highlights successful implementations and identifies key challenges and
opportunities. Additionally, the thesis proposes a conceptual framework for integrating AI and
Blockchain in smart city projects, emphasizing the need for a collaborative, multi-stakeholder
approach to address technical, regulatory, and social implications.
The findings of this research suggest that the convergence of AI and Blockchain technologies
holds significant promise for creating more efficient, resilient, and sustainable urban environments.
The proposed framework aims to guide policymakers, city planners, and technologists
in harnessing these advanced technologies to realize the full potential of smart cities.Note de contenu : Sommaire
0.1 Contexte and motivation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.2 Objectives and Contributions : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.3 Organization of the manuscript : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1 Internet of things and Smart cities 15
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2 Internet of things IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 Architecture of IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.2 Real-World IoT Architecture Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3 Smart Cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.1 Internet of things for smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.2 IoT Wireless technologies used in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.3 IoT applications in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.4 Machine learning and IoT in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.5 Challenges in smart citiy implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.6 From smart city 1.0 to smart city 5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2 Blockchain Technology 29
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Blockchain Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Structure of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.1 Transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.2 Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.3 Network layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.4 Consensus operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5 Blockchain Variants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.1 Public Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.2 Private Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.3 Consortium Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.4 Hybrid Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6 Smart Contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6.1 Solidity Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.2 Smart Contract Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.7 Mining Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7.1 How does Blockchain Work ? : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.8 Blockchain Frameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.8.1 Bitcoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.8.2 Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 Blockchain technology in smart cities 44
3.1 Common security issues in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 Blockchain in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.1 Governance and Administration : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.2 Livelihood Services : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.3 Industrial Development : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.4 Ecological Environment : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3 Blockchain challenges in smart cities: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4 fire detection and prediction : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.1 fire detection techniques : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.2 fire detection models : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.4.3 blockchain in forest fire detection : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4 Contribution 54
4.1 Leveraging Blockchain and Machine Learning for Forest Fire Detection in Smart
Cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 Global architecture : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Proposed blockchain and machine learning-based idea for Fire Détéction . . . . 61
4.4 Algorithms of the Proposed blockchain and machine learning-based study for
Fire Détéction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5 IMPLEMENTATION AND RESULTS 66
5.1 introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.1 cupcarbon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.2 Node JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.3 Web3.JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.4 Npm (Node Package Manager) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.5 VS Code (Visual Studio Code) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4 Programming languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4.1 Solidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4.2 JavaScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.4.3 python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.5 data Collection and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.5.1 simulation scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.5.2 Data collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.5.3 implementation steps : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.5.4 results : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Côte titre : MAI/0952 Artificial intelligence and blockchain technologies for smart cities [document électronique] / Ayoub Kharkhache, Auteur ; Ziad Abdallah Djabar, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse . - [S.l.] : Sétif:UFA1, 2024 . - 1 vol (89 f .) ; 29 cm.
Langues : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Smart City
Fire Detection
Blockchain
Machine learning
IoTIndex. décimale : 004 Informatique Résumé :
The rapid urbanization of the 21st century has presented numerous challenges for city management,
ranging from infrastructure inefficiencies to sustainability issues. This thesis explores the
integration of Artificial Intelligence (AI) and Blockchain technologies as transformative solutions
for the development of smart cities. AI, with its capabilities in data analytics and machine
learning, offers innovative approaches to optimize urban services, enhance decision-making processes,
and improve citizen engagement. Blockchain technology, known for its decentralization,
transparency, and security, complements AI by ensuring data integrity and enabling secure,
transparent transactions and interactions within the urban ecosystem.
This study delves into various application domains where AI and Blockchain can synergistically
contribute to smart city initiatives, including energy management, transportation,
healthcare, and public safety. Through a comprehensive review of current literature and case
studies, the research highlights successful implementations and identifies key challenges and
opportunities. Additionally, the thesis proposes a conceptual framework for integrating AI and
Blockchain in smart city projects, emphasizing the need for a collaborative, multi-stakeholder
approach to address technical, regulatory, and social implications.
The findings of this research suggest that the convergence of AI and Blockchain technologies
holds significant promise for creating more efficient, resilient, and sustainable urban environments.
