Blockchain-Based Decentralized Cloud Platform / Abdelhakim Tebbi

Public ISBD Titre : Blockchain-Based Decentralized Cloud Platform Type de document : document électronique Auteurs : Abdelhakim Tebbi ; Goudjil, Lakhdar, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2025 Importance : 1 vol (109 f .) Format : 29 cm Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Blockchain Decentralized Cloud InterPlanetary File System (IPFS) Peer-to-Peer Network Data Sovereignty Distributed Storage Trustless Systems Decen- tralized Infrastructure Cloud Security Index. décimale : 004 Informatique Résumé : Cloud computing has become an essential element of contemporary digital infrastructure, facilitating scalable storage and computational services. However, conventional cloud systems are inherently centralized, which has raised concerns about data control, single points of failure, high costs and the concentration of power among a few large providers. In response to these concerns, this thesis proposes a blockchain-based decentralized cloud infrastructure that creates a peer-to-peer marketplace where individuals can monetize their unused computing and storage resources. The system enables resource providers to join a global network and oer various cloud services through a simple setup process, while users can access these services similar to traditional cloud platforms. The architecture integrates blockchain technology with distributed computing princi- ples to create a trustless environment where service delivery is veried and payments are automated. The blockchain serves as both a verication layer for ensuring services are properly delivered and as a transparent record of all transactions within the network. The system is exemplied through a functional MVP that demonstrates its primary functionalities. Although performance and scalability remain areas for future enhance- ments, this work underscores the viability of decentralized cloud solutions suitable for privacy-sensitive, cost eective and censorship-resistant applications in both personal and organizational settings. Note de contenu : Sommaire Abstract General Introduction 1 1 Cloud Computing 3 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Cloud Computing Foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.3 Cloud Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.4 Service Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.5 Cloud Deployment Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.6 Cloud Enabling Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Cloud Computing Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3.1 Security Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3.2 Centralized Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.3 Data sovereignty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2 Blockchain 23 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2 Distributed Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.1 Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.2 Distributed database system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2.3 Peer to Peer Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2.4 CAP Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.5 Distributed ledger technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3 Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3.2.4 Blockchain Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.1 Dening blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.2 Types of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.3 Blockchain architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.4 Blockchain Core Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3 Project Overview and Requirements 44 3.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.1 Vendor Lock-in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.2 Single Points of Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.3 Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.4 Privacy Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.5 Censorship and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.1.6 Underutilized Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2 Product Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.1 General Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.2 System Architecture Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.3 Core Vision and Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2.4 Long-term Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3 Development Roadmap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3.1 Phase 1: Core Infrastructure (MVP) . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.2 Phase 2: Expanding Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.3 Phase 3: Enhancements and Scalability . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4 Software Development Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.4.1 Methodology Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.4.2 Scrum for Planning and Roadmap Management . . . . . . . . . . . 52 3.4.3 XP for Fast Iteration and Technical Excellence . . . . . . . . . . . . 52 3.4.4 Rationale for the Hybrid Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5 Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5.1 Business Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5.2 User Requirements (User Stories) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5.3 Functional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5.4 Quality Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.6 Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.6.1 Global Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.6.2 Container Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1 Methods of cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.6.3 Use Case Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.6.4 Sequence Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4 Implementation and Realization 67 4.1 Technology Stack Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2 Blockchain Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.1 Node.js & libp2p for Network Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.2 Consensus Mechanism and Block Creation . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.3 Transaction Structure and Proof Verication . . . . . . . . . . . . . 70 4.3 Service Network Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3.1 File Hosting (IPFS & IPFS Cluster) . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3.2 Virtual Machines (Container-based) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3.3 Decentralized Databases (OrbitDB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.4 Provider Node Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.5 Archee Web Application (Next.js) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.5.1 Full-Stack Architecture with Next.js . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5.2 Frontend Technologies and UI/UX . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5.3 Data Management and Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.6 User Interface (UI) Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.6.1 Homepage (Guest View) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.6.2 Blog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.6.3 Docs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.6.4 Provider Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.6.5 Consumer Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 A The Start-up Project 93 Côte titre : MAI/1070 Blockchain-Based Decentralized Cloud Platform [document électronique] / Abdelhakim Tebbi ; Goudjil, Lakhdar, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2025 . - 1 vol (109 f .) ; 29 cm. Langues : Anglais (eng) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Blockchain Decentralized Cloud InterPlanetary File System (IPFS) Peer-to-Peer Network Data Sovereignty Distributed Storage Trustless Systems Decen- tralized Infrastructure Cloud Security Index. décimale : 004 Informatique Résumé : Cloud computing has become an essential element of contemporary digital infrastructure, facilitating scalable storage and computational services. However, conventional cloud systems are inherently centralized, which has raised concerns about data control, single points of failure, high costs and the concentration of power among a few large providers. In response to these concerns, this thesis proposes a blockchain-based decentralized cloud infrastructure that creates a peer-to-peer marketplace where individuals can monetize their unused computing and storage resources. The system enables resource providers to join a global network and oer various cloud services through a simple setup process, while users can access these services similar to traditional cloud platforms. The architecture integrates blockchain technology with distributed computing princi- ples to create a trustless environment where service delivery is veried and payments are automated. The blockchain serves as both a verication layer for ensuring services are properly delivered and as a transparent record of all transactions within the network. The system is exemplied through a functional MVP that demonstrates its primary functionalities. Although performance and scalability remain areas for future enhance- ments, this work underscores the viability of decentralized cloud solutions suitable for privacy-sensitive, cost eective and censorship-resistant applications in both personal and organizational settings. Note de contenu : Sommaire Abstract General Introduction 1 1 Cloud Computing 3 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Cloud Computing Foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.3 Cloud Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2.4 Service Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.2.5 Cloud Deployment Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.6 Cloud Enabling Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3 Cloud Computing Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3.1 Security Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3.2 Centralized Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.3 Data sovereignty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2 Blockchain 23 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2 Distributed Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.1 Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.2 Distributed database system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2.3 Peer to Peer Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.2.4 CAP Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.5 Distributed ledger technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.3 Cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3.2.4 Blockchain Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.1 Dening blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.2 Types of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.4.3 Blockchain architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.4.4 Blockchain Core Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3 Project Overview and Requirements 44 3.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.1 Vendor Lock-in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.1.2 Single Points of Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.3 Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.4 Privacy Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.5 Censorship and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.1.6 Underutilized Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2 Product Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.1 General Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.2 System Architecture Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.3 Core Vision and Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.2.4 Long-term Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3 Development Roadmap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3.1 Phase 1: Core Infrastructure (MVP) . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.2 Phase 2: Expanding Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3.3 Phase 3: Enhancements and Scalability . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4 Software Development Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.4.1 Methodology Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.4.2 Scrum for Planning and Roadmap Management . . . . . . . . . . . 52 3.4.3 XP for Fast Iteration and Technical Excellence . . . . . . . . . . . . 52 3.4.4 Rationale for the Hybrid Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5 Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5.1 Business Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.5.2 User Requirements (User Stories) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5.3 Functional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5.4 Quality Attributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.6 Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.6.1 Global Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.6.2 Container Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1 Methods of cryptography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.6.3 Use Case Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 3.6.4 Sequence Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4 Implementation and Realization 67 4.1 Technology Stack Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2 Blockchain Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.1 Node.js & libp2p for Network Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.2 Consensus Mechanism and Block Creation . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.3 Transaction Structure and Proof Verication . . . . . . . . . . . . . 70 4.3 Service Network Implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3.1 File Hosting (IPFS & IPFS Cluster) . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.3.2 Virtual Machines (Container-based) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4.3.3 Decentralized Databases (OrbitDB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.4 Provider Node Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.5 Archee Web Application (Next.js) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.5.1 Full-Stack Architecture with Next.js . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5.2 Frontend Technologies and UI/UX . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.5.3 Data Management and Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.6 User Interface (UI) Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.6.1 Homepage (Guest View) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.6.2 Blog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.6.3 Docs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.6.4 Provider Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.6.5 Consumer Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 A The Start-up Project 93 Côte titre : MAI/1070

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