26378

ارائه يك الگوريتم اجماع مقياس‌پذير و امن براي كاربردهاي زنجيره بلوكي در اينترنت اشياء

ارشد

مهندسي كامپيوتر

1399-1400

1400/11/27

دكتر محمد عبداللهي ازگمي

مهندسي كامپيوتر

در اينترنت اشياء هر دستگاه به عنوان يك گره نياز دارد تا به اطلاعات ارسالي و دريافتي و تراكنش‌هاي خودش يا بقيه گره‌ها دسترسي داشته باشد. محدوديت منابع محاسباتي و ذخيره‌سازي اطلاعات در هر دستگاه، باعث مي‌شود گره‌ها از سيستم سوم شخص براي ذخيره‌سازي اطلاعات و تراكنش‌ها كمك بگيرند و همين امر باعث كاهش امنيت مي‌شود، چون نمي‌توانيم به طور كامل به اين سيستم سوم‌شخص اعتماد كنيم و باعث بوجود آمدن نقطه اختلال يكتا نيز مي‌گردد. زنجيره بلوكي مي‌تواند با ذخيره‌سازي اطلاعات به صورت توزيع شده به حل اين مشكل كمك كند. البته با توجه به ويژگي‌هاي روش‌هاي معمول اجماع در زنجيره بلوكي، ثبت هر تراكنش يا اطلاعات در زنجيره بلوكي با روشي مانند ‌‌PoW نزديك به 10 دقيقه زمان نياز دارد و همچنين ميزان تحمل پذيري در برابر حملات در اين روش حداكثر 25 درصد است كه باعث مي‌شود نتوانيم از روش‌هاي معمول اجماع زنجيره بلوكي كه در رمزارزها مورد استفاده قرار مي‌گيرد در اينترنت اشياء استفاده كنيم، چون اينترنت اشياء نياز به سرعت و امنيت بيشتري دارد. در اين پايان­نامه ويژگي‌هاي اساسي اينترنت اشياء، از جمله كمبود منابع محاسباتي، ناهمگون بودن گره‌ها و كمبود پهناي باند را مورد توجه قرار داده و با بررسي نيازمندي‌هاي اساسي آن، از جمله ثبت در لحظه تراكنش‌ها، پذيرش گره‌ها و تراكنش‌ها در مقياس بالا و حفظ امنيت داده‌ها، روشي را براي اجماع زنجيره بلوكي پيشنهاد كرده­ايم. اين روش مي­تواند سطح بالاتري از امنيت و مقياس‌پذيري را نسبت به روش‌هاي معمول اجماع زنجيره بلوكي در اختيار اينترنت اشياء قرار دهد. روش پيشنهادي با ايجاد گره مياني، خوشه‌بندي گره‌ها و انتخاب گره نماينده براي ساخت بلوك باعث افزايش مقياس‌پذيري و مقاومت بيشتر در برابر حملات امنيتي مي‌گردد. روش پيشنهادي با استفاده از ابزار NS-3 و ايجاد شبكه نظير به نظير شبيه‌سازي شده و با انجام آزمايشات متعدد با تعداد گره‌هاي متفاوت مقياس‌پذيري ساخت بلوك و افزايش تعداد گره مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج آزمايشات نشان‌دهنده اين موضوع هستند كه سرعت ساخت بلوك در روش پيشنهادي بهتر از روش‌هاي مرسوم است و مقياس‌پذيري آن نيز در مقابل گسترش تعداد گره زنجيره بلوكي افزايش قابل ملاحظه‌اي داشته است. با تعريف مدل شبكه و همچنين تعريف مدل حملات مختلف، رفتار روش پيشنهادي به صورت تحليلي رياضي مورد ارزيابي قرار گرفته و نشان‌دهنده اين است روش پيشنهادي مقاومت بيشتري در برابر حملاتي مانند حمله كاوشگر خودخواه، حمله DDOS و ساير حملات دارد.

1401/02/04

A Scalable and Secure Consensus Algorithm for the Applications of Blockchain in the Internet of Things

2/16/2022 12:00:00 AM

In internet of things each device as a node needs to access its sent or received transaction data. the limitation of computing power and storage caused to using the third party to save transactions and data that compromises the security of the Internet of Things. IoT nodes cant trust the third-party platform because it can be the single point of failure. blockchain can help to solve this issue by saving transactions and data in a distributed manner . considering some features and limitations of the usual consensus algorithm like POW, saving transactions can take ten minutes that are not suitable for IoT.althogh the fault tolerance of POW is below than IoT expected. IoT needs more security and scalability . In this article, by considering basic properties of IoT like limitation of power and storage, heterogeneous nodes, limitation of network bandwidth and IoT expectation like real-time submitting transaction and scalability of nodes, we propose a new consensus algorithm that develops scalability and security in comparison of usual consensuses like PoW and PoS . proposed consensus develops scalability and security by using clustering, adding hub nodes for each home, selecting cluster head by raft algorithm . proposed consensus simulated by using ns-3 tools and peer-to-peer network and evaluated by many experiments. results show that the latency of block creation reduced in comparison to the usual consensus and cause increased scalability. although the scalability of node membership increased in comparison to the usual consensus . proposed consensus security evaluated by mathematical analysis to ensure that the consensus is resistant under security attack. results show that security is developed in this consensus. it develops resistance under attacks like DDOS and selfish mining attacks.

اينترنت اشياء , زنجيره بلوكي , الگوريتم اجماع , مقياس پذيري , امنيت , خوشه بندي

internet of things , blockchain , consensus algorithm , scalability , security , clustering

masood bayati

Dr.Mohammad Abdollahi Azgomi