The proposed framework aims to guide policymakers, city planners, and technologists
in harnessing these advanced technologies to realize the full potential of smart cities.Note de contenu : Sommaire
0.1 Contexte and motivation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.2 Objectives and Contributions : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.3 Organization of the manuscript : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1 Internet of things and Smart cities 15
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2 Internet of things IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 Architecture of IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.2 Real-World IoT Architecture Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3 Smart Cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3.1 Internet of things for smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.2 IoT Wireless technologies used in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.3 IoT applications in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.4 Machine learning and IoT in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.5 Challenges in smart citiy implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.3.6 From smart city 1.0 to smart city 5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2 Blockchain Technology 29
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Blockchain Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Structure of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.1 Transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.2 Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4.3 Network layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.4 Consensus operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5 Blockchain Variants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.1 Public Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.2 Private Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.5.3 Consortium Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.4 Hybrid Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6 Smart Contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6.1 Solidity Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.6.2 Smart Contract Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.7 Mining Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7.1 How does Blockchain Work ? : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.8 Blockchain Frameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.8.1 Bitcoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.8.2 Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 Blockchain technology in smart cities 44
3.1 Common security issues in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.2 Blockchain in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.1 Governance and Administration : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.2 Livelihood Services : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.3 Industrial Development : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.4 Ecological Environment : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3 Blockchain challenges in smart cities: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4 fire detection and prediction : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.1 fire detection techniques : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.2 fire detection models : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.4.3 blockchain in forest fire detection : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4 Contribution 54
4.1 Leveraging Blockchain and Machine Learning for Forest Fire Detection in Smart
Cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 Global architecture : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Proposed blockchain and machine learning-based idea for Fire Détéction . . . . 61
4.4 Algorithms of the Proposed blockchain and machine learning-based study for
Fire Détéction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5 IMPLEMENTATION AND RESULTS 66
5.1 introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.1 cupcarbon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.2 Node JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.3.3 Web3.JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.4 Npm (Node Package Manager) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.3.5 VS Code (Visual Studio Code) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4 Programming languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4.1 Solidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.4.2 JavaScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.4.3 python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.5 data Collection and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.5.1 simulation scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.5.2 Data collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.5.3 implementation steps : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.5.4 results : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Côte titre : MAI/0952 Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAI/0952 MAI/0952 Mémoire Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
Disponible
Titre : Optimization of MAC mechanisms for energy management in Wireless Sensor Networks Type de document : document électronique Auteurs : Lakhdar Goudjil, Auteur ; Fouzi Semchedine, Directeur de thèse Année de publication : 2023 Importance : 1 vol (103 f .) Format : 29cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Receiver:initiated
Cooperation
Energy saving
Optimization of MAC
wireless sensor networksIndex. décimale : 004 Informatique Résumé : Power consumption is the most important factor to evaluate the performance of Wireless Sensor Networks (WSNs). Most sensor network Medium Access Control (MAC) protocols operate based on a duty cycle mechanism. The asynchronous receiver-initiated MAC duty cycle protocols are popular due to their relatively higher energy efficiency. However, recent advances harnessing the benefits of cooperative communication have become one of the solutions of MAC duty cycle protocol. In this thesis, we improve the RI-MAC protocol by introducing a short frame identifier to notify the sender when the receiver wakes up. This resolution reduces idle listening, which increases energy performance. When the sender node receives a short frame identifier, it cooperates with neighboring senders, which minimizes collisions. Our protocol is called: a Cooperative Short Frame Identifier Receiver Initiated MAC protocol, COSFI-RIMAC is an asynchronous MAC protocol cooperative service cycle initiated by the receiver. The simulation result on the NS2 simulator shows that the COSFI-RIMAC mechanism reduces power consumption, produces minor latency, and increases the rate of packet delivery. Côte titre : DI/0074 En ligne : http://dspace.univ-setif.dz:8888/jspui/handle/123456789/4085 Format de la ressource électronique : Optimization of MAC mechanisms for energy management in Wireless Sensor Networks [document électronique] / Lakhdar Goudjil, Auteur ; Fouzi Semchedine, Directeur de thèse . - 2023 . - 1 vol (103 f .) ; 29cm.
Langues : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Receiver:initiated
Cooperation
Energy saving
Optimization of MAC
wireless sensor networksIndex. décimale : 004 Informatique Résumé : Power consumption is the most important factor to evaluate the performance of Wireless Sensor Networks (WSNs). Most sensor network Medium Access Control (MAC) protocols operate based on a duty cycle mechanism. The asynchronous receiver-initiated MAC duty cycle protocols are popular due to their relatively higher energy efficiency. However, recent advances harnessing the benefits of cooperative communication have become one of the solutions of MAC duty cycle protocol. In this thesis, we improve the RI-MAC protocol by introducing a short frame identifier to notify the sender when the receiver wakes up. This resolution reduces idle listening, which increases energy performance. When the sender node receives a short frame identifier, it cooperates with neighboring senders, which minimizes collisions. Our protocol is called: a Cooperative Short Frame Identifier Receiver Initiated MAC protocol, COSFI-RIMAC is an asynchronous MAC protocol cooperative service cycle initiated by the receiver. The simulation result on the NS2 simulator shows that the COSFI-RIMAC mechanism reduces power consumption, produces minor latency, and increases the rate of packet delivery. Côte titre : DI/0074 En ligne : http://dspace.univ-setif.dz:8888/jspui/handle/123456789/4085 Format de la ressource électronique : Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité DI/0074 DI/0074 Thèse Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
Disponible
Titre : A Receiver-Initiated Asynchrones Duty-Cycle MAC Protocol for The Internet of Things Type de document : texte imprimé Auteurs : Chaima Souissi, Auteur ; Sonia Zebbache, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Auteur Année de publication : 2022 Importance : 1 vol (58 f .) Format : 29cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : IOT
Apprentissage par renforcement
Q_Learning ClusteringIndex. décimale : 004 Informatique Résumé :
La prévalence du paradigme de l'Internet des objets (IoT) dans davantage d'applications associé à notre vie quotidienne a induit un réseau dense dans lequel de nombreux appareils sans fil, des protocoles de contrôle d'accès (MAC) ont été conçus pour assurer la coordination entre les appareils qui partagent le canal sans fil. Une approche de premier plan parfaitement adaptée aux IoT et réseaux de capteurs sans fil(WSN), qui repose sur le cycle de service, est l'approche initiée par le récepteur.
Nous avons proposé dans ce mémoire un protocole MAC asynchrone initier par le récepteur pour l'Internet des objets (IoT), afin de réduire écoute à vide ‘idle listening’ et de minimiser les collisions dans le but d’optimiser la consommation d’énergie.Côte titre : MAI/0633 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1ER8k71eqPpsoiT1Tv-QzhHLj1ebIPGWz/view?usp=share [...] Format de la ressource électronique : A Receiver-Initiated Asynchrones Duty-Cycle MAC Protocol for The Internet of Things [texte imprimé] / Chaima Souissi, Auteur ; Sonia Zebbache, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Auteur . - 2022 . - 1 vol (58 f .) ; 29cm.
Langues : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : IOT
Apprentissage par renforcement
Q_Learning ClusteringIndex. décimale : 004 Informatique Résumé :
La prévalence du paradigme de l'Internet des objets (IoT) dans davantage d'applications associé à notre vie quotidienne a induit un réseau dense dans lequel de nombreux appareils sans fil, des protocoles de contrôle d'accès (MAC) ont été conçus pour assurer la coordination entre les appareils qui partagent le canal sans fil. Une approche de premier plan parfaitement adaptée aux IoT et réseaux de capteurs sans fil(WSN), qui repose sur le cycle de service, est l'approche initiée par le récepteur.
Nous avons proposé dans ce mémoire un protocole MAC asynchrone initier par le récepteur pour l'Internet des objets (IoT), afin de réduire écoute à vide ‘idle listening’ et de minimiser les collisions dans le but d’optimiser la consommation d’énergie.Côte titre : MAI/0633 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1ER8k71eqPpsoiT1Tv-QzhHLj1ebIPGWz/view?usp=share [...] Format de la ressource électronique : Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAI/0633 MAI/0633 Mémoire Bibliothéque des sciences Français Disponible
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