Master's Thesis

Security Analysis and Improvement of DeFi Protocols

Final Thesis 1.52 MB Appendix 7.5 MB

Author of thesis: Ing. Adam Šmehýl

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Ivan Homoliak, Ph.D.

Reviewer: Ing. Samuel Olekšák

Abstract:

This thesis examines Decentralized Finance (DeFi) as a financial system built on decentralized and programmable networks. It analyzes the architectural foundations, protocol primitives, practical applications, and security risks that shape DeFi protocols and their users. Case studies of Aave, Euler, and Uniswap provide insights into capital efficiency, governance, oracle reliance, and composability risk. Based on these findings, the thesis proposes two extension-based improvements: idle-capital allocation for pool-based lending and automated range migration for concentrated-liquidity positions. Both mechanisms are implemented as prototypes and evaluated for feasibility, gas overhead, economic impact, and limitations. The results show that modular extensions can improve selected DeFi protocols if transparency, auditability, and clear risk boundaries remain central to their design.

Keywords:

Decentralized Finance, DeFi Protocols, Decentralized Applications, Pool-based Lending, Capital Reallocation, Liquidity Provision Automation, Capital Efficiency, Yield-Bearing Tokens, Protocol Security Analysis, Protocol Improvement, Smart Contracts, Decentralized Network Architecture, Blockchain Systems

Date of defence

24.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Topics for thesis defence

  1. Vaše druhé vylepšenie rozdeľuje likviditu na menšie časti (mikropozície), pričom ich počet ste obmedzili na 20, čo uvádzate ako praktický limit. Ako ste k číslu 20 dospeli a čo by sa stalo, ak by sa šlo vyššie?
  2. Jaké typy bezpečnosti jste ve vaší práci řešil?

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Software Engineering (NSEN)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Matoušek, Ph.D., M.A. (předseda)
doc. RNDr. Jitka Kreslíková, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Janoušek, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Polčák, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pluskal, Ph.D. (člen)
Ing. Matěj Grégr, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Ivan Homoliak, Ph.D.

Diplomovú prácu hodnotím ako veľmi kvalitnú. Študent preukázal výbornú orientáciu v náročnej problematike, samostatnosť pri riešení, schopnosť navrhovať nové stratégie a zároveň ochotu intenzívne konzultovať odborné otázky. Výsledkom je práca na vysokej úrovni, ktorá splnila zadanie a zároveň priniesla hodnotné výstupy s publikačným potenciálom. Práci navrhuji na jedno z možných ocenění.

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Zadanie diplomovej práce hodnotím ako náročné, keďže vyžadovalo dôkladné pochopenie princípov decentralizovaných financií, smart kontraktov, bezpečnostných rizík DeFi protokolov, ako aj návrh, implementáciu a vyhodnotenie vlastných rozšírení. Práca sa zaoberá bezpečnostnou ale aj principálnou analýzou vybraných DeFi protokolov a návrhom zlepšení zameraných najmä na kapitálovú efektivitu a automatizáciu správy likvidity.

Zadanie bolo splnené vo všetkých bodoch a vo viacerých smeroch bolo riešenie rozšírené nad rámec základných požiadaviek. Študent analyzoval viacero relevantných protokolov, identifikoval ich slabé stránky a navrhol nové stratégie, ktoré následne implementoval a vyhodnotil. S dosiahnutými výsledkami som veľmi spokojný. Práca je na vysokej odbornej úrovni a predstavuje kvalitný výskumno-vývojový výstup.

Activity during solution, consultations, communication

Práca bola dokončená na čas a jej definitívny obsah bol dostatočne konzultovaný. Študent venoval primeranú pozornosť nielen samotnej implementácii, ale aj vyhodnoteniu výsledkov, diskusii obmedzení a formulácii záverov. Finálna verzia práce pôsobí ucelene a zodpovedá vysokej kvalite dosiahnutých výsledkov.

Publication activity, awards

Výsledky práce boli prezentované formou článku na študentskej konferencii Excel@FIT. Študent ďalej prezentoval poster na konferencii ETHReS 2026. Na základe výsledkov práce bol pripravený a odoslaný článok na konferenciu IEEE BRAINS. Túto publikačnú aktivitu hodnotím veľmi pozitívne, keďže potvrdzuje odbornú úroveň práce aj jej potenciál presiahnuť rámec samotnej diplomovej práce.

Work with literature

Študent pri riešení práce pracoval s literatúrou samostatne a aktívne. Naštudoval si relevantné zdroje z oblasti blockchainov, smart kontraktov, DeFi protokolov, bezpečnosti a ekonomických modelov decentralizovaných systémov. Použité zdroje sú vhodné a pokrývajú teoretické aj praktické aspekty riešenej problematiky.

