Блокчејн (BlockChain, BC) је посебно дизајнирана дистрибуирана структура за складиштење података, одржавана без додатног трећег лица од апсолутног поверења такозваним консензус протоколом. БЦ је дистрибуирана између чворова (корисника, агената) одговарајуће мреже на такав начин да сваки чвор садржи комплетан систем заснован на истој јавној књизи, бележећи информације о свим трансакцијама у мрежи. Овај систем мора да буде конзистентан у свим копијама, измене нису дозвољене, већ само додавање нових информација. Прва примена BC односила се на финансијски домен – обављање трансакција са криптовалутом биткоин (Bitcoin), а данас се може применити на различите домене (дигитални идентитет, гласање, јавно бележништво, паметни уговори, Интернет ствари (IoT), осигурање, здравство итд.). BC се може сматрати јавном књигом у којој су сви подаци (који се називају „извршене трансакције“) ускладиштени у листи блокова. Дозвољено је истовремено додавање нових података (организованих у блокове). Главна питања у одржавању BC базе су сигурност, приватност, доследност и смањење потрошње електричне енергије.

Један од најважнијих задатака у дизајнирању и примени BC система јесте омогућити конзистентност (доследност) дистрибуираних података, односно обезбедити да свака копија неког податка садржи исту вредност. Други важан задатак је онемогућити анализе и откривање знања сачуваних података који би покренули питања приватности и компромитовали цео систем. Сходно томе, процена безбедности система је један од основних задатака који би требало да укључи напредне приступе и технике, а који би, с друге стране, требало да пруже основу за изградњу сигурнијих компоненти система заснованих на BC технологији. Поред тога, огромна потрошња енергије идентификована је као најзначајнији недостатак BC система. Да би се у BC укључио нови блок, мора се извршити консензус протокол. Заправо, алгоритам консензуса одговоран је за одржавање интегритета и безбедности целог BC система и он се користи како би се обезбедила валидност трансакција, као и да би се осигурало да проверена валидност трансакције постане општепозната чињеница за све агенте. Због тога је једно од пресудних својстава консензус протокола у BC системима да гарантује да се у сваком кораку извршења постиже консензус свих укључених агената и да се све трансакције извршавају на поуздан начин. Сходно томе, поузданост и сигурност консензус протокола појављују се као најважнија питања. Многи консензус протоколи засновани су на одређеним криптографским загонеткама повезаним са инверзијом једносмерних функција. Важно је напоменути да би се, поред традиционалне хеш функције, могле користити и друге једносмерне функције, међутим, све оне укључују сложене рачунске задатке који захтевају велику количину енергије. Када се консензус протокол заснива на решавању криптографске загонетке (слагалице), за његово извршавање се троше одређени рачунарски ресурси, тј. извршава се неки посао, па се ти протоколи називају Proof of Work (PoW). Имајући у виду да се консензус протокол извршава у дистрибуираном окружењу, може се догодити да два агента истовремено додају различите верзије следећег блока, па у ланцу дође до гранања. Због тога се у појединим временским периодима врши синхронизација како би се задржала ланчана структура BC базе. Фаворизује се (сматра се исправним) најдужи ланац, тј. онај који укључује већу количину посла, и сви агенти ће наставити да раде на његовом даљем продужавању.

Главни циљ пројекта AI4TrustBC је да допринесе превазилажењу свих ових проблема применом алата за вештачку интелигенцију (Artificial Intelligence, AI). AI укључује различите технике програмирања које омогућавају рачунарима и другим машинама да обављају задатке који захтевају интелигентно понашање типично за људе и друга жива бића. Главна карактеристика такозване интелигентне машине јесте способност учења и решавања проблема. AI је интердисциплинарна научна област која укључује различите технике, као што су машинско учење, интелигентно израчунавање, аутоматско доказивање теорема и слично. Може се применити на различите задатке повезане са праксом и индустријом, са главним циљем стварања машина (робота) које могу заменити људе у опасним ситуацијама (рударство, подводне операције, гашење пожара, разне спасилачке мисије итд.). Моћ AI потиче из чињенице да рачунари раде боље од људи у случају понављајућих задатака. На њихову процену и поступке не утичу емоције, осећања и потребе. Имају бољу меморију и могу да обраде велике количине података. На тај начин AI побољшава ефикасност и пружа нове могућности за уштеду трошкова и стварање прихода. Синергија између AI и BC у сајбер простору пружа низ специфичних предности. На пример, AI се може користити за аутоматизацију откривања претњи у реалном времену и за континуирано учење о понашању сајбер-преступника. AI и BC имају снажне комплементарне способности које драматично утичу на перформансе резултујућих система, а свака компонента појединачно има потенцијал да побољша перформансе и функционисање оне друге.

