تماس با ما
 
بدان
 
امروز پنجشنبه ، ۱۳۹۹/۱۲/۱۴
 
کلیه مقالات

یک راه حل غیر متمرکز برای Data IoT Blockchain مبتنی بر تبادل ارز

A Decentralized Solution for IoT Data Trusted Exchange Based-on Blockchain

یک راه حل غیر متمرکز برای Blockchain مبتنی بر مبادله داده های IoT:

چکیده:

اینترنت اشیاء (IoT) نقش مهمی در توسعه زمینه های مختلف ایفا می کند.

افزایش مقیاس و دامنه کاربردها تقاضای زیادی برای تبادل داده IoT در سالهای اخیر ایجاد کرده است.

در همین حال ، تعدادی از سیستم عامل تبادل داده IoT که به اتصال منابع مختلف و توزیع شده داده اختصاص داده شده اند ، پدیدار می شوند.

در چنین بسترهایی ، ارائه دهندگان خدمات می توانند مجموعه داده های مورد نیاز خود را جستجو و تبادل کنند.

با این حال ، زیرساخت متمرکز نمی تواند اعتماد کافی را به عنوان واسطه های شخص ثالث برای تبادل داده فراهم کند.

در نتیجه ، اکثر سیستم عامل ها به دلیل تعداد کمی از موسسات قادر به برآورده کردن نیازهای پیچیده نیستند و افراد حاضر به اشتراک گذاری مجموعه داده های IoT خود در چنین محیط غیرقابل اعتماد هستند.

در این مقاله راه حل غیر متمرکز بر اساس blockchain برای تبادل اطلاعات داده IoT پیشنهاد شده است.

به طور خاص ، در این مقاله ، اصول اساسی blockchain و فن آوری های کلیدی مربوطه از طریق تجزیه و تحلیل عمیق سه مورد اصلی معتبر در تبادل داده IoT توضیح داده شده است.

علاوه بر این ، این مقاله یک معماری از راه حل فوق و طراحی تفصیلی از مؤلفه اصلی اعتماد آن را ارائه می دهد.

سرانجام ، با استفاده از قراردادهای blockchain و Ethereum با Ethereum یک نمونه اولیه را تحقق می بخشد و ویژگی های شنیداری ، شفاف ، غیرمتمرکز خود را بصری ارائه می دهد.

مقدمه:

طی یک دهه گذشته ، با بهره گیری از توسعه سریع فناوری ارتباطات بی سیم ، سنجش فناوری و بهبود ظرفیت بزرگ تجزیه و تحلیل داده ها [1] ، اینترنت اشیاء (IoT) با سرعت باورنکردنی در اکثر مناطق ، به ویژه در مراقبت های بهداشتی در حال رشد است. [2 ] ، شهر هوشمند [3] و وسایل نقلیه خودمختار [4].

به عنوان عناصر اساسی دنیای IoT ، داده های جمع آوری شده از دستگاه های مختلف پس از تجزیه و تحلیل و پردازش می توانند در طیف گسترده ای از مناطق استفاده شوند.

خدمات IoT با استفاده از فن آوری های پیشرفته مانند داده های بزرگ و هوش مصنوعی [5] ، نه تنها هزینه های صنعت و کشاورزی را کاهش می دهد و باعث می شود دستگاه های اطراف افراد باهوش تر شوند ، بلکه مکرراً اکوسیستم IoT (امنیت ، مدیریت تجهیزات و تجهیزات) را نیز بهینه می کنند. و استانداردسازی [6]) خودش.

با این حال ، به دلیل محدود بودن هزینه نگهداری و مدیریت بالا [7] ، محدود کردن جمع آوری داده های حفظ حریم خصوصی ، تبادل داده ها بین فرد و سازمان ها وقتی می فهمید که اتصال از مالکیت مهم تر است ، برگشت ناپذیر می شود [8].

بنابراین ، تعداد زیادی تبادل داده یا تبادل اطلاعات hava platform در سالهای گذشته پدیدار شده است.

مانند crawdad برای بایگانی داده های بی سیم [9] ، علوم داده مرکزی منابع آنلاین صنعت را برای متخصصان داده های بزرگ ، داده ها فراهم می کرد.

