تماس با ما
 
بدان
 
امروز پنجشنبه ، ۱۳۹۹/۱۲/۰۷
 
کلیه مقالات

در blockchain و ادغام آن با IoT. چالش ها و فرصت ها

On blockchain and its integration with IoT. Challenges and opportunities

در blockchain و ادغام آن با IoT. چالش ها و فرصت ها:

چکیده:

در دیدگاه اینترنت اشیاء (IoT) ، دستگاه های معمولی هوشمند و مستقل می شوند.

این دیدگاه به لطف پیشرفت های فناوری در حال تبدیل شدن به یک واقعیت است ، اما هنوز چالش هایی برای رسیدگی وجود دارد ، به خصوص در حوزه امنیتی ، به عنوان مثال ، قابلیت اطمینان داده ها.

با در نظر گرفتن سیر تحول پیش بینی شده IoT در سالهای آینده ، لازم است اطمینان به این منبع اطلاعات بزرگ ورودی وارد شود.

Blockchain به عنوان یک فناوری کلیدی ظهور کرده و راهی را برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات تغییر خواهد داد.

ایجاد اعتماد به محیط های توزیع شده بدون نیاز به مسئولان یک پیشرفت فنی است که این امکان را دارد که صنایع زیادی را تغییر دهد ، IoT در بین آنها.

فن آوری های مختل کننده مانند داده های بزرگ و محاسبات ابری توسط IoT برای غلبه بر محدودیت های خود از زمان تصحیح آن استفاده شده است ، و ما فکر می کنیم blockchain یکی از موارد بعدی خواهد بود.

این مقاله بر این رابطه متمرکز شده است ، چالش های موجود در برنامه های IoT blockchain و بررسی مناسب ترین کار را به منظور تجزیه و تحلیل چگونگی بهبود blockchain بالقوه IoT بررسی می کند.

1. معرفی:

تکامل سریع در مینیاتوریزاسیون ، الکترونیک و فناوری های ارتباطات بی سیم باعث پیشرفت های بی سابقه ای در جامعه ما شده است.

این امر منجر به افزایش تعداد دستگاههای الکترونیکی مناسب برای بسیاری از مناطق ، کاهش در هزینه های تولید آنها و تغییر پارادایم از دنیای واقعی به دنیای دیجیتال شده است.

بنابراین ، نحوه تعامل با یکدیگر و محیط زیست تغییر کرده است ، با استفاده از فناوری های فعلی برای به دست آوردن درک بهتری از جهان.

اینترنت اشیاء (IoT) به عنوان مجموعه ای از فناوری ها از شبکه های حسگر بی سیم (WSN) گرفته تا شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) پدید آمده است ، که توانایی های حس ، فعالیت و ارتباط از طریق اینترنت را فراهم می کند [1].

امروزه یک دستگاه IoT می تواند وسیله الکترونیکی از پوشیدنی تا یک بستر توسعه سخت افزار و طیف وسیعی از برنامه هایی باشد که در آن استفاده شود بسیاری از مناطق جامعه را در بر می گیرد.

IoT نقش مهمی در تبدیل شهرهای فعلی به شهرهای هوشمند ، شبکه های برقی به شبکه های هوشمند و خانه ها به خانه های هوشمند دارد و این فقط آغاز است.

براساس گزارش های تحقیقاتی مختلف ، تعداد دستگاه های متصل پیش بینی می شود تا سال 2020 از 20 تا 50 میلیارد نفر برسد [2] [بیشتر] عمدتا به دلیل تعداد زیاد دستگاه هایی که IoT می تواند در صحنه قرار دهد.

IoT دنیایی کاملاً متصل را تجسم می کند ، جایی که همه چیز قادر به برقراری ارتباط داده های اندازه گیری شده و تعامل با یکدیگر است.

این امر امکان نمایش دیجیتالی از دنیای واقعی را فراهم می آورد که از طریق آن می توان بسیاری از کاربردهای هوشمند در صنایع مختلف را توسعه داد.

این شامل:

خانه های هوشمند ، پوشیدنی ، شهرهای هوشمند ، بهداشت ، خودرو ، محیط زیست ، آب هوشمند ، شبکه هوشمند و غیره

راه حل های IoT در بسیاری از زمینه ها مستقر شده اند و صنایع و دیجیتالی شدن آنها را بهینه می کنند.

برنامه های IoT ویژگی های بسیار خاصی دارند ، آنها حجم زیادی از داده ها را تولید می کنند و برای مدت طولانی به اتصال و قدرت نیاز دارند.

این ، همراه با محدودیت های حافظه ، ظرفیت رایانه ، شبکه ها و منبع تغذیه محدود ، تعداد زیادی از چالش ها را ایجاد می کند.

گسترش گسترده IoT باید توسط مکانیسم ها و پروتکل های استاندارد پشتیبانی شود تا ناهمگونی موجود در این زمینه کاهش یابد.

این ناهمگونی منجر به سیلوهای عمودی شده و از اتخاذ IoT می کاهد.

اما گذشته از چالش های ناهمگونی و ادغام موجود در IoT ، قابلیت اطمینان داده های آن نیز مسئله مهمی است که باید در نظر داشته باشید.

امروزه ، ما به اطلاعات اشخاص مالی و دولت در بین دیگران اعتماد داریم ، اما آیا می توانیم اطمینان داشته باشیم که اطلاعات ارائه شده توسط آنها و سایر اشخاص خارجی ، مانند شرکت های IoT ، به هیچ وجه دستکاری و تغییر یافته و یا جعلی نشده است؟ این یک سوال دشوار است که در معماری های متمرکز به آن پاسخ دهید.

اشخاص غیر قابل اعتماد می توانند اطلاعات را مطابق علایق خود تغییر دهند ، بنابراین ممکن است اطلاعات ارائه شده کاملاً قابل اعتماد نباشد.

این امر نیاز به تأیید اینکه هرگز اطلاعات اصلاح نشده اند ، ایجاد می کند.

یک راه برای اطمینان در داده های IoT از طریق یک سرویس توزیع شده توسط همه شرکت کنندگان قابل اعتماد است که تضمین می کند داده ها تغییر ناپذیر هستند.

اگر همه شرکت کنندگان داده ها را داشته باشند و آنها این وسیله را داشته باشند که تأیید کنند که داده ها از زمان تعریف اول دستکاری نشده اند ، می توان به اعتماد به نفس دست یافت.

علاوه بر این ، داشتن سیستمی که قابلیت اطمینان از داده را تضمین می کند ، به دولتها امکان می دهد اطلاعات را با شهروندان به اشتراک بگذارند و ایمن کنند.

در بسیاری از مناطقی که به وسیله مقررات ، قابلیت ردیابی جامع دارایی ها در طول چرخه زندگی مورد نیاز است ، تغییرپذیری داده ها به یک چالش اساسی تبدیل می شود.

به طور مشخص ، مقررات اتحادیه اروپا (اتحادیه اروپا) به تولید کنندگان مواد غذایی نیاز دارد تا علاوه بر مقصد نهایی هریک از آنها ، مواد اولیه مورد استفاده در تهیه محصولات غذایی خود را ردیابی و شناسایی کنند.

به عنوان مثال ، در مورد یک شرکت بزرگ مواد غذایی با هزاران تأمین کننده تولید و میلیون ها مشتری ، اطلاعات باید دیجیتالی شوند و پردازش آن به صورت خودکار انجام شود تا مقررات را رعایت کنند.

یک نمونه از مقررات شدید از نظر قابلیت ردیابی ، تهیه گوشت خوک است که در بسیاری از کشورها تنظیم می شود.

در این سناریو علاوه بر ردیابی مواد اولیه مورد استفاده در خوراک خوک ها و تیمارها و مقصد نهایی گوشت خوک ، حمل حیوانات بین کارخانه ها نیز باید طبق قانون ثبت شود.

این سناریوها شرکت کنندگان زیادی را درگیر می کند که برخی از آنها هنوز به روشهای دستکاری اطلاعات غیر خودکار اعتماد دارند.

در مورد آلودگی مواد غذایی ، که در طول تاریخ مسئله مهمی برای سلامتی مردم جهان بوده است ، اطلاعاتی که از بین رفته یا یافتن آن دشوار است ، دلالت بر تأخیر در محل تمرکز مشکل دارد.

این همچنین می تواند باعث عدم اعتماد مردم نسبت به محصولات آلوده و کاهش زیادی در تقاضای آنها شود.

طبق آمار سازمان بهداشت جهانی (WHO) ، تخمین زده می شود که هر ساله حدود 600 میلیون نفر در جهان از خوردن غذای آلوده رنج می برند ، از این تعداد 420،000 نفر به همین علت می میرند [3].

بنابراین ، گمشده یا غیرقابل دسترسی بودن اطلاعات می تواند بر امنیت غذایی و سلامت مشتری تأثیر بگذارد.

در این نوع سناریو IoT پتانسیل تغییر و تحول در صنعت و جامعه و دیجیتالی کردن دانش را دارد تا بتوان آنرا در زمان واقعی جستجو و کنترل کرد.

از این فناوری می توان برای بهبود فرآیندهای فعلی در بسیاری از مناطق مانند شهرها ، صنعت ، بهداشت و حمل و نقل استفاده کرد.

اگرچه IoT می تواند دیجیتالی شدن خود اطلاعات را تسهیل کند ، اما قابلیت اطمینان چنین اطلاعاتی هنوز یک چالش اساسی است.

به این معنا ، فناوری جدیدی که به عنوان اولین رمزنگاری غیر متمرکز متولد شده است ، پتانسیل ارائه راه حل برای مسئله قابلیت اطمینان داده را دارد:

بیت کوین ، که در مکانیسم های انتقال پول متحول شده است.

cryptocurrency بیت کوین و بسیاری از انواع آن در آینده ، با یک کیف پول دیجیتالی و غیرقابل انتقال می تواند بدون داشتن اشخاص مالی و صرافی ها در سطح جهانی منتقل شود.

بیت کوین توسط پروتکل پشتیبانی می شود که زیرساخت های مسئول اطمینان از عدم تغییر اطلاعات در طول زمان را نشان می دهد.

این پروتکل به عنوان blockchain شناخته می شود.

این مورد در بسیاری از مناطق دیگر اعمال شده است ، و تغییرپذیری اطلاعات در برنامه هایی که فراتر از ارزهای رمزپایه است تضمین می شود.

Blockchain اعتماد به نفس اطلاعات را نیز متحول کرده است.

به عنوان مثال ، این فناوری در سیستم های رای گیری توسط نهادهای دولتی ، اجاره و ذخیره داده ها در بین دیگران مورد استفاده قرار گرفته است [4].

در این مقاله چالش های فعلی IoT و blockchain و مزایای احتمالی استفاده از ترکیب آنها مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

برنامه های مخرب در این زمینه علاوه بر بررسی سکوهای blockchain موجود برای رفع این چالش ها برجسته خواهد شد.

سهم اصلی مقاله:

1- بررسی فن آوری blockchain ، تجزیه و تحلیل ویژگی های منحصر به فرد و چالش های باز.

2- شناسایی و تحلیل راههای مختلف ادغام IoT و blockchain.

3- بررسی چالش ها ، مزایای احتمالی و موضوعات باز از ادغام blockchain و IoT.

4- مطالعه سیستم عاملها و برنامه های موجود blockchain-IoT.

5- ارزیابی و مقایسه عملکرد بلاکچین های مختلف در یک دستگاه IoT.

بقیه مقاله به شرح زیر سازماندهی می شوند.

بخش 2 فناوری بلاکچین را معرفی کرده و چالش های اصلی آن را تحلیل می کند.

در بخش 3 به ادغام IoT و blockchain پرداخته شده است ، و چالش هایی را كه این ادغام درگیر است ، تحلیل می كنیم.

حالت هنر در سکوهای blockchain برای برنامه های IoT و IoT-blockchain در بخش 4 ارائه شده است.

در آخر ، نتیجه گیری ها و کارهای آینده ما در بخش 5 ارائه شده است.

2-Blockchain:

مشکل اعتماد به سیستم های اطلاعاتی در شرایطی که هیچگونه تأیید و مکانیزم ممیزی ارائه نشود ، بسیار پیچیده است ، به ویژه هنگامی که مجبورند با اطلاعات حساس مانند معاملات اقتصادی با ارزهای مجازی مقابله کنند.

در همین زمینه ، ساتوشی ناکاموتو ، در سال 2008 [5] دو مفهوم بنیادی ارائه کرد که بازتاب بسیار خوبی داشته است.

اولین مورد از این بیت کوین است ، یک رمزنگاری مجازی که ارزش آن را بدون پشتیبانی از هیچ مرجع متمرکز یا نهاد مالی حفظ می کند.

در عوض ، سکه بصورت جمعی و ایمن توسط یک شبکه بازیگر غیرمتمرکز P2P که یک شبکه قابل شنیدن و قابل تأیید را تشکیل می دهد ، نگهداری می شود.

دوم مفاهیم ، که محبوبیتش حتی بیشتر از خود رمزنگاری رفته است ، blockchain است.

Blockchain مکانیزمی است که امکان تأیید معاملات توسط گروهی از بازیگران غیرقابل اطمینان را می دهد.

این دفترچه توزیع ، تغییر ناپذیر ، شفاف ، مطمئن و شنیدنی را ارائه می دهد.

با blockchain می توانید بصورت علنی و مشاوره مشورت کنید ، و به این ترتیب امکان دسترسی به همه تراکنشی که از زمان اولین معامله سیستم روی داده اند ، می باشد و در هر زمان توسط هر نهاد قابل تأیید و جمع آوری است.

پروتکل blockchain اطلاعات را در یک زنجیره بلوک ساختار می دهد ، جایی که هر بلوک مجموعه ای از معاملات بیت کوین را در یک زمان معین ذخیره می کند.

بلوک ها با مراجعه به بلوک قبلی به یکدیگر وصل می شوند و زنجیره ای را تشکیل می دهند.

برای پشتیبانی و کار با blockchain ، همسالان شبکه باید عملکردهای زیر را ارائه دهند:

مسیریابی ، ذخیره سازی ، خدمات کیف پول و معدن [6].

با توجه به کارکردهایی که ارائه می دهند ، انواع مختلف گره ها می توانند بخشی از شبکه باشند.

جدول 1 متداول ترین انواع گره در شبکه بیت کوین است.

عملکرد مسیریابی برای شرکت در شبکه P2P ضروری است ، این شامل معامله و تکثیر بلوک نیز می شود.

عملکرد ذخیره سازی وظیفه نگه داشتن یک کپی از زنجیره را در گره (کل زنجیره برای گره های کامل و تنها بخشی از آن برای گره های سبک) دارد.

خدمات کیف پول کلیدهای امنیتی ارائه می دهند که به کاربران امکان می دهد معاملات را سفارش دهند ، یعنی با Bitcoin خود کار کنند.

سرانجام کارکرد معدن با حل اثبات کار ، مسئولیت ایجاد بلوک های جدید را بر عهده دارد.

گره هایی که اثبات کار (یا معدن) را انجام می دهند به عنوان کارگران معدن شناخته می شوند و بیت کوین های تازه تولید شده و هزینه های آن را به عنوان پاداش دریافت می کنند.

مفهوم اثبات کار یکی از کلیدهای فعال کردن اجماع بی اعتماد در شبکه blockchain است.

اثبات کار شامل یک کار محاسباتی فشرده است که برای تولید بلوک لازم است.

این کار برای حل کردن باید پیچیده باشد و در عین حال پس از اتمام به راحتی قابل اثبات باشد.

هنگامی که یک معدنکار اثبات کار را تمام کرد ، بلاک جدید را در شبکه منتشر می کند و بقیه شبکه اعتبار خود را قبل از افزودن به زنجیره تأیید می کند.

از آنجا که تولید بلوک به طور هم زمان در شبکه انجام می شود ، ممکن است زنجیره بلوک به طور موقت در شاخه های مختلف (تولید شده توسط معدنچیان مختلف) چفت شود.

این اختلاف با در نظر گرفتن طولانی ترین شاخه بلوک ، مسائلی است که معتبر در نظر گرفته می شود.

این ، همراه با ماهیت فشرده فرآیند تولید بلوک ، مکانیسم جدید و اجماع اجماعی جدید و توزیع شده را فراهم می آورد.

بسیار سخت است که یک مهاجم مخرب بتواند یک بلوک را تغییر داده و زنجیره بلوک را تغییر دهد زیرا بقیه معدنچیان مورد اعتماد در روند تولید بلوک از مهاجمین پیشی می گیرند و بنابراین شاخه مورد اعتماد بلوک های موجود را توسط مهاجم بی اعتبار می کند.

از نظر فنی ، برای اینکه یک بلوک دستکاری شده با موفقیت به زنجیره اضافه شود ، لازم است اثبات کار را سریعتر از بقیه شبکه حل کنید ، که از نظر محاسباتی بسیار گران است - نیاز به کنترل حداقل 51 دارد. ٪ از منابع محاسباتی در شبکه.

با توجه به ظرفیت محاسباتی زیادی که برای تغییر blockchain لازم است ، فساد بلوک های آن عملاً غیرممکن است.

این بدان معناست که ، حتی اگر شرکت کنندگان کاملاً صادقانه در مورد استفاده از بیت کوین نباشند ، تا زمانی که بیشتر شبکه توسط شرکت کنندگان صادق تشکیل شود ، همیشه اتفاق نظر در شبکه اتفاق می افتد.