AI може ефикасно истраживати огроман скуп података како би створила нове сценарије и открила обрасце засноване на понашању података. Стога је главна идеја овог пројекта да пружи допринос примени вештачке интелигенције у домену BC технологије. Имамо на уму следеће:

• Дефинисање нових, интелигентних консензус протокола који су енергетски ефикаснији;
• Примена техника резоновања знања за анализу доследности консензус алгоритама за BC;
• Примена AI техника за анализу анонимних података како би се проценила робусност заштите приватности у одређеним BC системима.

Један од главних циљева активности на пројекту јесте развој математичких теорија које подржавају и формализују основне софтверске системе. Други циљ је допринети решавању главних проблема у одржавању BC база: сигурност, приватност, конзистентност и смањење потрошње електричне енергије. У ту сврху користимо разне AI методе, како стандардне тако и напредне.

Потребно је анализирати математичке моделе за приватност података – контекстуални интегритет, диференцијалну приватност и обрнуту приватност. Релевантне референце и разматрања о консензус протоколима у BC системима који су усредсређени на смањење потрошње енергије и побољшање сигурности ове дистрибуиране базе података нису опсежни. То тему пројекта чини веома атрактивном. С друге стране, доступне софтверске подршке за јавно доступне базе података BC бројне су. Идентификација њихових карактеристика, снага и слабост један је од наших главних задатака. Да би се бавили проблемом уштеде енергије, пројектни план је развој нове варијанте консензус протокола, назване Proof-of-Useful-Work (PoUW), заснован на решавању тешких проблема оптимизације. Испоставило се да суочавање са проблемима деанонимизације захтева решавање детекције заједнице (Community Detection) у усмереним графовима, па је потребно развити одговарајуће алгоритме за овај оптимизациони проблем.

Важна примена истраживања у оквиру пројекта могла би бити заступљена и у борби против пандемије Covid-19. Откривено је да проблем приватности апликације Caller ID спада у опсег инверзне приватности, и планира се да се ова веза искористи како би се добило прихватљиво решење тог проблема; са идејом да се истражи може ли се BC технологија користити као једно потенцијално решење. Због ургентних проблема у вези са пандемијом Covid-19, спроведено истраживање могло би се проширити на апликације за идентификацију контаката и потенцијално угрожавање приватности које та идентификација узрокује, посебно током пандемије Covid-19.

Чланови пројекта долазе из две научно-истраживачке институције, Математичког института Српске академије наука и уметности (МИСАНУ) и Факултета техничких наука (ФТН) Универзитета у Новом Саду. У пројектне активности је укључено 12 истраживања. Међу њима је пет студената докторских студија, двоје су млади истраживачи, а раде под надзором пет научних саветника. Учесници су организовани у три групе: прва група бави се математичком формализацијом BC система (развијањем техника резоновања о знању и формалних метода), друга је укључена у уштеду енергије и деанонимизацију (развијањем метахеуристичких алата за BC системе), док трећа група ради на процени компонената за безбедност/приватност консензус протокола/података BC базе (на основу резултата добијених од претходне две групе). Очигледно је да се њихови задаци могу преклапати.

Научни утицај овог пројекта је веома велики, јер његови главни циљеви укључују развој напредних техника заснованих на AI за безбедносну процену консензус протокола BC система и процену заштите приватности података у BC базама, што би омогућило њихову ширу и поузданију примену. Добијени резултати требало би да буду објављени у престижним међународним часописима и на конференцијама и тако постану доступни широј научној заједници. Висок ниво јавног интереса за резултате пројекта створиће се активностима популаризације, посебно организовањем AI4TrustBC Дана отворених врата за представнике ИТ компанија, владиних тела и других потенцијалних корисника. Све ово могло би послужити за покретање сарадње усмерене на решавање практичних проблема.