دولت به عنوان وطن سکوی داده های باز دولت ایالات متحده ، توسعه سواحل دیجیتال پاسخگوی نیازهای بی نظیر جامعه مدیریت ساحلی است [10،11].

بیشتر آنها بر روی داده هایی از همان نوع یا یک زمینه خاص متمرکز شده اند و توسط دولت یا اتحادیه های نهادهای بزرگ هدایت می شوند.

با این حال ، مجموعه داده ها در چنین پلت فرم متمرکز نمی تواند خواسته های متنوع مردم را برآورده کند ، عمدتا به دلیل عدم اطمینان از اطمینان کافی برای تضمین شفافیت ، قابل شنیدن و تغییر ناپذیر بودن در فرآیند تبادل داده.

مدت هاست توسط محققان مشاهده می شود ، زیرا مسئله اعتماد اشتیاق به اشتراک گذاری داده ها را بطور جدی و جدی مانع از توسعه صنعت داده می کند [12].

اگرچه سیستم عامل های فعلی بسیاری از مکانیسم های محرمانه بودن را کنترل می کنند (کنترل دسترسی ، حریم خصوصی مجوز) و برخی از مدل های اعتماد را برای به اشتراک گذاری داده ها در IoT پیشنهاد می کنند ، اما آنها از شخص ثالث جدا نمی شوند [13].

به منظور تضمین تبادل داده IoT در یک محیط کاملاً قابل اعتماد و شفاف ، ما یک راه حل غیر متمرکز مبتنی بر blockchain را پیشنهاد می کنیم.

به عنوان فناوری اصلی بیت کوین ، بلاکچین به زودی مورد توجه قرار گرفت و کاربرد خاصیت اعتماد خود را به خود جلب کرد [14].

مزیت اصلی blockchain عدم تمرکز است.

این شامل رمزگذاری داده ها ، زمان سنج ، الگوریتم اجماع توزیع شده ، مکانیسم تشویق اقتصادی و سایر فناوری ها است.

این کار برای معامله نقطه به نقطه بر اساس اعتبار غیر متمرکز در سیستم های توزیع شده بدون اعتماد متقابل قابل استفاده است.

به طور متوالی ، این فناوری غالب هزینه ، راندمان پایین و عدم اضطراب ذخیره اطلاعات در موسسات مرکزی فعلی را حل می کند.

در این مقاله با استفاده از ویژگی داده ها دستکاری نشده و کاملاً شفاف است ، با تمبر زمان و جزئیات معاملات در فرایند ذخیره سازی و داد و ستد ترکیب شده است ، به طوری که می توان به اعتماد بسیاری از طرفین پرداخت.

فناوری رمزنگاری مخلوط آن مبتنی بر رمزگذاری نامتقارن ، باعث می شود تا اطلاعات مربوط به حریم خصوصی کاربر با کلید عمومی و خصوصی به عنوان تنها شناسه موضوع معامله امن شود.

نسل دوم blockchain پیمان هوشمندی را معرفی می کند ، که باعث می شود blockchain با استفاده از برنامه نویسی برنامه توزیع شده آسان تر شود و سرعت معاملات را سرعت ببخشد.

قرارداد هوشمند اتریوم همراه با روش کنترل دسترسی مبتنی بر قابلیت باعث می شود که ارائه دهنده داده بتواند مجوزهای به اشتراک گذاری داده های خود را به سرعت و کارآمد کنترل کند و مسائل معتبر سیستم اصلی را در داده ها کاملاً حل کند.

بقیه این مقاله به شرح زیر برگزار می شود:

بخش دوم تجزیه و تحلیل سه نوع اصلی مورد نیاز اعتماد در تبادل داده IoT است.

معماری راه حل در بخش سوم ارائه شده است.

بخش چهارم ، طراحی مؤلفههای مهم اعتماد را در راه حل ما توصیف می کند.

در مورد عملی بودن راه حل و نتیجه گیری پیشنهادی ما در بخش V و VI بحث شده است.

مورد نیاز دوم:

داده های IoT به عنوان یک کالای خاص توسط دولت ، شرکت ها ، حتی فردی جمع آوری می شود که برای زمینه های مختلف کاربرد دارای ارزش زیادی هستند.

چنین صاحبی برای تبادل اطلاعات IoT خود به منظور بهبود استفاده از داده و بهره مندی از تجارت ، به یک بستر قابل اعتماد نیاز دارد.

