On fairness concerns in the blockchain ecosystem

Abstract

Blockchains revolutionized centralized sectors like banking and finance by promoting decentralization and transparency. In a blockchain, information is transmitted through transactions issued by participants or applications. Miners crucially select, order, and validate pending transactions for block inclusion, prioritizing those with higher incentives or fees. The order in which transactions are included can impact the blockchain final state. Moreover, applications running on top of a blockchain often rely on governance protocols to decentralize the decision-making power to make changes to their core functionality. These changes can affect how participants interact with these applications. Since one token equals one vote, participants holding multiple tokens have a higher voting power to support or reject the proposed changes. The extent to which this voting power is distributed is questionable and if highly concentrated among a few holders can lead to governance attacks. In this thesis, we audit the Bitcoin and Ethereum blockchains to investigate the norms followed by miners in determining the transaction prioritization. We also audit decentralized governance protocols such as Compound to evaluate whether the voting power is fairly distributed among the participants. Our findings have significant implications for future developments of blockchains and decentralized applications.

Blockchain-Technologien revolutionierten zentralisierte Bereiche wie Bankwesen und Finanzen, indem sie Dezentralisierung und Transparenz förderten. In einer Blockchain wird Informationen durch Transaktionen übertragen, die von Teilnehmern oder Anwendungen ausgestellt werden. Miner wählen Transaktionen aus, ordnen sie an und validieren sie für die Aufnahme in einen Block. Dabei priorisieren sie jene Transaktionen mit höheren Gebühren. Die Reihenfolge, in der Transaktionen aufgenommen werden, kann den endgültigen Zustand der Blockchain beeinflussen. Anwendungen, die auf einer Blockchain laufen, oft auf Governance-Protokolle angewiesen, um die Entscheidungsbefugnis zur Änderung ihrer Kernfunktionalität zu dezentralisieren. Diese Änderungen können beeinflussen, wie Teilnehmer mit diesen Anwendungen interagieren. Da ein Token einem Stimmrecht entspricht, haben Teilnehmer mit mehreren Tokens eine höhere Abstimmungsbefugnis, um die vorgeschlagenen Änderungen zu unterstützen oder abzulehnen. Fraglich ist, inwieweit diese Abstimmungsbefugnis verteilt ist. In dieser Arbeit prüfen wir die Bitcoin- und Ethereum-Blockchains, um die Normen zu untersuchen, denen Miner folgen, um die Priorisierung von Transaktionen festzulegen. Wir überprüfen dezentrale Governance-Protokolle wie Compound, um festzustellen, ob die Abstimmungsbefugnis fair unter den Teilnehmern verteilt ist. Unsere Ergebnisse haben wesentliche Auswirkungen auf zukünftige Entwicklungen von Blockchains und dezentralen Anwendungen.