راه حل ارائه شده توسط ناکاموتو یک انقلاب بزرگ در قابلیت اطمینان بازیگران غیر قابل اعتماد در سیستم های غیرمتمرکز بود.

جزئیات بیشتر در مورد معماری blockchain را می توان در [5،7] یافت.

Blockchain همچنین فناوری ای را ارائه داده است که در آن می توان مفهوم قرارداد هوشمند را تحقق بخشید.

به طور کلی ، یک قرارداد هوشمند به پروتکل های رایانه ای یا برنامه هایی که اجازه می دهند یک قرارداد بطور خودکار با در نظر گرفتن مجموعه ای از شرایط از پیش تعریف شده ، اجرا یا اجرا شوند ، اشاره دارد.

به عنوان مثال ، قراردادهای هوشمند منطق کاربرد را تعریف می کنند که هر زمان معامله ای در مبادله رمزنگاری صورت می گیرد ، اجرا می شود.

در قراردادهای هوشمند ، کارکردها و شرایط را می توان فراتر از مبادله ارزهای رمزپایه ، مانند اعتبار سنجی دارایی ها در محدوده معینی از معاملات با عناصر غیرپولی تعریف کرد ، که باعث می شود آن را به یک مؤلفه عالی برای گسترش فناوری blockchain به مناطق دیگر تبدیل کند.

اتریوم [8] یکی از کانونهای پیشگام بود که شامل قراردادهای هوشمند بود.

امروزه قراردادهای هوشمند در اکثر موارد پیاده سازی blockchain مانند Hyperledger [9] گنجانده شده است ، یک blockchain برای شرکتهایی طراحی شده است که اجازه می دهد تا قطعات با توجه به نیاز کاربران (قراردادهای هوشمند ، خدمات یا مشاوره در بین دیگران) مستقر شوند. پشتیبانی از شرکتهای بزرگی مانند IBM ، JP Morgan ، Intel و BBVA.

همه اینها به گسترش فن آوری blockchain به تعداد زیادی از مناطق که به ویژگی های ارائه شده توسط این فناوری نیاز دارند کمک کرده است:

قابلیت اطمینان ، تغییر ناپذیری و قابلیت پاسخگویی.

در واقع ، blockchain در حال حاضر با بیش از 1 مورد یکی از برترین مباحث تحقیقاتی اخیر است.

4 میلیارد دلار براساس PwC تنها در 9 ماه اول سال 2016 توسط استارتاپ ها سرمایه گذاری شده است [10].

2-1- چالش ها:

اگرچه ایده اصلی blockchain ساده است ، اما اجرای آن چالش های زیادی را ایجاد می کند.

در این بخش موارد اصلی معرفی شده در استفاده از آن ارائه شده است.

2-1-1- ظرفیت ذخیره سازی و مقیاس پذیری:

ظرفیت ذخیره سازی و مقیاس پذیری عمیقا در blockchain مورد سوال قرار گرفته است.

در این فن آوری ، زنجیره همیشه در حال رشد است ، با سرعت 1MB در هر بلوک در هر 10 دقیقه در بیت کوین ، و نسخه های ذخیره شده در بین گره ها در شبکه وجود دارد.

اگرچه فقط گره های کامل (گره ای که بتواند معاملات و بلاک ها را به طور کامل تأیید کند) زنجیره ای کامل را ذخیره می کند ، مورد نیاز ذخیره سازی قابل توجه است.

با بزرگ شدن اندازه ، گره ها به منابع بیشتری نیاز دارند ، بنابراین باعث کاهش مقیاس ظرفیت سیستم می شوند.

بعلاوه ، یک زنجیره بزرگ دارای اثرات منفی بر عملکرد است ، به عنوان مثال ، زمان همگام سازی را برای کاربران جدید افزایش می دهد.

اعتبارسنجی معامله یک جزء اصلی پروتکل اجماع توزیع شده است زیرا انتظار می رود گره های موجود در شبکه blockchain هر معامله از هر بلوک را تأیید کنند.

تعداد معاملات در یک بلوک و زمان بین بلوک ها ، قدرت محاسباتی مورد نیاز را تعدیل می کند و این تأثیر مستقیمی بر زمان تأیید معاملات دارد.

از این رو ، پروتکل اجماع تأثیر مستقیمی در مقیاس پذیری شبکه های blockchain دارد.

با در نظر گرفتن مدل اعتماد بیت کوین و محدودیت های مقیاس پذیری آن ، Bitcoin-NG [11] یک پروتکل جدید تحمل زیستی بیزانس را پیشنهاد می کند که باعث تأخیر اجماع با توجه به بیت کوین می شود.

Litecoin [12] از نظر فنی با بیت کوین یکسان است ، اما به لطف کاهش زمان تولید بلوک و اثبات کار ، از زمان تأیید معامله سریعتر و بهره وری ذخیره سازی بهتر ، که مبتنی بر scrypt است ، یک عملکرد مشتق کلیدی مبتنی بر رمزعبور مبتنی بر حافظه است. .

GHOST [13] در نظر گرفته شده است تا با تغییر قانون انتخاب زنجیره خود ، مقیاس پذیری بیت کوین را بهبود بخشد.

راه حل های خارج از زنجیره [14] برای انجام معاملات خارج از زنجیره در نظر گرفته شده اند و پهنای باند را همزمان با افزایش احتمال از دست دادن داده ها افزایش می دهند.

پیشنهاد دیگر پیشنهاد می کند تاخیر انتشار [15] در پروتکل بیت کوین کاهش یابد ، اما می تواند امنیت شبکه را به خطر بیاندازد.

BigchainDB [16] به جای افزایش قابلیت مقیاس پذیری در blockchain ، ویژگی های blockchain را به یک پایگاه داده بزرگ توزیع داده اضافه می کند.

BigchainDB ویژگیهای توان بالا و زمان تاخیر کم داده های بزرگ داده های توزیع شده را با تغییر ناپذیری و سیستم غیر متمرکز blockchain ترکیب می کند.

تحول مهم دیگر سیستم پرونده بین سیاره ای (IPFS) [17] است.

IPFS پروتکل طراحی شده برای ذخیره فایلهای غیرمتمرکز و اشتراکی است که به یک سیستم فایل توزیع شده P2P امکان می دهد تا وب ایمن تر ، سریعتر و بازتر شود.

IPFS در نظر گرفته شده است که همزمان با حذف تکثیر و پیگیری تاریخچه نسخه برای هر پرونده ، بازده وب را افزایش می دهد.

2-1-2- امنیت:

نقاط ضعف و تهدید:

پروتکل بیت کوین کاملاً مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است [18] ، و آسیب پذیری های مختلف و تهدیدهای امنیتی کشف شده است.

شایع ترین حمله ، حمله 51٪ یا حمله اکثریت است [19].

این حمله می تواند در صورتی رخ دهد که یک شرکت کننده blockchain قادر به کنترل بیش از 51٪ از قدرت معدن باشد.

در این شرایط او می تواند اجماع را در شبکه کنترل کند.

رونق و پیشرفت سریع استخرهای معدن (با GHash.

io4 به طور موقت با رسیدن به 51٪ از قدرت معدن بیت کوین در سال 2014) احتمال وقوع این حمله را افزایش داده است که به نوبه خود می تواند یکپارچگی بیت کوین را به خطر اندازد.

علاوه بر این ، نویسندگان در [20] در مورد امکان دستیابی به اکثر قدرت معدن از طریق رشوه دادن بحث می کنند.

انگیزه استخراج انفرادی یا معدن P2P می تواند به رفع این مشکل کمک کند.

بسیاری دیگر از سازوکارهای اجماع پیشنهادی برای بلاکچینها نیز مستعد حملات اکثریت هستند ، به ویژه مواردی که اجماع را در بین تعداد محدودی از کاربران متمرکز می کند.

حمله دو برابری شامل صرف دو برابر یک سکه است [21].

در بیت کوین ، معامله فقط باید مورد تأیید قرار گیرد پس از آنکه بلوکی که معامله در آن قرار دارد ، عمق خاصی در blockchain داشته باشد ، معمولاً 5 یا 6.

این به طور متوسط ​​بین 20 تا 40 دقیقه طول می کشد [22].

در زمان تأیید واریانس زیادی وجود دارد زیرا این امر به عوامل زیادی بستگی دارد.

در سناریوهای پرداخت سریع ، معامله گر نمی تواند این انتظار را داشته باشد.

بنابراین ، در این سناریوها ، حملات دو برابری همچنان امکان پذیر است.

به همین ترتیب ، حملات نژادی می توانند در این سناریوها کار کنند.

برای انجام این حمله کاربر یک معامله را مستقیماً به بازرگان می فرستد ، که خیلی سریع معامله را قبول می کند.

سپس کاربر چندین معاملات متناقض را به شبکه ارسال می کند و سکه های پرداخت را به خودش منتقل می کند.

معامله دوم احتمالاً تأیید می شود و بازرگان تقلب می شود.

به همین ترتیب ، حمله فینی [23] یک هزینه مضاعف پیشرفته تر است ، زیرا به مشارکت یک معدنچی نیاز دارد.

حملات شناخته شده Denial of Service (DoS) ، Man in the Middle (MitM) یا Sybil همچنین می توانند مانع عملکرد شبکه شوند.

بیشتر پروتکل های P2P و زیرساخت های IoT در برابر این نوع حملات آسیب پذیر هستند ، زیرا به ارتباطات متکی هستند.

در حمله گرفتگی [24] ، مهاجمان می توانند اتصالات یک گره را انحصار دهند و آن را از بقیه شبکه جدا کنند و نمای شبکه را برای این گره تغییر دهند.

به روزرسانی های کد و بهینه سازی در شبکه های blockchain معمولاً توسط بخشی از جامعه cryptocurrency پشتیبانی می شوند و برای بهبود پروتکل های اساسی آنها در نظر گرفته شده اند.

این پیشرفت ها در اصطلاحات بلاکچین به عنوان چنگال های نرم و سخت شناخته می شوند.

از یک طرف ، چنگال های نرم یک بروزرسانی پروتکل نرم افزاری را ارائه می دهند که سازگاری عقب با بلوک های قبلی را تشخیص می دهد.

این امر نیاز به ارتقاء اکثر معدنچیان به نرم افزار جدید دارد.

با این حال ، قابلیت های ارتقا یافته نیز توسط اکثر گره ها مطابق با قوانین قدیمی قابل رد هستند.

از طرف دیگر ، چنگال های سخت یک تغییر اساسی در پروتکل ایجاد می کنند ، بدون سازگاری با بلوک ها و معاملات قبلی.

در نتیجه ، همه گره ها باید به جدیدترین نسخه بروزرسانی شوند و گره هایی با نسخه های قدیمی تر دیگر پذیرفته نخواهند شد.

وقتی یک چنگال سخت اتفاق می افتد ، جامعه می تواند تقسیم شود و در نتیجه دو چنگال مختلف شبکه ایجاد می شود.

چنگال های سخت نیز می توانند در صورت عدم اجماع کافی مانند SegWit2x فسخ شوند [25].

نمونه های قابل ذکر در مورد این تقسیم عبارتند از اتریوم و اتریوم کلاسیک. و بیت کوین ، بیت کوین نقدی و بیت کوین طلای.

چنگال های سخت ذکر شده همزمان با شبکه های اصلی پیشرفت کرده اند و امروزه آنها با یکدیگر در حال رقابت هستند.

گره ها و کاربران باید در مورد نسخه تصمیم بگیرند و استمرار چنگال به این تصمیمات بستگی دارد.

از این رو ، چنگال ها ، به ویژه سخت افزارها ، می توانند جامعه را به دو کلکسیون کاملاً متفاوت تقسیم کنند و این می تواند خطری برای کاربران blockchain باشد.

یک مشکل رایج ارزهای مجازی ، فراتر از بحث و جدال پیرامون ارزش واقعی آنها ، مشکل از دست دادن سکه است.

اگر کلید کیف پول فراموش شود ، مکانیسمی برای کار با این سکه ها وجود ندارد.

تخمین زده می شود که 30٪ بیت کوین ها از بین می روند.

سرانجام ، محاسبات کوانتومی می تواند تهدیدی برای بیت کوین تلقی شود ، زیرا قدرت محاسباتی این رایانه ها می تواند امنیت امضاهای دیجیتالی را خراب کند.

علاوه بر این ، فناوری با گذشت زمان پیشرفت می کند و هر روز اشکالات و نقض امنیتی جدیدی کشف می شود.

این پیشرفت ها و باگ ها می توانند blockchain های عمومی را با داده های رمزگذاری شده سازگار سازند زیرا داده های blockchain تغییر ناپذیر است.

2-1-3- ناشناس بودن و حفظ حریم خصوصی داده ها:

حریم خصوصی در پروتکل بیت کوین با طراحی اعمال نمی شود.

ویژگی اصلی بیت کوین شفافیت آن است.

در blockchain ، هر معامله را می توان از اولین معامله سیستم بررسی کرد ، حسابرسی و ردیابی کرد.

در واقع این یک سطح شفافیت جدید ناشناخته است که بدون شک به اعتماد سازی کمک می کند.

با این وجود این شفافیت تأثیر مهمی در حفظ حریم خصوصی دارد ، حتی اگر هیچ ارتباط مستقیمی بین کیف پول و افراد وجود نداشته باشد ، به نظر می رسد ناشناس بودن کاربر با وجود مکانیسم هایی که بیت کوین از قبیل نام مستعار و استفاده از چند کیف پول ارائه می دهد به خطر می افتد.

به این معنا ، تلاش شده است تا ویژگی های ناشناس ماندن در بیت کوین ارائه شود.

از طرف دیگر نه تنها ارزهای مجازی باز بلکه بسیاری از برنامه های مبتنی بر فناوری blockchain عمومی نیاز به سطح بالاتری از حریم خصوصی در زنجیره دارند ، به ویژه آنهایی که با داده های حساس سروکار دارند.

تلاشهای رایج برای برطرف کردن مشکل ناشناس ماندن در بیت کوین عبارتند از: Zerocash [26] و Zerocoin [27] که پیشنهاد می کند که پسوندهای بیت کوین معاملات کاملاً ناشناس داشته باشند ، مخفی کننده فرستنده ، گیرنده و اطلاعات خود را.

مونرو [28] از حلقه ای از امضاها برای ایجاد معاملات غیرقابل استفاده استفاده می کند ، به طوری که نمی توان آنها را به راحتی در اختیار هر شخص یا رایانه ای قرار داد.

به همین ترتیب ، سرویس های مخلوط تراکنش یا دست اندرکاران ارائه شده توسط بیت کوین مه [29] و بیت رختشویی می توانند ناشناس بودن را افزایش دهند.

این خدمات معاملات را به پرداختهای کوچکتر تقسیم می کنند و آنها را برای جلوگیری از معاملات برای هزینه ، برنامه ریزی می کنند.

با این حال گفته می شود این نوع خدمات مستعد ابتلا به سرقت هستند.

به همین ترتیب ، رویکرد اختلاط سکه ، که ابتدا در CoinJoin ارائه شده است [30] به ناشناس ماندن بیت کوین کمک می کند.

ایده این است که کاربران درمورد پرداخت های مشترک به توافق برسند ، به طوری که دیگر نمی توان فرض کرد که ورودی های معاملات از همان کیف پول است.

با این حال مذاکرات قبلی مورد نیاز بین کاربران ، که به طور معمول با اختلاط سرورها انجام می شود ، بسته به اجرای آن ممکن است ناشناس بودن مورد نیاز را نداشته باشد.

بعداً ، این رویکرد از Dark Wallet [31] الهام گرفت ، افزونه مرورگری که اجازه می دهد تا معاملات بیت کوین کاملاً خصوصی ناشناس باشد. Dash [32] ، به عنوان اولین رمزنگاری مشهور است که بر ناشناس ماندن و حفظ حریم خصوصی متمرکز شده است. MixCoin [33] ، که می افزاید مکانیسم های پاسخگویی رمزنگاری و هزینه های اختلاط تصادفی برای افزایش امنیت. CoinShuffle [34] که پیشنهادی برای افزایش امنیت CoinJoin ارائه می دهد. CoinSwap [35] که یک مکانیزم چهار معاملات را مبتنی بر درج واسطه هایی که سکه دریافت می کنند و پرداخت را با سکه های بدون اتصال ارائه می دهند ، پیشنهاد می کند. و Blindcoin [36] که ناشناس بودن سرور اختلاط را افزایش می دهد.

به طور کلی ، این تلاش ها برای افزایش ناشناس ماندن در بیت کوین به طور معمول ایده حفظ بیت کوین تنظیم نشده را در آغوش می گیرد و به همین دلیل معمولاً متهم به تشویق فعالیت های غیرقانونی مانند دستیابی به محصولات غیرقانونی در Darknet یا پولشویی می شوند.

به منظور افزایش حریم خصوصی ، داده های موجود در blockchain می توانند رمزگذاری شوند.

هاوک [37] معاملات رمزگذاری شده را ذخیره می کند.

کامپایلر هاوک مسئولیت ترجمه کد عمومی را که توسط برنامه نویسان نوشته شده است به اولیه رمزنگاری شده است که ناشناس بودن اطلاعات را در معاملات امکان پذیر می کند.

پروژه انیگما [38] علاوه بر رمزگذاری ، داده ها را در تکه های غیرقابل تشخیص می کند و آنها را از طریق شبکه توزیع می کند ، به گونه ای که هیچ گره ای هرگز به داده ها دسترسی ندارد.

از آن استفاده می کند از جدول غیر قابل توزیع غیر زنجیره ای توزیع شده (DHT) از طریق زنجیره ای برای ذخیره منابع داده.

مشکل حریم خصوصی در کلکسیون های خصوصی می تواند به صورت متفاوتی برطرف شود ، زیرا با تعریف آنها باید مکانیسم های تأیید اعتبار و مجوز ارائه شود.

با این حال ، حتی در داخل یک blockchain خصوصی ، شرکت کنندگان می خواهند حریم خصوصی داده های خود را حفظ کنند.

بعنوان مثال ، Quorum [39] یک blockchain مجاز به خصوصی مبتنی بر اتریوم است که از رمزنگاری برای محدود کردن دید داده های حساس و تقسیم بندی برای افزایش حریم شخصی داده ها استفاده می کند.

Multichain [40] مجوزهای کاربر را برای محدود كردن دید و معرفی كنترل هایی كه معاملات مجاز است و كاربران می توانند از طریق معدن استفاده كنند ، ادغام می كند.

Rockchain [41] همچنین مبتنی بر اتریوم است و از رویکرد محور داده ای پیروی می کند ، جایی که محاسبات عمومی بر روی داده های خصوصی قابل انجام است ، می توان نتایج انباشتی با حفظ حریم خصوصی داده ها بدست آورد.

این روش یک سیستم پرونده توزیع شده را ارائه می دهد که به کاربران امکان می دهد حریم خصوصی داده ها را از طریق قراردادهای هوشمند در اتریوم مدیریت کنند.

Hyperledger Fabric [9] یک دفترچه توزیع شده و مقیاس پذیر را در محیط های سازمانی ارائه می دهد.

برای تهیه شبکه های blockchain با کنترل حریم خصوصی ، Hyperledger Fabric یک سرویس کنترل هویت و لیست های کنترل دسترسی را از طریق کانال های خصوصی فراهم می کند که در آن کاربران می توانند دسترسی به اطلاعات مشترک خود را در شبکه کنترل و محدود کنند.

با تشکر از این مکانیسم ، اعضای شبکه از طریق هویت عمومی خود یکدیگر را می شناسند ، اما لازم نیست اطلاعاتی را که در شبکه به اشتراک گذاشته شده است بدانند.

روش دیگر برای مقابله با حریم خصوصی داده ها ، ذخیره داده های حساس در خارج از زنجیره است که معمولاً به عنوان راه حل خارج زنجیره ای نامیده می شود [42].

این نوع راه حل از سیستمهایی که مقادیر زیادی از داده ها را مدیریت می کنند ، پشتیبانی می کند ، زیرا ذخیره آنها در داخل بلاکچین غیر عملی است.

علاوه بر این ، آنها به ویژه برای سیستم هایی که با داده های بسیار حساس سروکار دارند که باید کنترل دسترسی محکم تری داشته باشند ، مانند برنامه های مراقبت های بهداشتی ، مناسب هستند.

از این طریق می توان از blockchain عمومی برای ذخیره داده های لنگر استفاده کرد ، بنابراین اثبات تأیید صحت و تمبرهای زمانی داده ها در دسترس است.

کاربران می توانند با تکیه بر مسئولین ، فقط با چک کردن blockchain ، داده ها را تأیید کنند و داده ها با اطمینان در بیرون ذخیره می شوند.

بدیهی است که این منابع خارج از زنجیره ای باید تحمل پذیر باشند و نباید تنگناها یا نقاط شکست را معرفی کنند.

در [43] نویسندگان استفاده از Kademlia ، یک DHT مشهور را برای ذخیره اطلاعات ، دسترسی به جفت های کلیدی (هویت کاربر و مجوزها) برای دسترسی ، کنترل و ذخیره داده ها پیشنهاد می کنند.

در [44] یک نشانگر و هشی برای اعتبارسنجی داده های به دست آمده در زنجیره ذخیره می شوند.

به این ترتیب داده های موجود در زنجیره به داده های خصوصی پیوند دارند و هش مکانیزمی است که تأیید می کند که اطلاعات بدست آمده تغییر نکرده است.

مکانیسم های کنترل دسترسی برای منابع خارج از زنجیره فراهم شده است تا اطمینان حاصل شود که فقط طرف های مجاز قادر به دسترسی به اطلاعات هستند.

بنابراین می توان اطلاعات را از منابع خارجی به روشی مطمئن و تأیید شده با blockchain بدست آورد.

2-1-4- قراردادهای هوشمند:

در سال 1993 ، نیک سازو قرارداد هوشمند را به عنوان "پروتکل معاملات رایانه ای که شرایط یک قرارداد را اجرا می کند" تعریف کرد.

یکی از ویژگی های مهم یک قرارداد هوشمند این است که راهی برای اجرای یا اجرای خود بندهای قرارداد دارد.

تا زمان ظهور فناوری blockchain ، این از نظر فناوری غیرقابل توصیف بود.

معلوم شد Blockchain به فناوری ایده آل برای پشتیبانی از قراردادهای هوشمند تبدیل شده است.

علاوه بر این ، قراردادهای هوشمند نقش مهمی در حرکت blockchain داشته اند ، علاوه بر این ، این اتصال منجر به نسل دوم blockchain ها ، که معمولاً با نام Blockchain 2.0 شناخته می شوند ، شده است.

ترکیبی از قراردادهای اجرا شده به صورت خودکار در یک محیط قابل اعتماد و بدون کنترل متمرکز نویدبخش تغییر شیوه انجام فعالیت فعلی است.

اصولا کد قرارداد هوشمند در بلاکچین ذخیره می شود و هر قرارداد توسط یک آدرس منحصر به فرد مشخص می شود و برای اینکه کاربران با آن کار کنند فقط یک تراکنش به این آدرس ارسال می کنند.

اجرای صحیح قرارداد توسط پروتکل اجماع blockchain اجرا می شود.

قراردادهای هوشمند مجموعه ای از مزایایی مانند کاهش هزینه ، سرعت ، دقت ، کارآیی و شفافیت را ایجاد می کنند که باعث ظهور بسیاری از برنامه های جدید در زمینه های مختلف شده است.

اگرچه بیت کوین یک زبان برنامه نویسی اساسی را ارائه می دهد ، اما به نظر می رسد ناکافی باشد ، که منجر به ظهور سیستم عامل های جدید blockchain با قابلیت قرارداد یکپارچه هوشمند شده است.

برجسته ترین پلت فرم قراردادهای هوشمند blockchain Ethereum است [8].

Ethereum یک blockchain با یک زبان برنامه نویسی Turingcomplete داخلی است که امکان تعریف قراردادهای هوشمند و برنامه های غیر متمرکز را فراهم می آورد.

کد مربوط به قراردادهای اتریوم به زبان "کد ماشین مجازی Ethereum" ، یک زبان رمز عبور سطح پایین و مبتنی بر پشته نوشته شده است.

غالباً ، قراردادهای هوشمند مالی نیاز به دسترسی به داده های مربوط به ایالات و رویدادهای دنیای واقعی دارند.

این داده ها توسط به اصطلاح اوراکل تهیه شده است.

این موجودات برای یکپارچه سازی موفقیت آمیز قراردادهای هوشمند در دنیای واقعی بسیار مهم هستند ، اما آنها همچنین پیچیدگی بیشتری را ایجاد می کنند ، زیرا باید تأیید اعتبار ، امنیت و اعتماد به اوراکل ارائه شود [45].

مزایای قراردادهای هوشمند بدون هزینه نمی آیند ، زیرا در برابر حملات [46-48] آسیب پذیر هستند که چالش های هیجان انگیز جدیدی را به همراه می آورد.

واگذاری اجرای قرارداد برای رایانه ها مشکلاتی را با خود به همراه می آورد ، زیرا آنها را در برابر مسائل فنی از قبیل هک کردن ، اشکالات ، ویروس ها یا خرابی های ارتباطی آسیب پذیر می کند.

اشکالات در کدگذاری قرارداد به دلیل ماهیت غیرقابل برگشت و غیرقابل تغییر سیستم بسیار مهم است.

مکانیسم های تأیید و تضمین عملکرد صحیح قراردادهای هوشمند برای بکارگیری گسترده و ایمنی توسط مشتری و ارائه دهندگان لازم است.

اعتبار رسمی منطق قرارداد و صحت آن مناطقی از تحقیقات است که انتظار می رود در سالهای آتی کمک های مالی انجام شود [49].

علاوه بر این ، قراردادهای زندگی واقعی معمولاً دارای بندهایی یا شرایطی هستند که قابل تعیین نیستند.

به این معنا ، هنوز باید کارهای زیادی انجام شود تا بتوان شرایط قراردادها را در قراردادهای هوشمند الگوبرداری کرد ، به گونه ای که برای یک دستگاه برای اجرای آنها نماینده و قابل اندازه گیری هستند.

علاوه بر این ، تلاش برای ارائه ابزارهایی برای کاربران که بتوانند قراردادهای هوشمند را مشخص و درک کنند ، لازم است [50].

2-1-5- موضوعات حقوقی:

عدم وجود مركز مركزی ، موجودیت ذكر نشده و به همین دلیل كاهش سانسور در بیت کوین یك ویژگی جذاب و در عین حال خطرناک است.

کاربران بیت کوین معمولاً متهم هستند که از شبکه برای مقاصد کلاهبرداری استفاده می کنند و از این رو این فناوری مشکوک به ارتقاء یا تسهیل رفتار غیرقانونی است.

بیت کوین ، به عنوان اولین رمزنگاری غیرمتمرکز ، اختلاف نظرهای زیادی را ایجاد کرده است [51].

از یک سو ، با توجه به ارزش آن ، برخی از کارشناسان ادعا می کنند که این یک کلاهبرداری است [52] و این که کاملاً فروپاشی خواهد شد [53] ، در حالی که در همان زمان دیگران تخمین می زنند که ارزش آن در 10 سال به 100.000 دلار خواهد رسید [54] ]

بانک مرکزی اروپا در مورد خطر نوسانات خود هشدار داده است اما همچنین پتانسیل خود را به عنوان یک نوآوری مالی پذیرفته است [55].

با این حال ، با توجه به عدم حاکمیت ، بسیاری از کشورها در تلاش برای تنظیم استفاده از ارزهای مجازی ، قوانین جدیدی را تدوین می کنند (نقشه ای از وضعیت تنظیم بیت کوین در [56] موجود است).

این وضعیت عدم اطمینان بسیاری ایجاد می کند و به نظر می رسد دلیل سقوط اخیر آن [57].

بانک ها و دولت ها گفته اند که آیا ارز مناقصه قانونی می شود یا خیر.

پیامدهای حقوقی در زمینه ارزها یک نگرانی مهم است ، زیرا آنها می توانند به طور مستقیم و منفی بر برنامه های blockchain بر اساس آن ارز تأثیر بگذارند.

اخیراً بسیاری از برنامه های خصوصی و مجاز blockchain ظاهر شده اند.

اینها بلاکچین هایی هستند که به یک همسال یا از پیش تعریف شده از همسالان مجوز نوشتن می دهند.

این می تواند مزایای استفاده از مکانیسم های تأیید اعتبار و تأیید اعتبار ، به عنوان مثال بازیابی کلید یا بازخرید معامله را به همراه داشته باشد ، همچنین می تواند به ساده کردن مشکل حفظ حریم خصوصی و کاهش تأخیر معاملات کمک کند.

در حقیقت ، فرصتهای جالبی در زمینه پوشش بیمه ای برای بیت کوین بوجود آمده است که اگر مسئولان این مسئولیت را بر عهده بگیرند ، دیگر لازم نیست.

تهدید استخرهای معدن کنترل این شبکه ، همراه با سایر آسیب پذیریها ، از توسعه چنین صندوق های زنجیره ای حمایت می کند ، و دولت ها بدیهی است که در بسیاری از برنامه ها علاقه مند به استفاده منظم و کنترل شده از این فناوری هستند.

با این حال ، این بدان معنی است که شبکه قابل اعتماد به یک شبکه اعتماد شخص ثالث رجعت خواهد کرد و بخشی از ذات خود را از دست می دهد.

علاوه بر این ، اگر راه حل ها شامل اشخاص متمرکز شود ، می تواند به صورت بالقوه تنگناها ایجاد کند.

ویژگی های این بلاکچین ها به ویژگی های پایگاه داده های توزیع شده نزدیک تر است.

از طرف دیگر ، کلید افزایش اعتماد به نفس بیشتر در این فناوری می تواند دخالت دولت ها و / یا کنسرسیوم های بزرگ شرکت ها در توسعه آنها باشد.

ابتکار عمل در این جهت مفید خواهد بود [58،59].

در حال حاضر ، اطلاعات شخصی بین نهادهای مختلف توزیع می شود:

دولت ، دانشگاه ها ، شرکت ها و غیره.

این اطلاعات در بسیاری از نهادها پخش شده است و دسترسی به آن زمان بر است ، حتی اگر نهادهای گفته شده به همان مرجع مثلاً دولت پاسخ دهند.

این امر منجر به ایجاد موانع در دسترسی به اطلاعات علاوه بر عدم وجود یک سرویس قابل اعتماد و تضمین کننده اطلاعات می شود.

یک سرویس هویت معتبر و جهانی با اطلاعات مربوط به هر فرد در حال حاضر مختل کننده است.

با این وجود ، هر کشور قوانین و مقررات خاص خود را دارد.

ابتکاراتی مانند Alastria [60] هدف این است که چندین نهاد را در ایجاد یک صندوق تنظیم ملی تنظیم کند ، از دفتر اسناد رسمی تا دانشگاه ها و شرکت های خصوصی.

آنها قصد دارند یک کیف پول عمومی و قانونی برای هر شخص فعال کنند.

شرکتها همچنین می توانند بخشی از شبکه باشند.

بنابراین ، هر کیف پول شخصی می تواند یک اثبات دیجیتالی از دارایی ها باشد ، شرکت هایی که در آن کار کرده است ، مدرک دانشگاهی و غیره.

این اطلاعات می تواند به صورت قانونی و قابل اعتماد برای بسیاری از خدمات استفاده شود.

به عنوان مثال ، در صورت مصاحبه شغلی ، نامزدها می توانند مدارك دانشگاهی خود و اطلاعات مربوط به تجربه كار را با مصاحبه كنندگان به اشتراک بگذارند.

این اطلاعات با تعریف معتبر و قابل تأیید است.

این ابتکارات کلید اصلی گسترش blockchain در داخل مؤسسات دولتی است و اولین گام برای ایجاد یک چارچوب مشترک و نظارتی برای سیستمهای blockchain.

علاوه بر این ، این امر همچنین می تواند معاملات اداری جمعیت را برای دستیابی به اطلاعات آنها ، انتقال اطلاعات بین کشورها ، کاهش اطلاعات فاسد و یکپارچه سازی یکپارچه بین جمعیت ، شرکت ها ، دولت و دانشگاه ها تسهیل کند.

با این حال ، این همچنین راهی آسان برای به دست آوردن اطلاعات بسیار خصوصی ایجاد می کند ، بنابراین حریم خصوصی و امنیت در نظر گرفته شده در بقیه مقاله لزوماً باید با این ابتکارات دست به دست هم دهند.

2-1-6- اجماع:

مکانیسم های اجماع [61-63] مسئول یکپارچگی اطلاعات موجود در blockchain هستند ، در حالی که در برابر حملات دو خرج دفاع می کنند ، و بنابراین بخش مهمی از فناوری blockchain هستند.

هدف نهایی دستیابی به اجماع در یک شبکه توزیع شده بدون مقامات مرکزی و با شرکت کنندگان است که لزوماً به یکدیگر اعتماد ندارند.

اجماع مبتنی بر اثبات کار (PoW) ، که تاکنون در بیت کوین با موفقیت کار کرده است ، معدنچیان را مجبور می کند تا یک کار ساده و به راحتی قابل تأمل محاسبه کرده و به منظور ایجاد یک بلوک جدید ، حل کنند.

پس از حل ، راه حل منتشر می شود و بلوک جدید به زنجیره اضافه می شود.

بلوک جدید در شبکه پخش شده است و بقیه شرکت کنندگان آن را تأیید کرده و آن را در نسخه محلی محلی خود قرار می دهند.

این روند می تواند همزمان در قسمت های مختلف شبکه اتفاق بیفتد.

به همین دلیل این زنجیره در حقیقت یک درخت است.

چندین شعبه معتبر وجود دارد که همزمان در شبکه blockchain وجود دارد.

وقتی همسالان یک بلوک جدید را انتخاب می کنند ، آنها همچنین باید بررسی کنند که شاخه یکی از بیشترین کار (مشکل) است ، یعنی طولانی ترین زنجیره ای که فرض می شود معتبر است.

این اجازه می دهد تا اجماع به سرعت حاصل شود.

مهمترین مسئله این است که PoW باعث می شود بیت کوین به مصرف انرژی وابسته باشد.

حمله فوق الذکر 51٪ حمله احتمالی به پروتکل بیت کوین است.

علاوه بر این ، مشوقها در PoW به طور غیر منتظره ای باعث تقویت تمرکز می شوند زیرا تکثیر استخرهای معدن تأیید می شود.

این همراه با کاهش نعناع ، کاهش پاداش و افزایش هزینه می تواند سیستم را در آینده به خطر بیاندازد.

مطمئناً ، PoW دارای اشکالاتی نظیر تأخیر زیاد ، نرخ معاملات پایین و هزینه بالای انرژی است که این امر را برای بسیاری از کاربردها نامناسب می کند.

همانطور که گفته شد ، تأخیر یا فرکانس بلوک 10 دقیقه ممکن است در بسیاری از حالات غیر عملی باشد.

با وجود این ، برخی سیستم عامل ها از PoW مانند NameCoin ، LiteCoin ، Ethereum ، DogeCoin و Monero استفاده کرده یا از آن استفاده کرده اند.

به عنوان مثال Primecoin با ارائه کارهای مفید محاسباتی مفید مانند جستجوی شماره های اصلی که می توانند برنامه های کاربردی داشته باشند ، اتلاف انرژی را کاهش می دهد.

جای تعجب نیست که اخیراً بسیاری از تلاش ها برای تغییر PoW مطرح شده است ، احتمالاً کمبود پیچیدگی این تغییر را دست کم می گیرند ، با این وجود مشخص نیست که آیا آنها خصوصیات امنیتی را با روشی مشابه PoW در معرض دید قرار می دهند.

محبوب ترین روش جایگزین برای اجماع در blockchain ، اثبات Stake (PoS) است.

براساس این واقعیت است که آن دسته از کاربرانی که صاحب سکه های بیشتری هستند ، بیشتر به بقا و عملکرد صحیح سیستم علاقه مند هستند و از این رو مناسب ترین ها برای انجام مسئولیت حفاظت از سیستم هستند.

اساساً ، ایده استفاده از PoS انتقال هزینه های فرصت از خارج از سیستم به داخل سیستم است.

این الگوریتم به طور تصادفی کاربر مسئول ایجاد هر بلوک را بر اساس تعداد سکه های مورد نظر خود تعیین می کند.

یک انتقاد رایج این است که این رویکرد انگیزه ای برای ایجاد رأی ندادن به گره ها بر روی بلوک صحیح ایجاد نمی کند (معروف به مسئله هیچ مشکلی نیست).

علاوه بر این ، منفی است به این معنا که باعث غنی سازی ثروتمندان می شود.

PoS در ابتدا توسط Peercoin و بعداً در Nextcoin ، Nxt [65] ، کراو و اتریوم مورد استفاده قرار گرفت.

نوعی از PoS Delegate PoS (DPoS) BitShares ، Monax ، Lisk یا Tendermint است.

در BitShares [66] ، تعدادی از شاهدان منتخب امضاها و تمبرهای معاملات را با درج قرار دادن آنها در بلوک ها تأیید می کنند.

انتخابات با رای گیری انجام می شود و هر بار که شاهد با موفقیت بلوکی را ایجاد می کند پاداش می گیرد.

این روش به نمایندگان امکان می دهد تاخیر بلوک ، اندازه بلوک را تنظیم کرده و معاملات را فقط در یک ثانیه تأیید کنند.

Leamed Proof of Stake (LPoS) به کاربران اجازه می دهد تا وجوه خود را به سایر گره ها اجاره دهند ، به طوری که به احتمال زیاد آنها برای ایجاد بلوک انتخاب می شوند ، تعداد شرکت کنندگان قابل انتخاب را افزایش می دهند و بنابراین باعث کاهش احتمال کنترل شبکه توسط تک می شود. گروه گره ها

جوایز به طور متناسب تقسیم می شوند.

اثبات سوزاندن (PoB) [67] سکه های سوزانده را پیشنهاد می کند ، یعنی ارسال آنها به یک آدرس غیر قابل اثبات قابل اثبات ، برای انتشار یک بلوک جدید.

مانند PoW ، PoB ، قابل انجام و تأیید آسان است ، اما در مقابل ، نیاز به مصرف انرژی ندارد.

بعلاوه ، PoB پیامدهای اقتصادی دارد که به یک اکوسیستم پایدار کمک می کند.

رویکرد [68] نم در مورد اجماع ، موسوم به اثبات اهمیت (PoI) ، اهمیتی را با هر حساب مرتبط می کند ، از این طریق ایجاد یک سیستم شهرت در شبکه.

شانس انتخاب در ایجاد بلوک به این مقدار بستگی دارد ، محاسبه آن نیز تعداد سکه ها و تعداد معاملات انجام شده را در نظر می گیرد.

به عبارت دیگر ، فعالیت شبکه تولیدی نیز پاداش می یابد ، نه تنها مبلغی ، و موجب تقویت رفتار مفید کاربران می شود.

انواع دیگر توسعه یافته عبارتند از: تست فعالیت (PoA) ، یک رویکرد ترکیبی که هم ترکیبی از هم PoPand PoS است و هم آزمایش زمان سپری شده (PoET) که توسط IBM تهیه شده است و از یک انتخاب تصادفی از مدیر برای استخراج هر بلوک بر اساس زمان های اجرا در محیط های قابل اعتماد اجرا استفاده می کند.

اثبات ظرفیت (PoC) [69] ، همچنین به عنوان اثبات ذخیره سازی یا فضای شناخته شده ، از فضای هارد دیسک موجود به جای منابع محاسباتی استفاده می کند.

این روش در Permacoin ، SpaceMint و Burstcoin استفاده می شود.

blockchain های خصوصی از ویژگی های خاصی برخوردار هستند ، از آنجا که معمولاً تعداد شرکت کنندگان کمتر از blockchain های عمومی است و نیمه قابل اطمینان است.

آنها معمولاً با مجموعه مجوزهای از پیش تعریف شده در سیستم ثبت می شوند.

بنابراین ، این سیستم ها به مکانیزم های اجماع خاصی نیاز دارند که متناسب با این خصوصیات باشند.

برخی از این مکانیسم های جایگزین Paxos [70] هستند که توسط Lamport و Microsoft بر اساس تکثیر دستگاه های دولتی ساخته شده اند. Chubby [71] ، مبتنی بر سابق و توسعه یافته توسط Google ، که به عنوان یک سرویس مسدود شده توزیع شده تعریف شده است.

این رویکردها از این مزیت برخوردار هستند که سازگاری الگوریتمهای رسمی هستند و بنابراین ویژگیهای آنها بطور رسمی اثبات شده است.

RAFT [72] که عناصر اصلی اجماع از قبیل انتخاب رهبران ، تکرار ضبط و امنیت را از یکدیگر جدا می کند ، و انسجام بیشتری را برای کاهش تعداد ایالات مورد نظر در نظر می گیرد.

الگوریتم Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) که مبتنی بر تکثیر دستگاه های دولتی است و همانند رای گیری برای اجماع در مورد تغییر دولت است ، در Hyperledger و Multichain استفاده می شود.

SIEVE [73] ، با blockchain به عنوان یک جعبه سیاه رفتار می کند ، عملیات را انجام می دهد و خروجی هر ماکت را مقایسه می کند.

اگر اختلاف بین ماکت ها وجود داشته باشد ، این عملیات اعتبار ندارد.

یکی دیگر از انواع PBFT ، توافقنامه بیزانس است که توافقنامه بیزانس فدرال (FBA) است.

در FBA ، هر یک از شرکت کنندگان لیستی از شرکت کنندگان قابل اعتماد را نگه می دارد و منتظر است تا این شرکت کنندگان قبل از انحلال در نظر گرفتن معامله توافق کنند.

در ریپل [74] استفاده می شود.

ستاره ای [75] نوع دیگری است که از مفهوم سهمیه سهم و جزئی استفاده می کند.

سهمیه مجموعه ای از گره ها است ، برای رسیدن به توافق کافی است ، سهمیه جزئی زیر مجموعه ای از سهمیه با توانایی متقاعد کردن گره داده شده دیگر در مورد توافق است.

HDAC [76] سیستمی است که هم اکنون در حال اجراست که یک قرارداد IoT را پیشنهاد می کند. معامله معاملات M2M مبتنی بر Multichain.

HDAC مخصوص محیط های IoT طراحی شده است.

از الگوریتم اجماع ePow استفاده می کند که اهداف اصلی آن ایجاد انگیزه در مشارکت چندین گره معدن و جلوگیری از اتلاف انرژی زیاد است.

سرانجام ، اجماع HC ، که در هیدراچاین ارائه شده است ، براساس لیستی از اعتبار سنجی است که بیش از یک سوم از آنها غیرقابل اطمینان است.

به طور خلاصه ، سازوکارهای اجماع در کلکسیون های عمومی به طور گسترده ای ارائه شده است ، اما ضعیف است ، به طور رسمی اثبات شده است.

درک تضمینهای ارائه شده و آسیب پذیریهای آنها قبل از استفاده از آنها الزامی است [77].

به این معنا ، جامعه پژوهش به همراه صنعت باید در جهت اثبات حقانیت این سازوکارها تلاش کنند.

برعکس ، blockchain های خصوصی راه حل های شناخته شده رسمی را اتخاذ کرده اند ، اما لیست محدود شرکت کنندگان در این صندوق های زنجیره ای نیز تنوع و پتانسیل برنامه ها را محدود می کند.

3- ادغام IoT و blockchain:

IoT در حال تبدیل و بهینه سازی فرایندهای دستی است تا آنها را به بخشی از دوره دیجیتال تبدیل کند ، و حجم اطلاعاتی را بدست می آورد که دانش را در سطوح ناشناخته فراهم می کند.

این دانش تسهیل کننده برنامه های کاربردی هوشمندی از جمله بهبود مدیریت و کیفیت زندگی شهروندان از طریق دیجیتالی شدن خدمات در شهرها است.

در طی چند سال گذشته ، فناوری های محاسبات ابری در فراهم آوردن قابلیت های لازم برای IoT برای تجزیه و تحلیل و پردازش اطلاعات و تبدیل آن به اقدامات و دانش در زمان واقعی کمک کرده است [1].

این رشد بی سابقه در IoT فرصت های جدید جامعه مانند مکانیسم دسترسی و به اشتراک گذاری اطلاعات را باز کرده است.

الگوی داده آزاد پرچمدار این ابتکارات است.

با این حال ، یکی از مهمترین آسیب پذیری های این ابتکارات ، همانطور که در بسیاری از سناریوها اتفاق افتاده ، عدم اعتماد به نفس است.

معماری متمرکز مانند نمونه ای که در رایانش ابری مورد استفاده قرار می گیرد ، به میزان قابل توجهی در توسعه IoT نقش داشته است.

با این حال ، در مورد شفافیت داده ها ، آنها به عنوان جعبه های سیاه عمل می کنند و شرکت کنندگان در شبکه دید روشنی از مکان و چگونگی استفاده از اطلاعاتی که ارائه می دهند ندارند.

ادغام فن آوری های امیدوار کننده مانند IoT و رایانش ابری بسیار ارزشمند است.

به همین ترتیب ، ما پتانسیل عظیمی از blockchain را در تحول در IoT اذعان می کنیم.

Blockchain می تواند IoT را با ارائه یک سرویس به اشتراک گذاری قابل اعتماد ، که اطلاعات قابل اعتماد و قابل ردیابی است ، غنی سازد.

منابع داده را می توان در هر زمان شناسایی کرد و داده ها با گذشت زمان تغییر ناپذیر باقی مانده و امنیت آن را افزایش می دهد.

در مواردی که اطلاعات IoT باید بین بسیاری از شرکت کنندگان به طور ایمن به اشتراک گذاشته شود ، این ادغام یک انقلاب اساسی خواهد بود.

به عنوان مثال ، قابلیت ردیابی جامع در چندین ماده غذایی یک جنبه اصلی برای اطمینان از ایمنی مواد غذایی است.

قابلیت ردیابی مواد غذایی می تواند نیاز به مشارکت بسیاری از شرکت کنندگان داشته باشد:

ساخت ، تغذیه ، درمان ، توزیع و غیره.

نشت داده ها در هر بخش از زنجیره می تواند منجر به کلاهبرداری و کند شدن فرآیند های جستجوی عفونت شود که می تواند زندگی شهروندان را به طور جدی تحت تأثیر قرار دهد و در صورت بروز شیوع ناشی از مواد غذایی ، هزینه های هنگفت اقتصادی را برای شرکت ها ، بخش ها و کشورها متحمل شود. [78] .

کنترل بهتر در این مناطق باعث افزایش ایمنی مواد غذایی ، بهبود داده های داده شده بین شرکت کنندگان و کاهش زمان جستجو در صورت بروز شیوع مواد غذایی می شود که می تواند جان انسان را نجات دهد.

علاوه بر این ، در مناطق دیگر مانند شهرهای هوشمند و اتومبیل های هوشمند ، به اشتراک گذاری داده های قابل اعتماد می تواند به نفع حضور شرکت کنندگان جدید در اکوسیستم باشد و به بهبود خدمات و پذیرش آنها کمک کند.

بنابراین ، استفاده از blockchain می تواند IoT را با اطلاعاتی مطمئن و مطمئن تکمیل کند.

این همانطور که در [79] ذکر شد ، به رسمیت شناخته شده است ، جایی که فناوری blockchain به عنوان کلید حل مقیاس پذیری ، حفظ حریم خصوصی و قابلیت اطمینان در رابطه با الگوی IoT شناخته شده است.

از نظر ما IoT می تواند تا حد زیادی از عملکردهای ارائه شده توسط blockchain بهره ببرد و به توسعه بیشتر فن آوری های فعلی IoT کمک خواهد کرد.

شایان ذکر است که هنوز تعداد زیادی چالش تحقیقاتی و موضوعات باز وجود دارد که باید مورد استفاده قرار گیرد تا بتوان از این دو فناوری به طور یکپارچه استفاده کرد و این موضوع تحقیق هنوز در مرحله مقدماتی است.

به طور خاص ، پیشرفت هایی که این ادغام می تواند شامل شود (اما به آنها محدود نمی شود):

• عدم تمرکز و مقیاس پذیری:

تغییر از یک معماری متمرکز به P2P توزیع شده ، نقاط مرکزی خرابی ها و تنگناها را از بین می برد [80].

همچنین به جلوگیری از سناریوهایی که چند شرکت قدرتمند کنترل پردازش و ذخیره اطلاعات تعداد زیادی از افراد را کنترل می کنند ، کمک خواهد کرد.

از دیگر مزایایی که با تمرکززدایی در معماری حاصل می شود ، بهبود تحمل گسل و مقیاس پذیری سیستم است.

این باعث می شود سیلوهای IoT کاهش یابد و علاوه بر این در بهبود مقیاس پذیری IoT نقش داشته باشد.

• هویت:

شرکت کنندگان با استفاده از یک سیستم مشترک blockchain قادر به شناسایی تک تک دستگاه ها هستند.

داده های ارائه شده و وارد سیستم غیرقابل تغییر هستند و داده های واقعی را که توسط یک دستگاه تهیه شده است منحصر به فرد می سازد.

علاوه بر این ، blockchain می تواند تأیید اعتبار توزیع شده و مجوز دستگاه ها برای برنامه های IoT [81] را ارائه دهد.

این نشان دهنده پیشرفت در زمینه IoT و شرکت کنندگان آن است.

• استقلال:

فناوری blockchain ویژگی های برنامه های نسل بعدی را تقویت می کند ، و توسعه دارایی ها و سخت افزارهای مستقل هوشمند را به عنوان یک سرویس امکان پذیر می کند [82،83].

با وجود blockchain ، دستگاه ها قادر به برقراری تعامل با یکدیگر و بدون درگیری سرورها نیستند.

برنامه های IoT می توانند از این قابلیت ها برای ارائه برنامه های دستگاه آگونیستیک و جداشده بهره مند شوند.

• قابلیت اطمینان:

اطلاعات IoT می توانند تغییر ناپذیر و با گذشت زمان در blockchain توزیع شوند [84].

شرکت کنندگان در سیستم قادر به تأیید صحت داده ها هستند و این اطمینان را دارند که در مورد آنها دستکاری نشده است.

علاوه بر این ، این فناوری قابلیت ردیابی و پاسخگویی به داده های سنسور را فراهم می کند.

قابلیت اطمینان جنبه اصلی blockchain برای ایجاد IoT است.

• امنیت:

در صورت ذخیره شدن به عنوان معاملات زنجیره ای ، اطلاعات و ارتباطات می توانند تأمین شوند.

Blockchain می تواند مبادلات پیام دستگاه را به عنوان تراکنش های معتبر با قراردادهای هوشمند ، با این روش ارتباط بین دستگاه ها برقرار کند.

با استفاده از blockchain به طور استاندارد می توان از پروتکل های ایمن فعلی استفاده شده در IoT استفاده کرد.

• بازار خدمات:

blockchain می تواند ایجاد اکوسیستم IoT خدمات و بازارهای داده را تسریع کند ، جایی که معاملات بین همسالان بدون مقامات امکان پذیر است.

میکروسرویس ها به راحتی مستقر می شوند و پرداخت های خرد می توانند ایمنی در یک محیط بی اعتماد ایجاد شوند [87-89].

این اتصال IoT و دسترسی به داده های IoT در blockchain را بهبود می بخشد.

• استقرار کد ایمن:

با بهره گیری از فضای ذخیره سازی ایمن و غیرقابل استفاده از blockchain ، کد می تواند ایمنی باشد و به صورت ایمن به دستگاهها منتقل شود [80،90].

تولید کنندگان می توانند حالت ها و به روز رسانی ها را با بالاترین اطمینان ردیابی کنند [85].

واسطه های اینترنت اشیا می توانند از این قابلیت ها برای به روزرسانی ایمن دستگاه های IoT استفاده کنند.

جنبه دیگری که باید در نظر گرفته شود مربوط به تعامل IoT است ، یعنی ارتباط بین زیرساخت IoT اساسی.

هنگام ادغام blockchain ، باید تصمیم بگیرد که این تعامل ها در کجا انجام می شود:

در داخل IoT ، یک طرح ترکیبی شامل IoT و blockchain یا از طریق blockchain.

محاسبات مه [91] همچنین IoT را با درج لایه جدید بین محاسبات ابری و دستگاه های IoT متحول کرده و همچنین می تواند این ادغام را تسهیل کند.

در زیر ، این گزینه ها (نشان داده شده در شکل 1) همراه با مزایا و معایب آنها توضیح داده شده است:

• IoT – IoT:

این رویکرد می تواند سریعترین روش از نظر تأخیر و امنیت باشد زیرا می تواند به صورت آفلاین کار کند.

دستگاه های IoT باید بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند که معمولاً شامل مکانیسم های کشف و مسیریابی است.

فقط بخشی از داده های IoT در blockchain ذخیره می شوند در حالی که فعل و انفعالات IoT بدون استفاده از blockchain صورت می گیرد (شکل 1a).

این روش در سناریوهایی با داده IoT قابل اعتماد که در آن تعامل IoT با تاخیر کم اتفاق می افتد مفید خواهد بود.

• IoT – Blockchain:

در این روش ، همه تعامل ها از طریق blockchain می گذرد و باعث می شود سابقه غیرقابل تغییر از فعل و انفعالات.

این روش اطمینان می دهد که تمام تعامل انتخاب شده قابل ردیابی هستند زیرا می توان جزئیات آنها را در بلاک چین جستجو کرد و علاوه بر این ، استقلال دستگاه های IoT را افزایش می دهد.

برنامه های IoT که قصد تجارت یا اجاره مانند Slock را دارند.

این می تواند برای ارائه خدمات خود از این رویکرد استفاده کند.

با این وجود ، ضبط همه تعامل در blockchain شامل افزایش پهنای باند و داده ها می شود ، که یکی از چالش های شناخته شده در blockchain است (شکل 1b).

از طرف دیگر ، تمام داده های IoT مرتبط با این معاملات نیز باید در blockchain ذخیره شوند.

• رویکرد ترکیبی:

سرانجام ، یک طرح ترکیبی که در آن تنها بخشی از تعامل و داده ها در blockchain و بقیه به طور مستقیم بین دستگاه های IoT به اشتراک گذاشته می شوند.

یكی از چالش های این رویكرد ، انتخاب كدام یك از تعامل ها باید از طریق بلاكچین عبور كرده و راهی برای تصمیم گیری در مورد این كار در زمان اجرا فراهم كند.

یک ارکستراسیون مناسب از این روش می تواند بهترین راه برای ادغام هر دو فناوری باشد زیرا از مزایای استفاده از blockchain و مزایای تعامل IoT در زمان واقعی بهره می برد.

در این روش ، محاسبات مه ممکن است به بازی و حتی محاسبات ابری وارد شود ، تا محدودیت های blockchain و IoT را تکمیل کند.

به عنوان مثال ، محاسبات مه شامل دستگاه های محدودتری از نظر محاسبه مانند دروازه ها می باشد و مکانی بالقوه است که در آن معادن می تواند به همان روش ابتکار عمل دیگری که از دستگاه های IoT استفاده می کنند [92.93] (شکل 1c) انجام شود.

در یک استقرار معمولی IoT ، از دستگاههای با منبع محدود به عنوان گره های انتهایی استفاده می شود که با یک دروازه ارتباط برقرار می کنند و وظیفه انتقال داده های حسگر را به لایه های بالایی (ابر یا سرور) دارند.

در هنگام ادغام blockchain ، اگر گره های انتهایی با تعامل با blockchain ارتباط برقرار کنند ، می توان عملکرد رمزنگاری را در دستگاه های IoT فراهم کرد.

این مهم برای تحقق استقلال IoT است که با هزینه سخت افزاری پیچیده تر و هزینه محاسباتی بالاتر همراه است (در بخش 4.1.1 ارزیابی هزینه استفاده از blockchain در دستگاه های IoT ارائه شده است).

ادغام دروازه در این راه حلها نیز به همان روشی که استقرار سنتی انجام می دهد قابل قبول است ، اما مزایای استفاده از blockchain در این روش کمتر است.

علیرغم گسترش blockchain ، استفاده از آن در بسیاری از برنامه ها ، جایی که پایگاه داده ها عملکرد کافی را ارائه می دهند ، منطقی نخواهد بود.

تصمیم گیری در مورد ارزش استفاده از blockchain به طور عمده به الزامات برنامه بستگی دارد.

به عنوان مثال ، در صورت نیاز به کارایی بالا ، blockchain به تنهایی ممکن است راه حل مناسبی نباشد ، اما می توان از یک روش ترکیبی برای بهینه سازی آن استفاده کرد.

در [94] نویسندگان متدولوژی ارائه می دهند تا نشان دهند که آیا بسته به نیازهای مشکل ، یک blockchain مفید است یا خیر.

در مرحله بعدی ما بر نحوه دستیابی فنی این دستگاه برای دستگاه های IoT تمرکز می کنیم.

اتحادهای بین شرکتهای شناخته شده ، مانند اتحاد معتبر IoT [59] ، به نظر می رسد برای ایجاد شکاف بین IoT و blockchain.

همچنین تعداد دستگاه های فزاینده ای با قابلیت blockchain یکپارچه در بازار وجود دارد مانند [92،93،95].

EthEmbedded [92] نصب گره های کامل Ethereum را بر روی دستگاه های تعبیه شده مانند Raspberry Pi ، Beaglebone Black و Odroid امکان پذیر می کند.

Raspnode [93] و Ethraspbian [96] هر دو از نصب گره های کامل بیت کوین ، اتریوم و Litecoin در Raspberry Pi پشتیبانی می کنند. [95] Antrouter R1-LTC [95] یک روتر Wi-Fi است که همچنین معدن Litecoin را فعال می کند.

بنابراین ، این نوع روتر می تواند در خانه های هوشمند نصب شود و جزئی از اکوسیستم محاسباتی مه باشد.

Raspnode همچنین پشتیبانی از کیف پول را برای Bitcoin و Litecoin امکان پذیر می کند.

همانطور که توسط Raspnode بیان داشت ، استخراج معادن بر روی دستگاه های IoT می تواند انجام شود ، اما بی فایده است.

معدن کاری برای سخت افزارهای خاص (تراشه های ASIC) به یک کار تخصصی تبدیل شده است و امتحان کردن آن در دستگاه های IoT بی فایده است.

این دلیل اصلی کم کاری برای معدنکاری دستگاه های IoT است.

برای اینکه بتوانید یکپارچه سازی گسترده دستگاه های IoT را به عنوان اجزای سازنده blockchain انجام دهید ، هنوز تحقیقات زیادی انجام شده است.

در جدول 2 خلاصه ای از دستگاه های IoT مورد بررسی قرار گرفته است تا بعنوان بخشی از سیستم عامل های blockchain مورد استفاده قرار گیرند.

گره های کامل باید اعتبار کل معاملات (کل در حال حاضر بیش از 150 و 46 گیگابایت در بیت کوین و اتریوم) را برای اعتبار کامل معاملات و بلوک ها ذخیره کنند ، بنابراین استقرار آنها می تواند در دستگاه های IoT بسیار محدود باشد.

همانطور که گفته شد ، به دلیل نیازهای خاص ، معدن در IoT بی فایده است.

پروتکل اجماع می تواند برای تسهیل درج دستگاه های IoT آرام باشد ، اما این می تواند امنیت اجرای blockchain را به خطر بیاندازد.

این می تواند در blockchain های کنسرسیوم که پروتکل های اجماع در آن آرام هستند استفاده شود.

در استقرار گره های سبک وزن ، صحت معاملات بدون نیاز به بارگیری کل blockchain تأیید می شود ، بنابراین آنها می توانند به blockchain کمک کرده و در دستگاه های IoT به راحتی قابل اجرا و نگهداری باشند.

این گره ها می توانند در IoT به عنوان بخشی از شبکه blockchain استفاده شوند و فاصله بین این دو فناوری را کاهش می دهد.

این همیشه باید با گره های کامل پشتیبان گرفته شود تا اعتبار معاملات و بلوک ها را تأیید کند.

با این وجود ، بسیاری از بلاکچین ها هنوز هم پشتیبانی از گره های سبک را ندارند ، مانند مورد اتریوم ، که در حال توسعه است.

در هر صورت ، از blockchain می تواند به عنوان یک سرویس خارجی برای تأمین یک فضای امن و مطمئن استفاده شود.

یک جایگزین روشن برای ادغام blockchain با IoT ادغام بین IoT و محاسبات ابری است [1].

این ادغام در چند سال گذشته برای غلبه بر محدودیت های IoT مورد استفاده قرار گرفته است:

پردازش ، ذخیره و دسترسی.

با این حال ، رایانش ابری معمولاً معماری متمرکز را ارائه می دهد ، که برخلاف blockchain ، اشتراک گذاری قابل اعتماد با بسیاری از شرکت کنندگان را پیچیده می کند.

ادغام بین blockchain و IoT در نظر گرفته شده است علاوه بر حفظ داده های معتبر ، محدودیت های قبلی را نیز برطرف کند.

محاسبات مه به دنبال یک رویکرد توزیع شده مانند blockchain ، توزیع و نزدیک کردن محاسبات به دستگاه های انتهایی را دنبال می کند.

این می تواند دستگاه های قدرتمندتری نسبت به IoT مانند دروازه ها و گره های لبه داشته باشد که از این طریق می توان از آنها به عنوان اجزای blockchain استفاده کرد.

بنابراین ، محاسبات مه می تواند ادغام IoT با blockchain را کاهش دهد.

3-1- چالش های ادغام blockchain - IoT:

در این بخش چالش های اصلی مورد استفاده در هنگام استفاده از فناوری blockchain به دامنه IoT مورد بررسی قرار می گیرد.

ادغام فناوری blockchain با IoT امری بی اهمیت نیست.

Blockchain برای یک سناریو اینترنت با رایانه های قدرتمند طراحی شده است ، و این خیلی با واقعیت IoT فاصله ندارد.

معاملات بلاکچین به صورت دیجیتالی امضا شده است ، بنابراین دستگاههایی که قادر به کار با ارز هستند باید به این قابلیت مجهز شوند.

همراهی blockchain در IoT چالش برانگیز است.

برخی از چالش های شناسایی شده در این بخش ارائه شده است.

3-1-1- ظرفیت ذخیره سازی و مقیاس پذیری:

همانطور که گفته شد ، ظرفیت ذخیره سازی و مقیاس پذیری blockchain هنوز مورد بحث است ، اما در زمینه برنامه های IoT ظرفیت ذاتی و محدودیت های مقیاس پذیری این چالش ها را بسیار بیشتر می کند.

از این نظر ، blockchain ممکن است برای برنامه های IoT نامناسب باشد ، اما روش هایی وجود دارد که می توان این محدودیت ها را کاهش داد یا در کل اجتناب کرد.

در IoT ، جایی که دستگاه ها می توانند گیگابایت (GB) از داده را در زمان واقعی تولید کنند ، این محدودیت سدی بزرگ برای ادغام آن با blockchain است.

شناخته شده است که برخی از پیاده سازی های blockchain فعلی تنها می توانند معامله چند ثانیه در هر ثانیه پردازش کنند ، بنابراین این می تواند یک تنگنای بالقوه برای IoT باشد.

علاوه بر این ، blockchain به منظور ذخیره مقدار زیادی از داده ها مانند اطلاعات تولید شده در IoT طراحی نشده است.

ادغام این فناوری ها باید با این چالش ها مقابله کند.

در حال حاضر ، بسیاری از داده های IoT ذخیره می شوند و تنها بخش محدودی برای استخراج دانش و تولید اقدامات مفید است.

در ادبیات روشهای مختلفی برای فیلتر ، عادی سازی و فشرده سازی داده های IoT با هدف کاهش آنها ارائه شده است.

IoT شامل دستگاه های جاسازی شده ، ارتباطات و خدمات هدف (blockchain ، cloud) می شود ، بنابراین در مقدار داده ای که IoT ارائه می دهد می تواند موجب صرفه جویی در چندین لایه شود.

فشرده سازی داده ها می تواند انتقال ، پردازش وظایف و ذخیره سازی حجم بالای داده های IoT تولید شده را سبک تر کند.

رفتارهای عادی بر خلاف داده های غیر عادی معمولاً نیاز به اطلاعات اضافی و لازم ندارند.

نکته آخر اینکه blockchain و به خصوص پروتکل اجماع آن که باعث تنگنای آن می شود نیز می تواند برای افزایش پهنای باند و کاهش تأخیر معاملات آن سازگار شود و از این طریق امکان انتقال به IoT نشان داده شده توسط مورد Bitcoin-NG را فراهم کند. ]

3-1-2- امنیت:

برنامه های IoT مجبور هستند در مقاطع مختلف با مشکلات امنیتی مقابله کنند اما به دلیل کمبود کارایی و ناهمگونی زیاد دستگاه ها ، با پیچیدگی های اضافی روبرو هستند.

علاوه بر این ، سناریو IoT مجموعه ای از خواص را شامل می شود که بر امنیت تأثیر می گذارد ، مانند تحرک ، ارتباط بی سیم یا مقیاس.

تجزیه و تحلیل جامع در مورد امنیت در IoT فراتر از محدوده این مقاله است ، اما بررسی های دقیق را می توان در [97-100] یافت.

افزایش تعداد حملات به شبکه های IoT و تأثیرات جدی آن ، ایجاد IoT با امنیت پیشرفته تر را ضروری تر می کند.

بسیاری از متخصصان ، blockchain را به عنوان یک فناوری مهم برای تأمین پیشرفت های امنیتی مورد نیاز در IoT می دانند.

با این حال ، یکی از اصلی ترین چالش ها در ادغام IoT با blockchain ، قابلیت اطمینان داده های تولید شده توسط IoT است.

Blockchain می تواند اطمینان حاصل کند که داده های موجود در زنجیره ای تغییر ناپذیر هستند و می توانند تحولات آنها را شناسایی کنند ، با این وجود وقتی داده ها از قبل در زنجیره فاسد می شوند ، فاسد می مانند.

داده های فاسد IoT می توانند از بسیاری از موقعیتها جدا از موارد مخرب ناشی شوند.

بهزیستی معماری IoT تحت تأثیر عوامل بسیاری مانند محیط ، شرکت کنندگان ، خرابکاری و خرابی دستگاهها قرار می گیرد.

گاهی اوقات دستگاهها و سنسورها و محرکهای آنها از همان ابتدا کار نمی کنند.

این وضعیت تا زمانی که دستگاه مورد نظر مورد آزمایش قرار نگرفته باشد ، تشخیص داده نمی شود یا بعضی اوقات برای مدتی به درستی کار می کند و به دلایلی رفتار خود را تغییر می دهد (اتصال کوتاه ، قطع اتصال ، منسوخ شدن برنامه ریزی شده و غیره).

علاوه بر این شرایط ، تهدیدات بسیاری وجود دارد که می تواند IoT را تحت تأثیر قرار دهد مانند استراق سمع ، انکار سرویس یا کنترل [98].

به همین دلیل ، دستگاه های IoT باید قبل از ادغام آنها با blockchain کاملاً مورد آزمایش قرار گیرند و برای جلوگیری از آسیب جسمی باید در جای مناسب قرار گرفته و کپسوله شوند ، علاوه بر این شامل تکنیک هایی برای تشخیص خرابی دستگاه به محض وقوع می باشد.

این دستگاه ها به احتمال زیاد هک می شوند زیرا محدودیت های آنها بروزرسانی های سیستم عامل را محدود می کند و از فعال شدن آنها در برابر اشکالات احتمالی یا نقض امنیتی جلوگیری می کند.

علاوه بر این ، گاهی اوقات به روزرسانی دستگاه ها یکی یکی دشوار است ، مانند استقرار جهانی IoT.

بنابراین ، مکانیسم های به روزرسانی و تنظیم مجدد زمان اجرا باید در IoT قرار گیرند تا این کار به مرور زمان ادامه یابد.

ابتکاراتی مانند GUITAR [101] و REMOWARE [102] به روزرسانی های شبکه و سیستم عامل را در زمان اجرا فعال می کنند و برای اطمینان از یکپارچه سازی امن IoT با blockchain با گذشت زمان ضروری هستند.

ادغام IoT و blockchain همچنین می تواند پیامدهایی در ارتباطات IoT داشته باشد [86].

در حال حاضر ، پروتکل های برنامه IoT مانند CoAP و MQTT از پروتکل های امنیتی دیگر مانند TLS یا DTLS برای ایجاد ارتباطات ایمن استفاده می کنند.

این پروتکل های امن علاوه بر اینکه به مدیریت متمرکز و اداره کردن زیرساخت های کلیدی ، به طور معمول با PKI نیاز دارند پیچیده و سنگین هستند.

در شبکه blockchain ، هر دستگاه IoT دارای یک GUID (شناسه جهانی منحصر به فرد) و جفت کلید نامتقارن است که یک بار به شبکه وصل شده اند.

این پروتکل های امنیتی فعلی را که معمولاً مجبور به تبادل گواهینامه های PKI هستند ، ساده می کند و به آنها امکان استفاده در دستگاه هایی با قابلیت های پایین تر را می دهد.

یکی از پروژه های قابل توجه IoT از نظر امنیت با استفاده از blockchain ، Filament است [83].

Filament یک راه حل سخت افزاری و نرم افزاری است که عملکردی را برای پرداختهای مبتنی بر بیت کوین و قراردادهای هوشمند در IoT فراهم می کند.

دستگاه های رشته دارای رمزنگاری پردازنده های جاسازی شده ای هستند که از پنج پروتکل پشتیبانی می کنند:

Blockname ، Telehash و قراردادهای هوشمند برای بهره برداری ، و علاوه بر این پروتکل های Pennyback و Bittorrent.

مدیریت هویت دستگاه با Blockname انجام می شود ، در حالی که Telehash ، اجرای منبع باز Kademlia DHT ، ارتباطات رمزگذاری شده ایمن را ارائه می دهد ، و قراردادهای هوشمند نحوه استفاده از یک وسیله را تعیین می کنند.

3-1-3- ناشناس بودن و حفظ حریم خصوصی داده ها:

بسیاری از برنامه های IoT با داده های محرمانه کار می کنند ، به عنوان مثال وقتی دستگاه به شخص متصل است ، مانند سناریوی سلامت الکترونیکی ، رسیدگی به مشکل حفظ حریم خصوصی داده ها و ناشناس بودن ضروری است.

Blockchain به عنوان راه حل ایده آل برای پرداختن به مدیریت هویت در IoT ارائه شده است ، اما در بیت کوین ، ممکن است برنامه هایی وجود داشته باشد که ناشناس بودن را تضمین کند.

این مورد پوشیدنی با امکان پنهان کردن هویت شخص هنگام ارسال داده های شخصی یا وسایل نقلیه هوشمند است که از حریم برنامه های سفر کاربران محافظت می کند.

مشکل حفظ حریم خصوصی داده ها در بلاکچین های شفاف و عمومی قبلاً به همراه برخی از راه حل های موجود مورد بحث قرار گرفته است.

با این حال ، مشکل حفظ حریم خصوصی داده ها در دستگاه های IoT مشکل بیشتری ایجاد می کند ، زیرا این کار در جمع آوری داده ها شروع می شود و تا سطح ارتباطات و کاربردها گسترش می یابد.

ایمن سازی دستگاه به گونه ای که داده ها به صورت ایمن ذخیره شده و توسط افراد بدون مجوز قابل دسترسی نباشند ، یک چالش است زیرا نیاز به ادغام نرم افزار رمزنگاری امنیتی در دستگاه دارد.

این پیشرفت ها باید محدودیت منابع دستگاه ها و محدودیت های مربوط به دوام اقتصادی را در نظر بگیرد.

بسیاری از فن آوری ها برای ایجاد امنیت ارتباطات با استفاده از رمزگذاری (IPsec ، SSL / TLS ، DTLS) استفاده شده اند.

محدودیت های دستگاه IoT اغلب استفاده از دستگاه های دارای محدودیت کمتری مانند گیت ها برای ترکیب این پروتکل های امنیتی را ضروری می کند.

استفاده از سخت افزار رمزنگاری می تواند عملیات رمزنگاری را تسریع کند و از اضافه بار پروتکل های نرم افزاری ایمن پیچیده جلوگیری کند.

محافظت از داده ها و حفظ حریم خصوصی چالش های اساسی برای IoT است ، با استفاده از فناوری blockchain می توان مشکل مدیریت هویت در IoT را کاهش داد.

اعتماد یکی دیگر از ویژگی های مهم IoT است که در آن ادغام blockchain می تواند نقشی داشته باشد.

در [103] اهمیت اعتماد به سیستم های IoT به عنوان یكی از اهداف اصلی برای اطمینان از موفقیت آن شناخته شده است.

تکنیک های یکپارچگی داده ها گزینه دیگری برای اطمینان از دسترسی به داده ها به طور همزمان است زیرا از اضافه بارگذاری blockchain با حجم عظیمی از داده های تولید شده توسط IoT جلوگیری می کنند.

این می تواند منجر به سیستم های عمومی شود ، اما با یک کنترل دسترسی کارآمد و محدود انجام شود.

MuR-DPA [104] به روزرسانی داده های پویا و تأیید کارآمد هر چند تأیید حسابرسی عمومی را ارائه می دهد.

در [105] نویسندگان از طریق حفظ حریم خصوصی سیستم حفظ حسابرسی عمومی ، محتوای داده ها را تضمین می کنند.

برای مرور گسترده تکنیک های تأیید صداقت ، به [106] مراجعه کنید.

آخر ، قوانینی وجود دارند که حریم شخصی داده ها را تنظیم می کنند ، مانند دستورالعمل های مربوط به حفاظت از داده های اتحادیه اروپا که برای پوشش مدل های جدیدی که این فناوری امکان پذیر است ، باید تجدید نظر شوند.

تصویب blockchain به عنوان یک بستر قانونی باید این مقررات را رعایت کند تا از رعایت حریم شخصی داده ها پیروی از قانون اطمینان حاصل شود.

3-1-4- قراردادهای هوشمند:

قراردادهای هوشمند به عنوان برنامه قاتل فناوری blockchain شناخته شده اند ، اما همانطور که گفته شد ، هنوز چالش های بسیاری وجود دارد که باید برطرف شوند.

IoT می تواند از استفاده از قراردادهای هوشمند بهره ببرد ، اما نحوه متناسب بودن آنها در برنامه های IoT متنوع است.

از دیدگاه عملی ، یک قرارداد مجموعه ای از کد ها (توابع) و داده ها (ایالات) است که در یک آدرس خاص blockchain اقامت دارند.

عملکردهای عمومی در یک قرارداد می توانند توسط دستگاهها فراخوانی شوند.

توابع همچنین می توانند حوادث را آتش بکشند ، برنامه ها می توانند به منظور واکنش مناسب در مورد حادثه اخراج ، آنها را گوش دهند.

برای تغییر وضعیت قرارداد ، یعنی برای تغییر blockchain ، باید یک معامله در شبکه منتشر شود.

معاملات توسط فرستنده ها امضا شده و باید توسط شبکه پذیرفته شوند.

IoT در بسیاری از زمینه ها توانایی احساس و فعالیت در اینترنت را دارد [1].

در مثال قابلیت ردیابی مواد غذایی ، بسته بندی مواد غذایی به سنسورهایی با قابلیت اندازه گیری شرایط محیطی و اتصال به بلاکچین (معاملات امضا) مجهز می شوند.

در این blockchain یک توابع برای شروع حمل و نقل ، اتمام حمل و نقل و اندازه گیری ورود به سیستم و پرس و جو ارائه می دهد.

هنگامی که اندازه گیری ها از یک آستانه از پیش تعریف شده فراتر رفت ، یک رویداد اخراج می شود.

برنامه های مدیریتی به این وقایع گوش می دهند و از شرکت حمل و نقل ، خرده فروشان ، تولید کنندگان و مشتریان مطلع می شوند.

اگر هیچ رویدادی ایجاد نشده باشد ، آنگاه blockchain تضمین می کند که حمل و نقل در شرایط بهینه انجام می شود.

قراردادهای هوشمند ، یک موتور پردازش ایمن و مطمئن برای IoT فراهم می کند ، و تمام تعامل آنها را ضبط و مدیریت می کند.

اقدامات نتیجه یک پردازش مطمئن و مطمئن خواهد بود.

بنابراین ، قراردادهای هوشمند می توانند با اطمینان مدل منطقی کاربردهای IoT را مدل کنند.

با این حال ، چالش های زیر باید در آن ادغام مورد توجه قرار گیرد.

از یک طرف ، کار با قراردادهای هوشمند نیاز به استفاده از اوراکل دارد که اشخاص ویژه ای هستند که داده های دنیای واقعی را با روشی مطمئن ارائه می دهند.

اعتبار بخشی به این قراردادهای هوشمند می تواند به خطر بیفتد زیرا IoT می تواند ناپایدار باشد.

علاوه بر این ، دسترسی به منابع متعدد داده می تواند این قراردادها را بیش از حد بار کند.

امروزه قراردادهای هوشمند توزیع و غیر متمرکز می شوند ، اما آنها برای توزیع وظایف و پرداختن به حجم زیادی از محاسبات ، منابع را به اشتراک نمی گذارند.

به عبارت دیگر ، اجرای قراردادهای هوشمند فقط در یک گره واحد انجام می شود در حالی که همزمان اجرای کد توسط چندین گره انجام می شود.

این توزیع فقط به جای استفاده از آن برای توزیع وظایف ، فقط برای فرآیند اعتبار سنجی انجام می شود.

IoT برای افزایش توان پردازشی خود از قابلیت توزیع توزیع رایانه ابری و داده های بزرگ استفاده کرده است.

از آن زمان ، تکنیک های داده کاوی توانسته اند به طور کلی به داده های IoT بپردازند ، و این امکان را فراهم می کند تا درک بهتری از IoT ، یعنی قدرت پردازش بزرگ شده توسط رایانش ابری داشته باشید.

داده های بزرگ پردازش مقادیر زیادی از داده ها را همزمان امکان پذیر کرده است ، و این امکان را می دهد که دانش را از مجموعه داده های بزرگ استخراج کنید ، که قبلاً انجام آن بسیار سخت بود.

در ادغام IoT با blockchain ، قراردادهای هوشمند باید ماهیت توزیع شده خود را به کار گیرند تا قابلیت پردازش ارائه شده در سایر پارادایم ها (داده های بزرگ و محاسبات ابری) و مورد نیاز در IoT را فراهم کند.

قراردادهای هوشمند همچنین باید ناهمگونی و محدودیت های موجود در IoT را در نظر بگیرند.

مکانیسم های فیلتر و گروه باید با قراردادهای هوشمند تکمیل شوند تا برنامه ها بسته به متن و شرایط مورد نیاز ، بتوانند به IoT رسیدگی کنند.

مکانیسم کشف می تواند ورود دستگاه را در پرواز فعال کند و این برنامه ها را قدرتمندتر کند.

سرانجام ، مکانیسم های فعال سازی به طور مستقیم از قراردادهای هوشمند واکنش سریع تری با IoT امکان پذیر می کند.

3-1-5- موضوعات حقوقی:

چشم انداز یک blockchain کنترل نشده بخشی از ذات آن است و تا حدودی مسئولیت موفقیت بیت کوین را بر عهده دارد.

همانطور که مشاهده می شود ، blockchain ، به ویژه در زمینه ارزهای مجازی ، اختلاف نظرهای زیادی را در مورد قانونی بودن به همراه داشته است.

نیاز یا فرصت برای معرفی عناصر کنترلی بر روی شبکه به شکل blockchain های مجاز ، خصوصی و کنسرسیوم است.

دامنه IoT همچنین تحت تأثیر قوانین یا مقررات یک کشور در مورد حریم خصوصی داده ها ، به عنوان مثال بخشنامه حفاظت از داده ها است.

بیشتر این قوانین منسوخ شده و نیاز به بازنگری دارند ، به ویژه از زمان ظهور فناوریهای جدید مختل کننده مانند blockchain.

تدوین قوانین و استانداردهای جدید می تواند صدور گواهینامه ویژگی های امنیتی دستگاه ها را سهولت بخشد و از این طریق به ساخت امن ترین و مطمئن ترین شبکه IoT کمک کند.

به این معنا ، قوانینی که با حریم اطلاعات و کار با اطلاعات سر و کار دارند ، هنوز یک چالش بزرگ برای مقابله با IoT هستند و بنابراین اگر در ترکیب با blockchain مورد استفاده قرار بگیرند ، یک چالش بزرگتر خواهد بود.

همانطور که گفته شد ، عدم تنظیم ضعف ایجاد می کند ، زیرا مکانیسم هایی برای بازیابی یا بازنشانی کلید خصوصی یا بازگرداندن معامله امکان پذیر نیست.

برخی از برنامه های IoT یک blockchain جهانی و منحصر به فرد را برای دستگاه ها در نظر می گیرند ، اما مشخص نیست که این نوع شبکه توسط مدیر تولید کنندگان قابل مدیریت است یا برای کاربران باز است.

در هر صورت ، انتظار می رود که به مقررات قانونی احتیاج داشته باشد.

این مقررات تاثیری در آینده blockchain و IoT خواهد داشت و به همین ترتیب ممکن است با معرفی یک شرکت کننده کنترل کننده و متمرکز مانند یک کشور ، ماهیت غیرمتمرکز و آزاد blockchain را مختل کند.

3-1-6- اجماع:

در چارچوب برنامه های IoT ، ماهیت منبع کم دستگاه ها ، آنها را برای شرکت مستقیم در مکانیزم های اجماع مانند PoW ، مناسب نمی کند.

همانطور که گفته شد ، طرح های متنوعی برای پروتکل های اجماع وجود دارد ، اگرچه آنها به طور کلی نابالغ هستند و به اندازه کافی آزمایش نشده اند.

نیاز منابع به نوع خاصی از پروتکل اجماع در شبکه blockchain بستگی دارد.

به طور معمول ، راه حل ها تمایل دارند كه این وظایف را به دروازه ها یا هر وسیله غیرقابل استفاده دیگری واگذار كنند كه قادر به ارائه این كاركرد است.

راه حل های غیر زنجیره ای اختیاری ، که اطلاعات را به خارج از blockchain منتقل می کنند تا از تأخیر زیاد در blockchain کاسته شود ، می تواند عملکرد را فراهم کند گرچه ابتکاراتی برای ترکیب گره های کامل blockchain در دستگاه های IoT وجود دارد [92،93] ، استخراج معادن هنوز یک چالش اساسی در این زمینه است. IoT به دلیل محدودیت هایی که دارد

IoT عمدتاً از دستگاههای با resourcecelled تشکیل شده اما در سطح جهانی IoT از قدرت پردازشی بالقوه بزرگی برخوردار است ، با توجه به اینكه انتظار می رود تعداد دستگاه های موجود در آن تا سال 2020 بین 20 و 50 میلیارد برسد.

تلاشهای پژوهشی باید در این زمینه متمرکز شده و از ماهیت توزیع شده و پتانسیل جهانی IoT برای تطبیق اجماع در IoT بهره ببرد.

در Babelchain [107] یک پروتکل اجماع جدید به نام اثبات تفاهم (PoU) که ​​هدفش انطباق PoW برای برنامه های IoT است پیشنهاد شده است.

با مصرف انرژی کمتری ، پروتکل به جای استفاده از ماینرها برای حل معماهای هش ، ترجمه از پروتکل های مختلف را پیشنهاد می کند.

در این روش تلاش بیشتر بر محاسبات مفید متمرکز است و همزمان با یک مشکل اساسی در ارتباطات IoT بر طرف می شود.

همسالان در شبکه به جای توافق درباره وضعیت معامله ، درمورد معنی پیام (قالب ، محتوا و عمل) توافق دارند.

علاوه بر این ، داده های blockchain مانند یادگیری ، اطلاعاتی را برای یادگیری در اختیار شما قرار می دهد.

4- بسترها و برنامه ها:

اخیراً سیستم عامل ها و برنامه های blockchain از بسیاری از مناطق مختلف به دلیل مزایایی که این فناوری ارائه می دهد ظهور کرده اند.

در این بخش نماینده ترین برنامه ها و سیستم عامل هایی که IoT و blockchain را ترکیب می کنند ، بررسی شده است.

4-1- سیستم عاملهای Blockchain برای IoT:

Blockchain به عنوان یک فناوری مختل کننده شناخته شده است که می تواند به شدت بر بسیاری از صنایع تأثیر بگذارد.

تعداد سکوها به قدری زیاد و در حال تغییر مداوم است که تجزیه و تحلیل همه آنها غیرممکن است ، در این بخش ما به محبوب ترین و مناسب ترین برای دامنه های IoT می پردازیم.

بیت کوین اولین cryptocurrency و اولین سکوی blockchain بود.

این مکانیسم را برای انجام معاملات پولی به روشی سریع ، ارزان و قابل اطمینان فراهم می کند که می تواند به عنوان یک سیستم پرداخت مطمئن در برنامه ها ادغام شود.

در حوزه IoT ، دستگاه های مستقل می توانند از بیت کوین برای انجام پرداخت های خرد ، عمدتاً به عنوان کیف پول استفاده کنند.

به طور کلی هنگامی که استفاده از blockchain محدود به پرداخت های خرد است ، برنامه ها به ارز متصل می شوند که می تواند یک اشکال باشد ، زیرا استهلاک سکه می تواند روی برنامه تأثیر منفی بگذارد.

همانطور که گفته شد استفاده از قراردادهای هوشمند یک راه حل متداول در هنگام ادغام blockchain با IoT است.

بیت کوین شامل یک زبان برنامه نویسی است که امکان انجام شرایط خاص را هنگام انجام معاملات فراهم می کند.

با این حال ، این اسکریپت در مقایسه با سایر سیستم عامل های قرارداد هوشمند کاملاً محدود است.

همانطور که گفته شد یکی از سیستم عامل هایی که در دوره های اخیر تأثیر مهمی داشته است اتریوم است [8].

اتریوم یکی از شرکتهای بزرگ پیشگام در زمینه قراردادهای هوشمند بود.

اتریوم را می توان به عنوان یک بلاکچین با یک زبان برنامه نویسی داخلی (Solarity) و یک ماشین مجازی مبتنی بر اجماع در سطح جهان توصیف کرد (Ethereum Virtual Machine EVM).

گنجاندن قراردادهای هوشمند ، blockchain را از ارزها دور کرده و ادغام این فناوری را در مناطق جدید تسهیل می کند.

این همراه با جامعه فعال و گسترده خود ، Ethereum را به محبوب ترین بستر توسعه برنامه های کاربردی تبدیل می کند.

اکثر برنامه های IoT از Ethereum استفاده می کنند یا با آن سازگار هستند (به جدول 6 مراجعه کنید).