ما نیازهای تبادل داده برای اعتماد را به سه دسته تقسیم کردیم.

الف - معاملات قابل اعتماد:

مورد نیاز معاملات تجاری به معنای کل فرآیند معاملات است که ثبت شده است و در صورت تأیید یک طرف قابل تغییر نیست.

علاوه بر این ، تاریخچه معاملات معاملات باید توسط مردم قابل ردیابی باشد.

به طور خلاصه ، نیاز این شرط تجارت مورد اعتماد به طور عمده شامل شرح دقیق معاملات ، روند معامله قابل ردیابی و تغییر ناپذیر است.

برخی از راه حلهای موجود می توانند تاریخ معامله را ضبط کرده و عملکرد جستجوی مناسب را ارائه دهند ، حتی از سیستم ذخیره ابری توزیع شده نیز برای محافظت از سیستم در برابر مشکل خرابی تک نقطه استفاده کنید [15].

با این حال ، چنین سیستمهایی توسط سازمان شخص ثالث توسعه یافته و نگهداری شده اند که نمی تواند ضبط تراکنش را از نظر تعدیل شده سوء استفاده کند [16].

برخلاف سیستم رایج ، سیستم مبتنی بر blockchain داده های تبادل را در شبکه کاملاً توزیع شده به همتا توزیع می کرد [17].

این تضمین می کند که داده ها در blockchain به صورت دلخواه قابل تغییر نیستند و می توانند طبق دستور زمان حسابرسی شوند.

علاوه بر این ، گره blockchain توسط هر کسی قابل بارگیری است ، بنابراین داده های مبادله شفاف است [18].

در عین حال ، زنجیره اطلاعات blockchain کاملاً شفاف است ، بنابراین اطلاعات معامله داده می تواند در مقایسه با پلتفرم تجارت سنتی کاملاً متقارن باشد.

ب- دسترسی به داده های قابل اعتماد:

مورد نیاز دسترسی داده اعتماد به این معنی است که صاحب داده می تواند مالکیت خود را در اختیار داشته باشد ، حتی می توان تحقق یافت که شخصی سازی دسترسی درست بعد از تبادل داده های اینترنت اشیاء را به دست آورد [19].

سیستم عامل های فعلی نیاز دارند که ارائه دهندگان داده مجموعه داده های خود را در وب سایت یا cloud ویژه بارگذاری کنند.

به این ترتیب کاربر پس از ارسال به سازمان شخص ثالث نمی تواند مجوز دسترسی به مجموعه داده های خود را داشته باشد و نمی داند چه کسی به داده های خود دسترسی پیدا می کند.

در راه حل ما ، تبادل داده را به دو بخش جدا می کنیم:

تبادل داده مبدا و تبادل حق دسترسی به داده ها.

مبدأ تبادل داده مبدا توسط ارائه دهنده داده سفارشی می شود و می تواند توسط فروشگاه درست دسترسی به داده ها در blockchain که توسط مکانیسم اجماع محافظت می شود ، تأیید شود.

اتخاذ فن آوری های مختلف مربوط به ایمنی زنجیره بلوک برای حفاظت مشترک از امنیت دسترسی به داده ها و حقوق صاحب داده هنگام معامله.

در همین حال ، ویژگی های توزیع کامل blockchain همچنین می تواند تأیید دسترسی به مجوزها را راحت تر کند.

ج- حفظ حریم خصوصی مورد اعتماد:

مورد نیاز حفظ حریم خصوصی مورد اعتماد یعنی صاحب داده می تواند ضمن تبادل داده از اطلاعات شخصی خود محافظت کند.

از آنجا که برخی از داده های IoT در مورد مسائل مربوط به حریم خصوصی ، نگرانی درخواست کنندگان داده نیستند.

در پلت فرم تبادل داده های شخص ثالث ، کاربران باید برخی از اطلاعات شخصی را حتی در زمان ثبت نام کارت اعتباری را الزام آور کنند.

چنین حریم خصوصی در برابر ربودن توسط دیگران آسیب پذیر است و برخی از داده های IoT نیز می توانند عادات زندگی افراد را منعکس کنند.

بنابراین حفظ حریم خصوصی نیز یک نیاز فشرده در تبادل داده IoT را حفظ می کند [20].

