Toward More Performant and Efficient Decentralized Applications on Blockchain Technologies

Les avantages des technologies blockchain en termes d’intégrité, d’immuabilité et de transparence les ont aidées à gagner du terrain. Avec la blockchain, les utilisateurs disposent d’une infrastructure sécurisée, décentralisée et fiable pour enregistrer leurs données indéfiniment. La nature décentralisée et la fiabilité de la blockchain sont rendues possibles grâce à l’utilisation de consensus, éliminant le besoin de faire confiance aux intermédiaires. Pour résoudre les problèmes de performance et d’évolutivité de la technologie de blockchain traditionnelle basée sur le consensus “preuve de travail”, plusieurs implémentations de blockchain qui utilisent d’autres consensus ont été développées. Divers outils d’analyse comparative ont été introduits pour évaluer les performances des systèmes de blockchain, permettant la comparaison et la compréhension de ces technologies. Cependant, ces solutions sont soit limitées à des implémentations blockchain spécifiques, soit nécessitent des configurations complexes. Ils donnent également la priorité aux modèles d’évaluation d’unité de travail (charge constante), ce qui peut être n’est pas intuitif pour les instances à exécution plus longue sous des charges de travail continues. Notre objectif ultime dans cette thèse est d’identifier et de mettre en œuvre un écosystème optimal pour les applications décentralisées avec un grand nombre d’utilisateurs basé sur la blockchain. La première contribution de cette thèse est BlockCompass, un outil complet de benchmark- ing pour les technologies blockchain qui est également flexible en termes de configuration et d’extension. BlockCompass peut comparer l’efficacité de plusieurs implémentations de blockchain et consensus sous des charges de travail continues et fluctuantes. De plus, nous présentons les résultats d’une enquête d’utilisabilité sur la facilité d’utilisation de Block- Compass dans l’analyse comparative de la blockchain. Notre outil d’analyse comparative proposé peut évaluer différentes plates-formes de blockchain en termes de débit, d’évolutivité et d’utilisation des ressources.

Abstract

The advantages of blockchain technologies in terms of integrity, immutability, and transparency have helped them gain traction. With blockchain, consumers have a secure, decentralized, and trustworthy infrastructure to record their data indefinitely. Blockchain’s decentralized nature and enhanced reliability are made possible by its consensus characteristics, eliminating the need for trust in intermediaries. Multiple blockchain technologies using various consensus protocols have been developed to address traditional blockchain technology’s performance and scalability issues based on Proof of Work. Various benchmarking tools have been introduced to evaluate the performance of blockchain systems, allowing for comparison and understanding of these technologies. However, these solutions are either limited to specific blockchain platforms or require complex configurations. They also prioritize single executable work unit evaluation models, which might be counter-intuitive for longer-running instances under continuous workloads. Our ultimate goal in this dissertation is to identify and implement an optimal ecosystem for decentralized applications with a large number of users on the blockchain. The first contribution of this thesis is BlockCompass, a comprehensive benchmarking tool for blockchain technologies that are also flexible in terms of configuration and extension. BlockCompass can compare the efficiency of multiple blockchain platforms and consensus protocol setups under continuous and fluctuating workloads. Additionally, we present the results of a usability survey about the convenience and facility offered by BlockCompass in blockchain benchmarking. Our proposed benchmarking tool can evaluate different blockchain platforms in terms of throughput, scalability, and resource utilization.