ساده ترین رویکرد تعریف یک قرارداد هوشمند است که دستگاه ها بتوانند اقدامات و خط مشی های خود را که نسبت به تغییرات واکنش نشان می دهند منتشر کنند.

هایپرلدگر [9] نیز تأثیر بسیاری داشته است.

Hyperledger یک بستر منبع باز است که در آن پروژه های مختلفی در رابطه با blockchain توسعه داده شده است ، از جمله آنها Hyperledger Fabric ، یک بلاکچین محروم از مجوزها و بدون رمزپردازی که پیاده سازی های تجاری آن مانند پلتفرم Blockchain IBM است.

این مؤلفه های مختلف را برای اجماع و عضویت فراهم می کند.

برنامه توزیع شده با استفاده از زبانهای هدف کلی می تواند در blockchain توسعه یابد.

دستگاه های IoT می توانند داده ها را از طریق IBM Watson IoT Platform ، که مدیریت دستگاه ها را انجام می دهد و به تجزیه و تحلیل و فیلتر کردن داده ها می پردازد ، تبدیل کند.

پلتفرم Bluemix IBM با ارائه خدمات به عنوان یکپارچه سازی فناوری blockchain را آسان می کند.

استفاده از این پلت فرم نمونه سازی برنامه را سرعت می بخشد و چندین مورد استفاده ایجاد شده است.

یک پروژه در حال انجام در مورد قابلیت ردیابی مواد غذایی وجود دارد که از این بستر استفاده می کند [108].

پلتفرم Multichain امکان ایجاد و استقرار blockchain های خصوصی را می دهد.

Multichain از API استفاده می کند که هسته اصلی API بیت کوین را با قابلیت های جدید گسترش می دهد و این امکان را به شما می دهد تا مدیریت پرتفوی ، دارایی ها ، مجوزها ، معاملات و غیره را مدیریت کنید.

علاوه بر این ، یک ابزار خط فرمان برای تعامل با شبکه و مشتری های مختلفی ارائه می دهد که می توانند از طریق JSON-RPC با شبکه مانند Node.js ، Java ، C # و Ruby تعامل برقرار کنند.

Multichain یک چنگال از بیت کوین هسته است ، کد منبع آن برای معماری 64 بیتی گردآوری شده است.

در [109] خوشه blockchain چند زنجیره ای در سه گره مستقر شده است ، یکی از آنها یک تخته آردوینو ، به عنوان اثبات مفهوم یک برنامه IoT-blockchain.

همانطور که گفته شد Litecoin [12] از نظر فنی با بیت کوین یکسان است ، اما به لطف کاهش زمان تولید بلوک (از 10 دقیقه به 2.5) و اثبات کار ، از زمان تأیید معامله سریعتر و بهره وری ذخیره سازی بهتر برخوردار است. scrypt ، تابع مشتق كلیدی مبتنی بر گذرواژه حافظه.

این بدان معنی است که نیازهای محاسباتی گره های Litecoin کمتر است ، بنابراین برای IoT مناسب تر است.

Lisk [110] یک بستر blockchain را در اختیار شما قرار می دهد که در آن می توانید زیرشاخه ها یا زنجیره های جانبی را با برنامه های غیرمتمرکز blockchain و انتخاب ارزهای رمزپرداخت برای استفاده تعریف کنید (به عنوان مثال بیت کوین ، اتریوم ، و غیره).

Lisk همچنین به عنوان سکوی blockchain برای توسعه دهندگان جاوا اسکریپت شناخته می شود ، Lisk همچنین برای ایجاد و استقرار برنامه های غیرمتمرکز در این پلتفرم که به طور مستقیم توسط کاربران نهایی مورد استفاده قرار می گیرد ، پشتیبانی می کند و یک اکوسیستم خدمات blockchain قابل تعامل ایجاد می کند.

برنامه های توسعه یافته می توانند از ارز LSK استفاده کنند یا می توانند نشانه های سفارشی ایجاد کنند.

لیسک از اثبات تفکیک اجماع سهام استفاده می کند.

Lisk با Chain of Things کار می کند تا بررسی کند که آیا فناوری blockchain می تواند در برقراری امنیت در IoT مؤثر باشد یا خیر.

Quorum [39] یک سکوی blockchain است که به منظور ارائه خدمات مجاز به صنعت خدمات مالی از Ethereum با پشتیبانی از معاملات و حریم خصوصی قراردادها ارائه شده است.

این برنامه به چندین مکانیسم اجماع اجازه می دهد و از طریق رمزنگاری و تقسیم بندی به حریم خصوصی داده ها می رسد.

این پلتفرم اخیراً فناوری ZeroCash را یکپارچه کرده است تا کلیه اطلاعات قابل شناسایی درمورد تراکنش را مبهم کند.

پلت فرم Quorum توسط Chronicled [111] برای ایجاد پیوندهای امن بین دارایی های بدنی و blockchain استفاده شده است.

HDAC [76] یک قرارداد IoT و بستر معاملات M2M است که مبتنی بر Blockchain است که در حال توسعه است.

سیستم HDAC برای تأمین امنیت این معاملات از ترکیبی از blockchain های دولتی و خصوصی و تولید تعداد تصادفی کوانتومی استفاده می کند.

از blockchain های عمومی با قابلیت رمزنگاری HDAC می توان به طور مؤثر با چندین blockchain خصوصی استفاده کرد.

طرح مفهوم قرارداد Hdac IoT در سال جاری راه اندازی می شود.

در جدول 3 مقایسه سیستم عاملهای blockchain برای ایجاد برنامه های IoT بررسی شده در این بخش نشان داده شده است.

قراردادهای هوشمند در اکثر سیستم عاملها وجود دارند ، بنابراین منطق کاربرد را فراتر از معاملات cryptocurrency امکان پذیر می سازند.

در مورد استقرار بلاکچین ، یک دوگانگی در بین بلاکچین ها با و بدون رمزنگاری وجود دارد.

یک پلتفرم مستقر با رمزنگاری مانند اتریوم می تواند زیرساخت های مورد نیاز یک برنامه blockchain را فراهم کند.

این می تواند به عنوان استقرار زیرساختهای ابری خود یا استفاده از AWS Amazon یا Google Cloud Platform دیده شود.

با این حال ، در مورد blockchain توزیع محکم از قابلیت اطمینان آن است.

از طرف دیگر ، استفاده از یک پلتفرم noncryptocurrency مانند Hyperledger Fabric نیاز به پیوستن به یک کنسرسیوم و زیرساخت ها برای شروع یک blockchain دارد.

PBTF و PoS بیشترین استفاده از اجماع هستند.

مجوزها و حریم خصوصی در اکثر سیستم عامل ها وجود دارد ، بنابراین می توان کنسرسیوم و برنامه های جهانی را از آنها ایجاد کرد.

4-1-1- ارزیابی:

برای آزمایش میزان قابلیت اجرای سیستم عامل های blockchain در دستگاه های IoT ، گره های مختلفی از سیستم عامل های مختلف را روی Raspberry Pi 3 مدل B با Raspbian Stretch OS و هسته Linux 4.9.59-v7 + نصب و اجرا کردیم .برای انجام این آزمایشات ، دستگاه مجهز به کارت SD از 128 گیگابایت (سامسونگ EVO PLUS MB-MC128GA / EU).

تمشک از طریق اترنت به اینترنت وصل شد.

انواع مختلف گره ها نصب و اجرا شدند ، به شبکه عمومی وصل شدند.

ما مصرف انرژی را اندازه گیری و برخی از اندازه گیری های مربوط به عملکرد کار به مدت 30 دقیقه برای هر آزمایش جمع آوری کردیم.

مصرف انرژی با اندازه گیری جریان بین منبع انرژی و Raspberry Pi ، با Moteino Mega مجهز به سنسور جریان INA219 DC بدست آمد.

نتایج از طریق اتصال سریال با Moteino Mega از طریق رایانه به دست آمد.

برای ارزیابی عملکرد وظیفه ، یک فرایند پس زمینه با جمع آوری داده های کار زیر انجام شد:

درصد استفاده از cpu و حافظه ، میزان حافظه مجازی مورد نیاز کار و مصرف پهنای باند (بایتهای ارسال و دریافت شده).

این کار با دستور top.1 Unix انجام شده است و مانیتور در هر ابزار استفاده از پهنای باند شبکه nethogs2 جدول 4 نتایج را خلاصه می کند.

اندازه گیری CPU برای هر هسته 100٪ است ، بنابراین حداکثر برای دستگاه چهار هسته ای ما 400٪ است.

توجه داشته باشید که انواع مختلف گرهها عملکردهای مختلفی را پیاده سازی می کنند و همین نوع گره ها در بلاکچین های مختلف نیز کارهای مختلفی را انجام می دهند.

گره ها برای تست دستگاه در شرایط واقعی کار به شبکه های عمومی blockchain مانند Bitcoin ، Ethereum و Litecoin وصل شدند.

علاوه بر این ، هنگامی که به شبکه عمومی وصل شدیم هیچگونه کنترل وضعیت شبکه را نداشتیم ، یعنی تعداد معاملات منتشر شده در طول هر آزمایش یکسان نبود.

بنابراین ، این ارزیابی در نظر گرفته نشده است تا مقایسه ای جامع از عملکرد پیاده سازی های مختلف ، بلکه ارائه ایده ای برای زنده ماندن استفاده از گره های blockchain در IoT و مشکلات فنی دولت باشد.

گره های انتخاب شده برای آزمایش ، آنهایی با سازگاری Raspberry Pi بودند که در شبکه های عمومی اجرا می شوند ، بنابراین گره ها می توانند بخشی از پروتکل مسیریابی باشند.

برای مقایسه نتایج ، همچنین میزان مصرف انرژی تمشک در حال اجرا تمشک و بدون نصب هیچ گره ای ، با بدست آوردن 272.09 میلی آمپر اندازه گیری شد.

Raspberry Pi با 5 ولت تغذیه می شود.

ابتدا عملکرد گره های نور را اندازه گیری کردیم.

به عنوان مثال گره سبک بیت کوین (اجرای الکتروم) با توجه به اندازه گیری پایه تمشک (272.09 میلی آمپر) مصرف انرژی را کمتر از 4٪ افزایش داد.

بسیار شبیه به مقادیر به دست آمده برای گره نور Litecoin (اجرای Electrum) که به 5٪ افزایش رسیده است.

گره نور Ethereum مورد آزمایش قرار نگرفت زیرا در حال حاضر در حال توسعه است.

با توجه به عملکرد وظیفه ، استفاده از CPU و حافظه مجازی نیز برای هر دو گره سبک کاملاً مشابه بودند.

تفاوت بیشتری در استفاده از حافظه وجود دارد ، جایی که بیت کوین 2٪ حافظه اضافی مصرف می کرد.

مصرف پهنای باند عمدتا در بایتهای دریافتی متفاوت است ، جایی که Litecoin تقریباً 36 Kb بیشتر بارگیری کرده است.

نتایج نشان می دهد که این گره های سبک به راحتی روی Raspberry Pi کار می کنند ، آنها عملکردی را برای انجام معاملات امن فراهم می کنند ، که برای بهره مندی از ویژگی های blockchain کافی است و به حافظه بیش از حد و همچنین مصرف انرژی زیاد احتیاج ندارند.

در بخش بعدی چندین راه حل ارائه شده است که در آن از این نوع گره ها در برنامه های IoT-blockchain استفاده می شود.

آزمایشات بعدی با گره های کامل انجام شد:

گره کامل اتریوم (اجرای عملی) ، گره کامل بیت کوین (اجرای هسته Bitcoin) و گره کامل Litecoin (اجرای هسته Litecoin).

همانطور که گفته شد ، عملکرد گره کامل Ethereum با بیت کوین یکی نیست.

اول از همه ، پروتکل های مختلف اجماع ، PoS و PoW ، نیازهای محاسباتی کاملاً متفاوت دارند.

علاوه بر این ، گره های کامل برای بارگیری کامل زنجیره به یک فرآیند همگام سازی نیاز دارند ، در طی این فرآیند انتظار می رود نیازهای محاسباتی بیشتر باشد.

برای ارزیابی نیازهای مختلف مصرف ، در زمان هماهنگ سازی و پس از آن ، اندازه گیری هایی انجام شد.

در لحظه آزمایش اندازه blockchain Litecoin 14.03 Gb ، 49.47 GB برای زنجیره Ethereum و 155.8 Gb برای زنجیره بیت کوین بود.

توجه داشته باشید که گره کامل بیت کوین پس از همگام سازی قابل آزمایش نیست زیرا اندازه زنجیره فعلی بیت کوین از حافظه سناریوی تست ما فراتر می رود.

همگام سازی اتریوم حدود 5 روز طول کشید (با چندین بار راه اندازی مجدد ، به دلیل خرابی سیستم) و Litecoin حدود 2 روز.

علاوه بر این ، پس از چند روز نزدیک شدن به یک همگام سازی کامل (کمتر از 100 بلوک برای رسیدن به آن) ، تصمیم گرفتیم گره کامل اتریوم را در حالت فعلی آن ، 99.99٪ برای یک همگام سازی کامل ارزیابی کنیم.

ما در نظر گرفتیم که 99.99٪ تقریب خوبی برای هماهنگی کامل است.

تعداد بلوک های جدید تولید شده و قابلیت های محدود Raspberry Pi برای آن گره کامل ، دستیابی به یک هماهنگی کامل را دشوار کرده است.

در مقایسه با گره های نور ، قابلیت های اضافی که گره های کامل پیاده سازی می کنند ، که عمدتا انبار است ، در مقادیر مصرف بالاتر ، هم در حافظه و هم CPU مشاهده می شود.

همانطور که انتظار می رفت بیشتر مقادیر به دست آمده پس از هماهنگی پایین تر از زمان انجام آن باشد.

در گره کامل اتریوم پس از هماهنگ سازی ، میانگین CPU استفاده شده 5 برابر کمتر و میانگین حافظه 2.8 برابر کمتر ، با توجه به مقادیر هنگام هماهنگ سازی.

مصرف انرژی ، هنگامی که با اندازه گیری پایه تمشک (272.09 میلی آمپر) مقایسه می شود ، در زمان هماهنگ سازی 120٪ در گره اتریوم افزایش می یابد ، در حالی که گره کامل بیت کوین آن را با 57٪ و Litecoin با 60٪ انجام می دهد.

این مقادیر پس از هماهنگی برای اتریوم 36٪ افزایش و برای Litecoin کمتر از 3٪ بود.

استفاده از CPU و حافظه نیز در گره های کامل افزایش یافت ، به خصوص در زمان هماهنگ سازی ، بالاترین مقادیر مصرف گره Ethereum بود که به طور متوسط ​​256٪ از استفاده از CPU و 86٪ حافظه را بدست آورد.

اما ، پس از هماهنگ سازی ، این مقادیر به ترتیب به 47 و 29 درصد کاهش یافت.

برای Litecoin ، استفاده از CPU در طول همگام سازی 117٪ و پس از هماهنگی فقط 7٪ بود.

اعتبار سنجی بلوک CPU فشرده است ، بنابراین افت مصرف CPU پس از هماهنگی زنجیره طبیعی است.

در مقابل ، استفاده از حافظه در Litecoin از 19٪ به 51٪ پس از هماهنگی افزایش یافته است.

این احتمالاً به دلیل پروتکل اجماع فشرده حافظه است.

همانطور که مقادیر پهنای باند انتظار می رود ، با گره های نور مقایسه شوند ، زیرا زنجیره کامل را ذخیره می کنند.

در حالی که برای پهنای باند گره های سبک به ترتیب Kb بود ، گره های کامل به ترتیب Mb بودند.

گره کامل بیت کوین 13 هزار بار بایت بیشتر از گره سبک خود دریافت کرده و گره کامل Litecoin در هنگام هماهنگ سازی ، 5 هزار برابر بیشتر از نسخه سبک آن و به سختی 20 برابر بیشتر پس از همگام سازی.

سناریوهای بسیار کمی وجود دارد که استفاده از یک گره کامل از IoT معقول است.

ما هیچ برنامه ای که از آن در IoT استفاده می کند را پیدا نکردیم.

این می تواند در استقرارهای خصوصی و برای اهداف آزمون استفاده شود ، اما می دانیم که در برنامه های نهایی دستگاه های مناسب تری برای اجرای این گره ها وجود دارد.

نتایج ارزیابی نشان می دهد که امکان استفاده از این گره ها در IoT بسیار محدود است.

همانطور که گفته شد ، گره های سبک برای دستگاههای با منبع محدود مانند مواردی که در IoT قرار دارند ، به مراتب مناسب تر هستند.

قابل توجه ترین مشکلات در طول آزمایشات ، دشواری در یافتن اطلاعات به روز در مورد پیاده سازی گره های مختلف در صفحات یافت شده برای دستگاه های IoT ، همراه با زمان نصب بالا در برخی موارد و زمان هماهنگ سازی بسیار زیاد برای گره های کامل بود.

علاوه بر این ، تنظیم صحیح برای دستگاه های IoT در بعضی موارد مانند اتریوم ضروری است ، در غیر این صورت گره کامل تمشک را فرو می ریزد.

مستندات و پیاده سازی های رسمی برای استقرار گره های فوق بسیار مفید بوده است.

4-2- برنامه های Blockchain:

در امور مالی ، ظهور قابل توجهی از ارزهای رمزنگاری جایگزین (altcoin ، 1486 مطابق coinmarketcap) وجود داشته است که بازار جدیدی را ایجاد کرده اند و اشکال جدید پرداخت و سرمایه گذاری را فعال کرده اند.