Blockchain به عنوان یک شبکه ناشناس ، از آدرس 64 بیتی برای شناسایی کاربرانی که توسط RSA تولید شده و توسط SHA-256 محافظت می شود ، استفاده کنید.

شرکت کنندگان معاملات را فقط با آدرس عمومی و بدون اطلاعات شخصی ارسال می کنند ، به این ترتیب می توان به حفظ حریم خصوصی اعتماد کرد [21].

III- معماری:

الف - معماری کلی:

چارچوب تبادل داده IoT مبتنی بر blockchain یک بستر کاربردی غیرمتمرکز است که در آن کاربر می تواند داده ها را در محیط قابل اعتماد تجارت کند.

این چارچوب را می توان به Data Layer ، Network Layer ، پروتکل لایه و لایه تعامل تقسیم کرد.

شکل 1 معماری کلی را نشان می دهد.

ب- لایه داده:

لایه داده ها از دو بخش تشکیل شده است:

داده های IoT و داده های تبادل.

اولی را می توان در مکانهای مختلف به عنوان منبع داده مانند ابرهای ذخیره سازی ، ابرهای پایگاه داده ، حتی گره های شبکه حسگر بی سیم که توسط مالک اداره می شود ، ذخیره کرد.

تبادل داده های ذخیره شده در شبکه blockchain که برای ضبط کل فرایند تبادل داده استفاده می کند.

طرفین Exchange قادر به انتخاب روش های دسترسی به داده ها و رسانه ذخیره سازی شخصی سازی شده هستند که باعث می شوند احساس مناسب شوند ، مانند انتقال همتا به همسالان ، دسترسی به پایگاه داده آنلاین با مجوزهای محدود و حتی دیسک سخت.

داده های مبادله شامل توضیحات ارائه داده یا نیاز داده ها ، شرایط تبادل داده و مرجع دسترسی به داده ها است.

ج- لایه شبکه:

لایه شبکه شامل شبکه چند شبکه ای و blockchain می باشد [22].

شبکه چندگانه مسئول دسترسی و انتقال داده های مبداء است که به وسیله نیازهای شخصی تنظیم می شود.

روشهای دسترسی معمولی شامل شبکه همتا ، همسایگی ، وب سایت شخصی و فضای ذخیره سازی می باشد.

شبکه بلاکچین متشکل از یک یا چند گره blockchain که معاملات کاملاً یکسان را در چنین شبکه ذخیره می کنند [23].

به عنوان هسته اصلی معماری ، رمزگذاری و مکانیسم های اجماع غیرمتمرکز از blockchain تبادل داده IoT را در یک محیط قابل اعتماد ، شفاف و مقاوم در برابر ضامن تضمین می کند.

د- لایه مدیریت:

لایه مدیریت به طور عمده وظیفه مدیریت مشترک تبادل داده IoT را بر عهده دارد.

مدیریت کاربر امنیت و مجوزهای کاربر را برای سیستم عامل کنترل می کند.

مدیریت داده ها مسئولیت جمع آوری داده ها و جستجوی سریع توسط ویژگی داده ها را بر عهده دارد.

مدیریت بورس به عنوان کارکرد اصلی فرآیند تبادل داده ، دسترسی به داده را به درستی مدیریت می کند ، روابط مبادله ای حتی تاریخ معامله را نیز ثبت می کند.

E- لایه تعامل:

لایه تعامل رابط برای طرفین تبادل داده برای ارتباط با یکدیگر فراهم می کند.

با توجه به حالت فعلی تعامل ، آنها را به دو قسمت جدا می کنیم:

تعامل مبتنی بر وب و تعامل مبتنی بر تلفن همراه.

مبتنی بر وب معمولاً رابط های بصری را در وب سایت ایجاد می کند در حالی که مبتنی بر تلفن همراه بیشتر بسته بندی برنامه را که از طریق تلفن همراه ، تبلت و حتی سایر دستگاه های تعبیه شده اجرا می شود ، فراهم می کند.

IV- طرح اصلی کامپوننت:

برای افزایش درجه اتوماسیون و تنظیم سیستم ، ما مجموعه ای از قراردادهای هوشمند را برای کارکردهای اصلی مدیریت طراحی می کنیم.

