Blockchain Consensus Layer as a Plug-in Tools for Real-time Analysis and Monitoring

This thesis addresses the complex challenges and solutions associated with the implementation and testing of consensus algorithms in blockchain networks. The research is anchored on the Tezos blockchain platform, selected for its adaptability and versatility. The primary aim is to advance the field of blockchain technology by developing tools and methods that facilitate the easy swapping, testing, and comparative analysis of different consensus algorithms in a live network environment. The document is organized into several pivotal sections. It begins with an introduction that outlines the problem and solution, emphasizing the existing gaps in the development and testing of consensus algorithms, particularly the absence of tools for live testing and the challenges in swapping algorithms seamlessly. This is followed by a comprehensive review of the current state-of-the-art in consensus algorithms, offering a detailed analysis of their efficiency, limitations, and suitability for various applications. A preliminary case study is then presented, focusing on the implementation of a Proof of Work (PoW) consensus algorithm on the Tezos platform. This serves as a proof of concept and provides valuable insights into the inner workings of consensus algorithms and their integration with existing blockchain nodes. The core contribution of this thesis is the development of two tools: one aimed at easing the development of consensus algorithms and another designed for their live testing. These tools are intended to serve both the academic and industrial communities interested in blockchain technology. Finally, the thesis presents a real-world scenario that employs both tools. A Proof of Authority (PoA) algorithm is implemented using the development tool and then tested using the live testing tool. The results are compared with the previously implemented PoW algorithm, providing empirical evidence of the efficiency and limitations of both algorithms. In summary, this thesis offers a robust framework for the development and testing of consensus algorithms, substantiated by empirical evidence from the Tezos platform. It holds significant implications for both academic researchers and industry stakeholders, laying a strong foundation for future work in this rapidly evolving field.Esta dissertação aborda os desafios complexos e soluções associados à implementação e teste de algoritmos de consenso em redes blockchain. A pesquisa é baseada na plataforma blockchain Tezos, escolhida pela sua adaptabilidade e versatilidade. O objetivo principal é avançar no campo da tecnologia blockchain, desenvolvendo ferramentas e métodos que facilitem a troca fácil, teste e análise comparativa de diferentes algoritmos de consenso em um ambiente de rede ao vivo. O documento está organizado em várias seções cruciais. Começa com uma introdução que delineia o problema e a solução, enfatizando as lacunas existentes no desenvolvimento e teste de algoritmos de consenso, particularmente a ausência de ferramentas para testes ao vivo e os desafios na troca de algoritmos. Segue-se uma revisão abrangente do estado da arte em algoritmos de consenso, oferecendo uma análise detalhada da sua eficiência, limitações e adequação para várias aplicações. Um estudo de caso preliminar é então apresentado, focando na implementação de um algoritmo de consenso de Prova de Trabalho (PoW na plataforma Tezos. Isso serve como uma prova de conceito e fornece insights valiosos sobre o funcionamento interno dos algoritmos de consenso e sua integração com nós de blockchain existentes. A contribuição central desta dissertação é o desenvolvimento de duas ferramentas: uma voltada para facilitar o desenvolvimento de algoritmos de consenso e outra projetada para seus testes ao vivo. Essas ferramentas destinam-se a servir tanto a comunidade acadêmica quanto a industrial interessadas em tecnologia blockchain. Por fim, a dissertação apresenta um cenário do mundo real que emprega ambas as ferramentas. Um algoritmo de Prova de Autoridade (PoA) é implementado usando a ferramenta de desenvolvimento e depois testado fazendo uso da ferramenta de teste ao vivo. Os resultados são comparados com o algoritmo PoW previamente implementado, fornecendo evidências empíricas da eficiência e limitações de ambos os algoritmos. Em resumo, esta dissertação oferece um framework robusto para o desenvolvimento e teste de algoritmos de consenso, substanciado por evidências empíricas da plataforma Tezos. Tem implicações significativas para ambos os pesquisadores acadêmicos e stakeholders da indústria, estabelecendo uma base sólida para trabalhos futuros neste campo em rápida evolução