نمونه هایی از آنها Ripple [74] ، Litecoin [12] ، Nxt [65]، Peercoin [112]، Bitshares [66]، Dogecoin [113]، Namecoin [114]، Dash [32] و Monero [28].

این بازار جدید همچنین منجر به ظهور برنامه های جدید برای زیرساخت های پرداخت ، مبادله و تجارت برای این ارزهای جدید شده است.

فراتر از منابع مالی ، دفترچه توزیع شده و بی اعتماد blockchain به عنوان یک راه حل ایده آل برای سیستم های قابلیت ردیابی شناخته شده است.

معاملات اقتصادی در بیت کوین چه بوده است ، به تغییراتی در اشیاء ترسیم شده تبدیل شده اند.

در این روش زنجیره اشیاء و تمام تغییرات آنها را ذخیره می کند و امکان ردیابی کامل ، باز و قابل اعتماد را می دهد و تنها با استفاده از این فناوری امکان پذیر است.

برخی از پروژه های در حال انجام از طرف شرکت های برجسته ای همچون IBM ، Unilever ، Walmart و Nestle برای ردیابی مواد غذایی [108] یا رنو برای ردیابی تاریخچه نگهداری وسایل نقلیه همکاری می کنند [115].

تأیید هویت همچنین به یک برنامه محبوب فن آوری تبدیل شده است ، blockchain یک دفترچه توزیع شده با اعتماد آزاد فراهم می کند که می تواند برای ذخیره هویت ها استفاده شود.

این امر باعث می شود مدیریت جهانی هویت ها امکان پذیر شود.

در زمینه دولت الکترونیک بسیاری از کشورها استفاده از فناوریهای blockchain را به عنوان مثال پیشنهاد کرده اند:

برای گذرنامه های دبی [116] ، هویت الکترونیکی در استونی [117] ، ایلینویز برای دیجیتالی کردن شناسنامه ها [118] و در هند برای ثبت زمین [119].

علاوه بر این ، ادغام قراردادهای هوشمند دنیای امکان را برای بسیاری از صنایع ایجاد می کند:

انرژی ، بیمه ، وام ، پرداخت حق امتیاز موسیقی ، املاک و مستغلات ، قمار ، شرط بندی و غیره

ذخیره سازی ابر ، آموزش و یا سلامت الکترونیکی مناطقی دیگر هستند که در آن برنامه های کاربردی blockchain پیشنهاد شده است.

در جدول 5 برخی از این برنامه ها در مناطق مختلف ذکر شده است.

4-2-1- برنامه های IoT-blockchain:

اگرچه استفاده از blockchain در IoT نسبتاً اخیر است ، اما در حال حاضر تعداد زیادی پیشنهاد وجود دارد که از این فناوری به روشهای مختلفی برای بهبود فناوری فعلی IoT استفاده می شود.

خلاصه برخی از این پیشنهادها در جدول 6 آورده شده است.

در حقیقت ، IoT می تواند در بسیاری از سناریوها به نیروهای دارای blockchain پیوست.

تقریباً همه برنامه های قابلیت ردیابی می توانند از گنجاندن دستگاه های IoT بهره مند شوند ، به عنوان مثال ، سنسورهایی که به محصول متصل شده اند برای ردیابی می توانند اطلاعات را هنگام توزیع آن ارائه دهند.

به طور مشابه ، بسیاری از برنامه های کاربردی که با ارائه داده های حساس دنیا را دیجیتالی می کنند ، می توانند با فناوری blockchain غنی سازی شوند.

این امر می تواند به افزایش مشروعیت داده ها یا قابلیت اطمینان کمک کند و علاوه بر این ، مکانیسم های شناسایی ، تأیید اعتبار و مجوز توزیع شده را نیز بدون نیاز به مقامات مرکزی فراهم کند.

Blockchain می تواند کاندیدای قدرتمندی باشد که مفهوم شهر هوشمند را به واقعیت تبدیل کند.

مفهوم شهر هوشمند مبتنی بر دستگاههای هوشمند IoT است که می توانند بطور مستقل کار کنند.

Blockchain می تواند استقلال دستگاه ها را افزایش دهد ، زیرا تعامل و هماهنگی را با تهیه یک دفترچه باز توزیع می کند که دستگاه ها می توانند اطلاعات قابل اعتماد را با قابلیت اطمینان از آنها سؤال کنند.

علاوه بر این ، خودمختاری که blockchain را ممکن می سازد ، از ایجاد بازارهای جدید IoT حمایت می کند. [85،87-89].

همانطور که در جدول 6 نشان داده شده است ، اتریوم محبوب ترین سیستم عامل برای برنامه های IoT-blockchain است.

اتریوم ویژگی های بیشتری نسبت به بیت کوین ارائه می دهد ، گنجاندن قراردادهای هوشمند برنامه های ممکن را تا حد زیادی گسترش می دهد.

در LO3 Energy [87] یک میکروگرید انرژی که از blockchain استفاده می کند در بروکلین (ایالات متحده آمریکا) ، جنوب آلمان و استرالیا جنوبی نشان داده شده است.

ریزگردها گروههای بومی سازی شده تولید برق ، ذخیره انرژی و بارهای الکتریکی هستند.

این پروژه یک بازار انرژی در جامعه ایجاد می کند که یک شبکه انرژی غیرمتمرکز P2P ایجاد می کند که با شبکه برق گسترده تر هماهنگ شده است.

این اولین پلتفرم blockchain انرژی است که به دستگاههای حاشیه شبکه اجازه می دهد تا به طور ایمن و مستقیم برای فروش انرژی در میان شرکت کنندگان میکروگرام معامله کنند.

یک دستگاه ترکیبی میزان تولید انرژی ساختمان را در حال استفاده می کند و داده ها را به شبکه می فرستد.

پروژه تله متری غیر متمرکز غیر متمرکز (ADEPT) به رهبری IBM و سامسونگ [80] برای ارتقاء استقلال دستگاه انجام شده است و برای این منظور آنها از فن آوری blockchain برای اطمینان از اجرای کد در دستگاه های لبه استفاده می کنند.

ADEPT از سه پروتکل استفاده می کند:

Telehash ، Bittorrent و Ethereum ، به ترتیب برای پیام رسانی ، به اشتراک گذاری فایل و blockchain.

فناوری Blockchain احراز هویت ، تعامل ، قراردادها و لیست های چک را ارائه می دهد.

اثبات مفهوم آنها شامل ماشین لباسشویی های هوشمند است که از قراردادهای هوشمند برای خرید مواد شوینده از خرده فروشان استفاده می کنند.

چارچوب blockchain پیشنهاد شده توسط Slock.it [85] با هدف پرداختن به امنیت ، هویت ، هماهنگی و حفظ حریم خصوصی بیش از میلیارد ها دستگاه IoT.

هدف این است که یک اقتصاد مشترک ایجاد کنیم که در آن هر دارایی IoT با ایمن و سریع بدون نیاز به هیچ مرجع اجاره شود.

آنها در حال کار روی پروژه های مختلفی هستند ، به عنوان مثال یک بازار برای تأسیس زیرساخت شارژ برای وسایل نقلیه برقی به نام Blockcharge.

این راه حل با استفاده از یک smartplug ، یک برنامه موبایل برای فعال کردن پلاگین و کنترل شارژ و از blockchain برای پرداخت هزینه خدمات استفاده می کند.

آنها همچنین برای خودکار کردن اجاره آپارتمان روی یک قفل هوشمند کار می کنند.

Aigang [88] یک شبکه بیمه مستقل برای دارایی های IoT است.

Aigang قراردادهای هوشمندی را روی تخت تست Ethereum مستقر کرده است که خط مشی هایی را صادر می کند ، ارزیابی خطر را انجام می دهد و به طور خودکار ادعا می کند.

آنها همچنین یک ارز مجازی سفارشی (AIX) ایجاد کرده اند.

آنها فرصت های سرمایه گذاری در محصولات مختلف با سطوح مختلف ریسک و سود بالقوه را دارند.

قراردادهای هوشمند دستگاههای هوشمند را با بیمه نامه ها متصل می کنند.

از طریق این قراردادها دستگاهها می توانند تعمیر و نگهداری سفارش دهند و پرداخت بیمه نیز می تواند به صورت خودکار انجام شود.

با درج اوراکل برای گزارش رویدادها ، رسیدگی به ادعا می تواند به صورت خودکار انجام شود.

MyBit [89] قصد دارد اکوسیستم خدماتی را ایجاد کند که دارایی IoT (از هواپیماهای بدون سرنشین تا اتومبیل) در گروهی از افراد متعلق باشد و درآمدها مشترک است.

یک مدل تأمین مالی جدید و فرصت سرمایه گذاری برای همه باز است.

قراردادهای هوشمند اتریوم برای اتوماسیون فرایندها استفاده می شود:

هنگامی که دستگاه های IoT درآمد ایجاد می کنند ، سرمایه گذاران به طور خودکار سهمی از سود را متناسب با سهام مالکیت خود دریافت می کنند.

یک قرارداد هوشمند مرکزی وظیفه کنترل ، نگهداری و به روزرسانی سکو را بر عهده دارد.

این پلت فرم انواع دارایی ها را تعریف می کند ، و دستگاه های IoT با دارایی ها مرتبط می شوند ، پس از نصب آنها از طریق API اطلاعات ارسال و درخواست می کنند.

Oracle برای اتصال دستگاه ها به شبکه استفاده می شود.

AeroToken [148] با هدف ایجاد یک سیستم مجوز ناوبری و دسترسی به املاک در زمان واقعی برای خدمات پهپادی تجاری در ارتفاع کم.

آنها با اشتراک داوطلبانه فضای هوایی بر روی خواص ، راه حلی برای هدایت هواپیماهای بدون سرنشین ارائه می دهند.

این امر به حل مشکل پروانه بهره برداری از هواپیماهای بدون سرنشین کمک می کند تا یک بازار مشترک اشتراکی بسازید.

صاحبان املاک فضای هوایی خود را با استفاده از قراردادهای هوشمند در blockchain ، ارائه می دهند و ارائه دهندگان خدمات هواپیماهای بدون سرنشین برای دسترسی موقت پرداخت می کنند.

برنامه با استفاده از قراردادهای هوشمند اتریوم توسعه یافته است.

The Chain of Things [146] یک آزمایشگاه تحقیقاتی IoT با قابلیت blockchain است که مارو ، راه حل سخت افزاری یکپارچه و راه حل سخت افزاری IoT را پیشنهاد می کند.

بلاکچین از بدو تولد ، امنیت و قابلیت همکاری ، دستگاه هایی را با هویت جهانی فراهم می کند.

سه مطالعه موردی ارائه شده است:

Chain of Security با تمرکز بر تأمین امنیت IoT از طریق blockchain؛ Chain of Solar که هدف از آن اتصال پنل های خورشیدی به سد های زنجیره ای برای ذخیره انرژی تولید شده برای انواع برنامه ها و Chain of حمل و نقل است ، که قصد دارد امنیت را در صنعت حمل و نقل و لجستیک بهبود بخشد.

برای ارسال داده ها به شبکه از دستگاه های ورود به سیستم داده ها استفاده می شود.

اثبات مفهوم از طریق شبکه اتریوم ساخته شده است.

Chronicled [111] چندین محصول IoT با قابلیت رمزنگاری با هدف ایجاد اکوسیستم های معتبر IoT در جهان و زنجیره تامین را توسعه داده است.

پلتفرم مزمن شامل یک سرور هماهنگ سازی blockchain است که قادر به همگام سازی با چندین سیستم blockchain مانند Quorum ، Ethereum و Hyperledger است.

ثبت و تأیید هویت دستگاه از طریق قراردادهای هوشمند انجام می شود.

راه حل blockchain Modum [84] ارائه یکپارچگی داده ها برای محصولات فیزیکی ، با محوریت بهبود فرآیندهای زنجیره تأمین است.

سنسورهای Modum شرایط محیطی را هنگام حمل و نقل ضبط می کنند.

Modum برای کار با سیستم عامل های مختلف طراحی شده است.

راه حل توزیع محصولات پزشکی با استفاده از blockchain اتریوم تهیه شده است.

قراردادهای هوشمند Ethereum برای تأیید داده های سنسور در هر زمان تغییر مالکیت کالا ، استفاده می شود ، قرارداد تأیید می کند که معامله مطابق با استانداردهای مشتری است.

این راه حل برچسب های حسگر را جمع آوری می کند که در هنگام ترانزیت اندازه گیری می شود ، یک برنامه کاربردی موبایل که برای اتصال و فعال کردن حسگرها و تغییر مالکیت استفاده می شود و داشبورد برای تجزیه و تحلیل داده های جمع آوری شده حسگر پس از دریافت محموله.

Twin of Things یک راه حل برای تضمین مالکیت و منشأ اشیاء روزمره است [147] که توسط ریدل و کد تهیه شده است.

راه حل ترکیبی از blockchain و رمزنگاری برای تولید یک هویت دیجیتال مبتنی بر سخت افزار برای همه اشیاء فیزیکی متصل است.

ارتباط و معاملات بین دستگاه ها به لطف blockchain به صورت مستقل و ایمن انجام می شود.

یک تراشه رمزنگاری بسیار ایمن هر دستگاه را قادر می سازد تا به یک گره blockchain تبدیل شود.

این تراشه در قالب یک برچسب NFC غیر قابل جابجایی چسب تولید می شود و از یک برنامه اندرویدی برای انجام یک معامله blockchain برای ثبت هویت منحصر به فرد و لعاب تراشه استفاده می شود.

پس از تأیید اعتبار در شبکه ، می تواند با دستگاه های دیگر ارتباط برقرار کند.

این راه حل به گونه ای طراحی شده است که به صورت agnostic blockchain باشد ، در حال حاضر می تواند با blockchain های Ethereum ، Bitcoin و BigchainDB کار کند.

Blockchain of Things [82] یک بستر ارتباطی باز و ایمن برای ادغام IoT صنعتی فراهم می کند.

آنها Catenis ، یک لایه سرویس وب را برای یکپارچه سازی سریع blockchain Bitcoin ، با رمزگذاری نهایی به پایان پیشنهاد می کنند.

همچنین می توان آنرا با Ethereum ، Hyperledger و سایر بلاکچین ها سازگار کرد.

در Catenis ، هر دستگاه IoT به عنوان یک وسیله مجازی در Catenis Hub و Gateways (با افزایش امنیت) نمایش داده می شود.

هر دستگاه مجازی میزبان خدمات Catenis برای دستگاه IoT را مدیریت می کند.

5- نتیجه گیری و کارهای آینده:

فن آوری های مختل کننده همیشه جنجال بزرگی ایجاد می کنند.

اگرچه بسیاری از مضرات ارزهای مجازی وجود دارد ، اما به نظر نمی رسد که فناوری که آنها را حفظ می کند یک انقلاب تکنولوژیکی قابل توجه است.

Blockchain اینجا برای ماندن است.

با این حال ، اصلاح فن آوری بدون تضمین کافی عملکرد آن یا استفاده از آن در سناریوهایی که هزینه آن را جبران نمی کند ، خطراتی است که می توان آن را به راحتی سقوط کرد.

بنابراین ، مزایای استفاده از blockchain به IoT باید با دقت مورد بررسی و با احتیاط قرار گیرد.

در این مقاله ، تجزیه و تحلیل چالش های اصلی که blockchain و IoT باید به منظور دستیابی به موفقیت در کنار هم باشند ، ارائه شده است.

ما نکات کلیدی را شناسایی کرده ایم که در آن فناوری blockchain می تواند به بهبود برنامه های IoT کمک کند.

ارزیابی نیز برای اثبات امکان استفاده از گره های blockchain در دستگاه های IoT ارائه شده است.

برای تکمیل مطالعه ، سیستم عامل ها و برنامه های موجود نیز مورد بررسی قرار گرفته است ، یک نمای کلی از تعامل بین فناوری blockchain و الگوی IoT ارائه می دهد.

انتظار می رود که blockchain در IoT متحول شود.

ادغام این دو فناوری با در نظر گرفتن چالش های مشخص شده در این مقاله باید مورد توجه قرار گیرد.

تصویب آیین نامه برای گنجاندن کلوچین و IoT به عنوان بخشی از زیرساخت های دولتی مهم است.

این تصویب باعث تعامل بین شهروندان ، دولت ها و شرکت ها می شود.

اجماع همچنین به عنوان بخشی از فرایندهای استخراج معادن و توزیع تابلوهای زنجیره ای نقش اصلی را در گنجاندن IoT ایفا خواهد کرد.

با این وجود ، یک دوگانگی بین اعتماد به نفس داده ها و تسهیل درج دستگاه های تعبیه شده بوجود می آید.

سرانجام ، فراتر از قابلیت مقیاس پذیری و ظرفیت ذخیره سازی که هر دو فناوری را تحت تأثیر قرار می دهد ، باید تلاش شود تا امنیت و حفظ حریم خصوصی فن آوری های حساس که IoT و blockchain می توانند تبدیل شوند نیز اطمینان حاصل شود.

یكی از اصلی ترین نگرانی ها در مورد blockchain و به ویژه cryptocur ارز ، ناپایداری آن است كه از طرف مردم نیز برای بهره گیری ناعادلانه از این وضعیت مورد سوء استفاده قرار گرفته است.

ادغام IoT و blockchain استفاده از blockchain را تا حد زیادی افزایش می دهد ، به گونه‌ای که ارزهای معتبر را در همان سطح تأمین اعتبار فعلی ایجاد کنید.