شکل 2 معماری مؤلفه مدیریت مبتنی بر قراردادهای هوشمند را نشان می دهد.

الف - قراردادهای مدیریت بورس:

قراردادهای مدیریت بورس شامل سه پروتکل هستند:

قراردادهای دسترسی ، قراردادهای ارتباطی و قراردادهای مبادله خودکار.

قراردادهای دسترسی از روش کنترل دسترسی مبتنی بر قابلیت استفاده می کنند تا یک مدیریت اجازه داده های مورد اعتماد را فراهم کنند.

قراردادهای ارتباطی کل فرآیند ارتباطی را در تبادل داده IoT برای ردیابی ثبت می کنند.

قراردادهای مبادله خودکار در حالی که شرایط را برآورده می کنند به طور خودکار حق دسترسی به داده ها را به درخواست کننده ارسال می کنند.

قراردادهای دسترسی ، روش کنترل دسترسی به داده را مبتنی بر قابلیت ، شامل دو عملکرد تولید شناسه دسترسی به داده و تبادل حقوق دسترسی به داده ها را پیاده سازی می کنند.

قرارداد شناسایی داده ها بعد از اینکه صاحب اطلاعات داده ها را ثبت کرد ، به آنها "DAT" گفته می شود ، یک بلیط دسترسی به داده را به داده ها اختصاص می دهد.

از طریق این شناسه ، کاربر می تواند راه دسترسی و مجوزهای دسترسی به داده ها را بدست آورد.

قرارداد تبادل حق دسترسی داده ها وظیفه تنظیم شرایط تهیه داده و اجرای معامله خودکار را بر عهده دارد.

فرض می کنیم که ارائه دهنده داده ها شرایط را به عنوان شرط 1 ، شرط 2 ، برای C1 کوتاه ، C2 کوتاه تعیین می کند.

این قرارداد هنگامی که متقاضیان داده برای درخواست یک معامله داده را به قرارداد ارسال می کنند و معامله C1 را برآورده می کند ، به طور خودکار DAT را به درخواست کننده ارسال می کند و C2 ، C2ˈ و تقاضا کنندگان را در لیست دسترسی مجاز به آن داده ها قرار می دهد.

با دسترسی کاربران ، می توانند داده های منبع را از طریق URL یا FTP یا P2P دانه بارگیری کنند.

قراردادهای ارتباطی توسط داده ها ، تقاضای داده ها و ارائه دهندگان داده تعیین می شوند و کلیه سوابق معاملات بین این سه را ثبت می کنند.

هنگامی که یک نماینده داده درخواست یا مذاکره را برای قرارداد ارسال می کند ، دو پارامتر از نام داده و ارائه دهنده داده ها لازم است.

و برعکس ، قرارداد به هر دو طرف ابلاغ خواهد شد.

شکل 2. معماری مؤلفه مدیریت مبتنی بر قراردادهای هوشمند B- قراردادهای مدیریت داده:

قراردادهای مدیریت داده شامل قراردادهای داده و قراردادهای جستجوی طبقه بندی شده است.

هنگامی که ارائه دهنده داده ها داده ها را ثبت می کند ، قرارداد داده یک قرارداد متشکل از داده های مربوطه جداگانه ایجاد می کند ، که توضیحات اصلی داده ها (مانند نام ، ویژگی ، ارائه دهنده داده) را ثبت می کند و برای ایجاد شناسه دسترسی به داده ها با روش دسترسی به داده تماس می گیرد. همزمان.

به منظور بهبود کارایی جستجو ، ما از اصل اساسی جدول hash برای انجام طبقه بندی ثانویه برای داده ها استفاده می کنیم و یک طبقه بندی توسعه یافته و قابل تنظیم را طراحی می کنیم.

قراردادهای طبقه بندی داده ها شامل مدیریت نوع داده و نوع داده های مربوط به مجموعه داده های مربوط به مدیریت است.

مدیریت نوع داده وظیفه تولید و اصلاح قرارداد نوع را بر عهده دارد و قرارداد نوع داده وظیفه دارد تا کلیه شیء داده ها آدرس قرارداد را به عنوان نشانگر این نوع ثبت کند.

کاربر قرارداد را فراخوانی کرده و در پارامتر نوع می گذرد ، که می تواند به سرعت مجموعه داده های نوع مربوطه را بدست آورد.

ج- قراردادهای مدیریت کاربر:

قراردادهای مدیریت کاربر به عنوان قراردادهای اساسی ، با حفظ رابطه نام کاربری و نقش کاربر ، امنیت و مجوزهای سیستم عامل را کنترل می کنند.

کاربر می تواند از نام مستعار خود برای برقراری ارتباط با دیگران استفاده کند تا شناسایی را به جای آدرس 64 بیتی تسهیل کند.

این پلتفرم شامل سه نقش اصلی کاربر:

ارائه دهنده کاربر ، نماینده کاربر و حسابرس.

قراردادهای نقش ، لیست نقش کاربر را برای مسئولیتهای تعریف شده حفظ می کنند.

تعامل کاربر در سیستم از نام مستعار و رمز عبور کاربر استفاده می کند ، بنابراین می تواند از نشت حریم خصوصی جلوگیری کرده و از حریم شخصی کاربران بهتر محافظت کند.

V- اجرای:

استقرار این پلتفرم نمونه اولیه شامل شبکه blockchain ، قرارداد هوشمند و وب است.

شبکه بلاکچین از 10 گره اتریوم تشکیل شده بود.

دو تن از آنها در سرورهای Aliyun مستقر در معدن مستقر شده اند.

محیط سیستم گره سیستم اوبونتو است.

وب روی سرور Nginx مستقر شده است و می تواند بر روی مرورگر جهانی روی ویندوز اجرا شود.

گره های باقیمانده برای تبادل داده IoT در کامپیوتر مستقر می شوند.

قرارداد هوشمند با زبان Solid توسعه داده می شود و سپس در یکی از دو گره معدنچر کامپایل می شود.

وب سمت بر اساس چارچوب Laravel است که یکی از محبوب ترین چارچوب وب PHP است.

ما اطلاعات مربوطه جمع آوری شده توسط شبکه های حسگر بی سیم را در پروژه بازرسی جنگل در پایگاه داده از راه دور مانند علی ابر و غیره ذخیره می کنیم و از این سیستم برای دستیابی به آزمایش تراکنش داده های شبیه سازی چند جانبه استفاده می کنیم.

دستیابی به مبادله داده ها و تأیید دسترسی به زنجیره با موفقیت ، علاوه بر این ، می توانیم تمام سوابق معامله نقطه به نقطه ذخیره شده روی زنجیره را تجسم کنیم.

شکل 3 نشان می دهد که تاریخچه مبادله توسط شبکه blockchain محافظت می شود.

نتیجه گیری VI:

این مقاله عمیقاً مورد نیاز مورد اعتماد فعلی در تبادل داده IoT را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و آنها را به سه دسته تقسیم می کند:

تجارت قابل اعتماد ، دسترسی به داده های قابل اعتماد و حفظ حریم خصوصی مورد اعتماد.

پس از آن ، یک راه حل مبتنی بر blockchain برای برطرف کردن چنین نیازهایی پیشنهاد می کند و قطعات اصلی مورد اعتماد را طراحی می کند.

بر اساس طراحی ، ما یک سیستم نمونه اولیه برای تبادل داده IoT با blockchain اتریوم و فناوری وب مرتبط ایجاد می کنیم.

نمونه اولیه نشان می دهد که شبکه blockchain می تواند معامله را به روشی شنیدنی ، شفاف و تغییر ناپذیر ثبت کند.

در طول کار بعدی ، ما به فرآیند تبادل داده IOT بر اساس این سیستم ، اصلاح خواهیم کرد تا استاندارد تر شود.

در عین حال ، با ترکیب با خود زنجیره بلوک ، تحقیقات قابل استفاده در مکانیسم اجماع با راندمان بالا ، مکانیسم تشویقی برای معامله داده های IoT است و یک مکانیسم ارزیابی بی عیب و نقص را برای اعتبار داده اینترنت اشیا ایجاد می کند.

علاوه بر این ، ما برای انجام انتقال داده های خام و موارد دیگر از توپولوژی شبکه گره ای مبتنی بر blockchain استفاده خواهیم کرد.

تصدیق:

این کار توسط کمیسیون توسعه و اصلاحات ملی (NDRC) (No-Q5025001201502) پشتیبانی شد.