Extracting the transaction history of private blockchain networks: a special focus on blockchain-based applications in education

Abstract

Sem dúvida, a tecnologia blockchain ganhou significativa popularidade nos últimos anos. Desde o lançamento do Bitcoin em 2009, numerosas iniciativas de pesquisa acadêmica e produtos industriais propuseram o blockchain como uma tecnologia fundamental para enfrentar vários desafios em domínios como Internet das Coisas (IoT), Saúde e Governança Pública. Simultaneamente, plataformas blockchain como Ethereum e Hyperledger Fabric popularizaram dois conceitos significativos: Smart Contracts (contratos inteligentes) e Redes Privadas. Contratos inteligentes permitem a execução de código arbitrário dentro da tecnologia blockchain, enquanto Redes Privadas restringem o acesso ao blockchain a um consórcio fechado de participantes. Apesar do interesse considerável e avanços na tecnologia blockchain, lacunas abertas e questões não resolvidas permanecem no nicho das redes blockchain privadas. Nossa pesquisa investiga as seguintes questões: 1) \textit{Como as blockchains privadas podem garantir a rastreabilidade dos dados ao interagir com aplicações externas?} 2) \textit{É viável manter um registro abrangente das alterações de dados extraídas de blockchains privadas}? Nossa revisão da literatura destaca que propostas existentes abordaram apenas parcialmente essas questões, focando especialmente em problemas de interoperabilidade em blockchain. No entanto, essas soluções frequentemente falham em garantir acesso ao histórico completo dos estados dos dados e frequentemente negligenciam o desafio de que identidades de redes privadas podem não ser reconhecidas fora do ambiente da blockchain. Ao contrário de trabalhos relacionados, nós abordamos a externalização dos dados de redes blockchain privadas em um cenário mais amplo, onde blockchains integram sistemas complexos com múltiplas aplicações heterogêneas. Isso requer garantir suas propriedades principais mesmo quando os menores fragmentos de dados são compartilhados externamente. Finalmente, propomos uma solução para esses desafios e discutimos sua aplicabilidade em cenários do mundo real, com ênfase específica em aplicações na educação. Nossa proposta é não invasiva e pode ser implantada em redes blockchain privadas com diferentes arquiteturas e implementações, assumindo que suportem contratos inteligentes e que os nós na rede tenham acesso ao histórico de transações.

Abstract: Undoubtedly, blockchain technology has gained significant popularity in recent years. Since the launch of Bitcoin in 2009, numerous academic research initiatives and industrial products have proposed blockchain as a foundational technology to address various challenges across domains such as the Internet of Things (IoT), Healthcare, and Public Governance. Simultaneously, blockchain platforms like Ethereum and Hyperledger Fabric have popularized two significant concepts: Smart Contracts and Private Networks. Smart Contracts enable the execution of arbitrary code within blockchain technology, while Private Networks restrict blockchain access to a closed consortium of participants. Despite the considerable interest and advancements in blockchain technology, open gaps and unresolved issues remain within the niche of private blockchain networks. Our research investigates the following questions: 1) \textit{How can private blockchains ensure data traceability when interacting with external applications?} 2) \textit{Is it feasible to maintain a comprehensive audit trail of data changes extracted from private blockchains}? Our literature review highlights that existing proposals have only partially addressed these questions, particularly focusing on blockchain interoperability issues. However, these solutions often fail to ensure access to the complete history of data states and frequently overlook the challenge that private network identities may not be recognized outside the blockchain environment. Unlike related work, we address the externalization of private blockchain network data in a broader scenario, where blockchains integrate complex systems with multiple and heterogeneous applications. This requires guaranteeing their main properties even when their smallest pieces of data are shared externally. Finally, we propose a solution to these challenges and discuss its applicability in real-world scenarios, with a specific emphasis on applications in education. Our proposal is non-invasive and can be deployed in private blockchain networks with different architectures and implementations, assuming they support smart contracts and that nodes in the network have access to the history of transactions.