Activity during solution, consultations, communication

Študent pracoval samostatne, systematicky a zároveň veľmi intenzívne konzultoval postup riešenia. Na konzultácie chodil pripravený, priebežne prezentoval dosiahnuté výsledky a aktívne diskutoval možné smerovanie práce. Na pripomienky reagoval vecne a zapracovával ich do ďalšieho riešenia. 

Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Samuel Olekšák

Práca je na vysokej úrovni a spĺňa všetky body zadania, pričom v niektorých smeroch ich výrazne prekračuje (tri analyzované protokoly namiesto dvoch, dva funkčné a nasadené prototypy, demonštračná webová aplikácia). 


Jediné dve nevýhody práce vidím v nevyváženosti prehľadových kapitol a kapitol vlastného prínosu a v rozsahu výrazne presahujúcom maximálny počet normostrán.

Evaluation criteria Verbal classification Points Max. points
The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled, and the work contains significant extensions

Všetky body zadania boli splnené bez výhrad. Niektoré body boli rozšírené – analyzované boli tri protokoly namiesto dvoch a oba implementované prototypy boli nasadené do živej siete s reálnym meraním nákladov na prevádzku. Nad rámec zadania bola vytvorená aj demonštračná webová aplikácia.

Extent of the technical report

Evaluation level: exceeds the usual extent

Technická správa obsahuje 151 normostrán, čo veľmi výrazne prekračuje maximálne rozmedzie. Najdlhšia kapitola (kapitola 4), ktorá sa zaoberá praktickými aplikáciami decentralizovaných financií, je písaná učebnicovým štýlom a vyčerpávajúco popisuje všetky značné aplikácie, vrátane tých, ktoré nie sú v kontexte práce ďalej využité. Napriek prekročeniu rozsahu je každá kapitola informačne bohatá a neobsahuje prebytočnú výplň.

Presentation level of the technical report

Technická správa je logicky štruktúrovaná a kapitoly na seba plynule nadväzujú. Slabšou stránkou je proporcia. Prehľadová časť (kapitoly 2 až 5) je rozsahovo výrazne predimenzovaná voči vlastnému prínosu (kapitoly 6 a 7). Časť tejto šírky je však ospravedlniteľná znením bodu 2 zadania, ktoré explicitne požaduje dôkladné naštudovanie a kategorizáciu DeFi.

90 100
Formal preparation of a technical report

Technická správa je na veľmi vysokej jazykovej a typografickej úrovni.

98 100
Work with literature

Technická správa uvádza 51 bibliografických zdrojov. Výber zdrojov je relevantný a veľmi aktuálny (udalosti až do jari 2026). Medzi zdrojmi sa nachádza značné množstvo blogov a tlačových správ, avšak to je v blockchainovom a DeFi priestore bežné. Vlastný prínos je riadne odlíšený od prehľadovej časti práce.

98 100
Realisation output

Študent vytvoril dva funkčné prototypy v jazyku Solidity s demonštračným rozhraním, ktoré boli nasadené, otestované a evaluované na lokálnych aj reálnych sieťach. Riešenie je dobre zdokumentované vrátane postupu inštalácie a spustenia, kvalita kódu je dobrá a do veľkej miery samodokumentujúca, hoci komentáre sú len sporadické. Smart kontraktová časť má dobré pokrytie jednotkovými testami. Drobnou výhradou je absencia kontajnerizácie.

95 100
Usability of results

Po technickej stránke sú prototypy vylepšení protokolov vo vysokom štádiu vyspelosti. Prvé rozšírenie (alokácia nevyužitého kapitálu) je z veľkej časti implementačne kompletné na integráciu do existujúceho protokolu. Druhé (automatizovaná migrácia rozsahu) demonštruje realizovateľnosť danej myšlienky v rámci existujúcich obmedzení nákladov na prevádzku. K plne produkčnej verzii ostávajú dodatočné kroky, ktoré technická správa identifikuje ako budúcu prácu.

The difficulty of the assignment

Evaluation level: more difficult assignment

Zadanie spája distribuované systémy, aplikovanú kryptografiu, vývoj smart kontraktov a návrh finančných mechanizmov.

Topics for thesis defence:
  1. Vaše druhé vylepšenie rozdeľuje likviditu na menšie časti (mikropozície), pričom ich počet ste obmedzili na 20, čo uvádzate ako praktický limit. Ako ste k číslu 20 dospeli a čo by sa stalo, ak by sa šlo vyššie?
Points proposed by reviewer: 94

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová