Convergence and representation of blockchain and smart contracts using the semantic web
Authors:   , Cano de Benito Juan 
Published: February 2025

The Internet and the World Wide Web were designed with the intention of being decentralised and interoperable, and therefore more democratic, where users have power over their data. Despite efforts to maintain this decentralisation, in recent years, the Internet has become a highly centralised network, thus ignoring the principles of decentralisation and democratisation on which it was designed. In response to this increasing centralisation of the Internet, different technologies have emerged that advocate the principles on which the Internet was built, such as the semantic web and blockchain.

This thesis addresses the synergy between blockchain technology and the semantic web, two technologies that advocate the decentralisation of the Internet and give control of data back to users, allowing them to manage their own information in a secure way while both technologies have unique characteristics and can feed back on each other, either by offering the interoperability characteristic of the semantic web or the security of data provided by blockchain technologies. Therefore, this thesis explores and lays the groundwork for how the combination of these technologies can address the problem of decentralisation while offering solutions for transparent and interoperable data management.

First, a state-of-the-art analysis of both technologies is performed, defining the main characteristics of the blockchain and the semantic web. The potential of blockchain to provide the decentralisation of the web and the immutability of records is analysed, as well as the different existing blockchain technologies, while the main standards and characteristics of the semantic web, such as interoperability and data understanding through ontologies and knowledge graphs, are analysed. Second, an analysis of the benefits that arise from the synergy between both technologies is made, and different prototypes of scenarios that integrate blockchain with the semantic web are proposed. Third, an analysis of the most promising scenarios is performed, and experiments are designed to evaluate the effectiveness and performance of the proposed scenarios. Fourth, ontology models are developed to cover Ethereum blockchain technology and smart contracts. Finally, a knowledge graph with these ontologies is built to demonstrate how the integration of these technologies can facilitate data management and improve blockchain analytics.

In conclusion, this study lays the foundation for achieving a decentralised, standards-based, user-driven, data-driven Internet. Despite the benefits reflected in this thesis in achieving decentralisation of the Internet, the results obtained indicate that the integration of blockchain technology with the semantic web is feasible, but has certain limitations that need to be addressed, such as the cost of storing semantic data on the blockchain.

RESUMEN

El internet y la World Wide Web fueron diseñados con la intención de ser descentralizados e interoperables y, por lo tanto, más democráticos, donde los usuarios tuvieran el poder sobre sus datos. A pesar de los esfuerzos por mantener esta descentralización, en los últimos años Internet se ha vuelto una red altamente centralizada, ignorando así los principios de descentralización y democratización sobre los que fue diseñado. En respuesta a esta creciente centralización de Internet, han surgido diferentes tecnologías que abogan por los principios sobre los que se construyó Internet, como la web semántica y la blockchain.

La presente tesis aborda la sinergia entre la tecnología blockchain y la web semántica, dos tecnologías que abogan por la descentralización de Internet y por devolver el control de los datos a los usuarios, permitiendo gestionar su propia información de manera segura, al mismo tiempo que ambas tecnologías tienen características únicas y pueden retroalimentarse entre sí, ya sea por ejemplo ofreciendo la interoperabilidad característica de la web semántica o la seguridad de los datos que proporcionan las tecnologías blockchain. Por lo tanto, esta tesis explora y sienta las bases de cómo la combinación de estas tecnologías pueden abordar el problema de la descentralización, ofreciendo además soluciones para la gestión transparente e interoperable de los datos.

En primer lugar, se realiza un análisis del estado del arte de ambas tecnologías, definiendo las principales características de blockchain y la web semántica. Se analiza el potencial del blockchain para proporcionar la descentralización de la web y la inmutabilidad de los registros, así como se estudian las distintas tecnologías blockchain existentes, mientras que se analizan los principales estándares y características de la web semántica, como la interoperabilidad y la comprensión de los datos a través de ontologías y grafos de conocimiento.

En segundo lugar, se realiza un análisis de los beneficios que surgen producto de la sinergia al combinar ambas tecnologías y se proponen diferentes prototipos de escenarios que integran blockchain con la web semántica. En tercer lugar, se realiza un análisis de los escenarios más prometedores y se realizan experimentos para evaluar la eficacia y rendimiento de los escenarios propuestos. En cuarto lugar, se desarrollan modelos ontológicos para cubrir la tecnología blockchain Ethereum y los contratos inteligentes. Por último, con estas ontologías se construyó un grafo de conocimiento para demostrar cómo la integración de estas tecnologías puede facilitar la gestión de datos y mejorar el análisis de la blockchain.

En conclusión, este estudio sienta una base para alcanzar un Internet descentralizado, cuyos datos sean gestionados por los propios usuarios y esté basado en estándares. A pesar de los beneficios que se reflejan en esta tesis para alcanzar la descentralización de Internet, los resultados obtenidos indican que la integración de la tecnología blockchain con la web semántica es viable, pero tiene ciertas limitaciones que deben ser abordadas, como el coste de almacenar datos semánticos en blockchain.