Arsitektur Enkripsi Berbasis Atribut yang Diperkuat Blockchain dengan Analisis Kelayakan

Desain manajemen kunci ABE-LSSS dan blockchain end-to-end yang divalidasi di NS3 untuk jaringan IoT dengan sumber daya terbatas

A. Ferrer-Rojas; B. T. Maharaj; M. C. Hlophe· IEEE Access· 2025· DOI 10.1109/ACCESS.2025.3554643

Masalah inti

Proliferasi perangkat Internet of Things (IoT) telah menciptakan kebutuhan mendesak akan solusi keamanan data yang dapat beroperasi dalam keterbatasan sumber daya yang ketat. Metode enkripsi tradisional seperti RSA dan AES sulit menyeimbangkan jaminan keamanan dengan overhead kinerja, sehingga sistem terekspos pada ancaman siber canggih. Teknologi blockchain muncul sebagai pelengkap yang menjanjikan, menawarkan perlindungan data terdesentralisasi yang tahan manipulasi serta meningkatkan kepercayaan dan transparansi di seluruh jaringan terdistribusi. Sejalan dengan itu, skema Enkripsi Berbasis Atribut (ABE) telah dikembangkan, sering kali menggabungkan enkripsi asimetris dan simetris untuk mencapai efisiensi sekaligus kontrol akses yang terperinci. Meskipun ada kemajuan tersebut, masih terdapat celah signifikan dalam penerapan praktis: arsitektur jaringan untuk sistem berbasis ABE masih kurang dieksplorasi, dan simulasi kelayakan dalam kondisi IoT yang realistis masih terbatas. Studi ini menjawab celah tersebut dengan mengusulkan arsitektur keamanan end-to-end yang mengintegrasikan ABE dengan kebijakan akses Linear Secret Sharing Scheme (LSSS) dan manajemen kunci terdistribusi berba

Inovasi

Simulasi numerik menunjukkan bahwa arsitektur yang diusulkan mencapai waktu konsensus serendah 0,25 detik untuk kesepakatan kunci dan 0,7 detik untuk konsensus pesan, bahkan dalam pengaturan dengan sumber daya terbatas. Untuk jaringan besar, waktu konsensus mencapai serendah 0,75 detik, menunjukkan bahwa sistem dapat berskala tanpa pertumbuhan latensi yang prohibitive. Sistem juga mencapai throughput rata-rata 0,3 transaksi per detik di lingkungan bersumber daya rendah. Hasil ini penting karena menunjukkan bahwa manajemen kunci berbasis blockchain dapat beroperasi dalam anggaran latensi dan energi yang ketat seperti yang umum pada perangkat IoT. Waktu kesepakatan kunci 0,25 s menunjukkan bahwa pembentukan sesi cukup cepat untuk banyak aplikasi IoT waktu nyata, sedangkan waktu konsensus pesan 0,7 s mendukung pertukaran data mendekati waktu nyata. Waktu konsensus jaringan besar 0,75 s lebih lanjut menunjukkan bahwa arsitektur dapat menangani penerapan yang lebih luas tanpa degradasi kinerja yang linear. Throughput 0,3 TPS di lingkungan bersumber daya rendah mencerminkan trade-off antara keamanan dan efisiensi: meskipun tidak tinggi secara absolut, angka ini cukup untuk banyak kasus p

Proliferasi perangkat Internet of Things (IoT) telah menciptakan kebutuhan mendesak akan solusi keamanan data yang dapat beroperasi dalam keterbatasan sumber daya yang ketat. Metode enkripsi tradisional seperti RSA dan AES sulit menyeimbangkan jaminan keamanan dengan overhead kinerja, sehingga sistem terekspos pada ancaman siber canggih. Teknologi blockchain muncul sebagai pelengkap yang menjanjikan, menawarkan perlindungan data terdesentralisasi yang tahan manipulasi serta meningkatkan kepercayaan dan transparansi di seluruh jaringan terdistribusi. Sejalan dengan itu, skema Enkripsi Berbasis Atribut (ABE) telah dikembangkan, sering kali menggabungkan enkripsi asimetris dan simetris untuk mencapai efisiensi sekaligus kontrol akses yang terperinci. Meskipun ada kemajuan tersebut, masih terdapat celah signifikan dalam penerapan praktis: arsitektur jaringan untuk sistem berbasis ABE masih kurang dieksplorasi, dan simulasi kelayakan dalam kondisi IoT yang realistis masih terbatas. Studi ini menjawab celah tersebut dengan mengusulkan arsitektur keamanan end-to-end yang mengintegrasikan ABE dengan kebijakan akses Linear Secret Sharing Scheme (LSSS) dan manajemen kunci terdistribusi berbasis blockchain. Pertanyaan penelitian utamanya adalah apakah desain terintegrasi semacam itu dapat tetap ringan dan skalabel untuk lingkungan dengan keterbatasan sumber daya sekaligus mempertahankan sifat keamanan yang kuat. Penulis mengevaluasi kelayakan menggunakan Network Simulator 3 (NS3) dalam jaringan IoT tersimulasi, dengan fokus pada latensi konsensus dan throughput sebagai indikator kinerja utama.

Arsitektur yang diusulkan menggabungkan tiga komponen inti: (1) skema ABE dengan kebijakan akses LSSS untuk menegakkan kontrol akses berbasis atribut yang terperinci atas data terenkripsi; (2) lapisan blockchain yang menyediakan manajemen kunci terdistribusi yang tahan manipulasi; dan (3) lingkungan simulasi berbasis NS3 yang memodelkan jaringan IoT dengan perangkat berdaya terbatas. Konstruksi ABE-LSSS memungkinkan pemilik data mendefinisikan kebijakan akses sebagai program rentang monoton, di mana rahasia s dibagikan di antara atribut menurut matriks M berukuran ℓ \times n . Untuk baris i yang terkait dengan atribut ρ (i), bagian λ_{i} dihitung sebagai:

Mengapa penting

Analisis kelayakan menunjukkan bahwa menggabungkan ABE dengan kebijakan akses LSSS dan manajemen kunci berbasis blockchain dapat memberikan keamanan yang kuat tanpa mengorbankan kinerja dalam konteks IoT. Waktu konsensus 0,25 s (kesepakatan kunci) dan 0,7 s (konsensus pesan) bersaing dengan, atau lebih baik daripada, banyak proposal keamanan IoT berbasis blockchain yang ada. Waktu konsensus jaringan besar 0,75 s menunjukkan bahwa arsitektur ini menghindari pertumbuhan latensi eksponensial yang sering menghantui konsensus terdistribusi dalam pengaturan dengan sumber daya terbatas. Throughput rata-rata 0,3 TPS di lingkungan bersumber daya rendah merupakan batasan, tetapi dapat diterima untuk aplikasi seperti smart metering, pemantauan lingkungan, dan telemetri industri, di mana volume data moderat dan persyaratan keamanan tinggi. Penggunaan kebijakan akses LSSS memberikan fleksibilitas: pemilik data dapat mendefinisikan struktur akses yang kompleks tanpa bergantung pada otoritas pusat, dan lapisan blockchain memastikan manajemen kunci transparan dan tahan manipulasi. Evaluasi berbasis NS3 menambah kredibilitas karena memodelkan kondisi jaringan yang realistis, termasuk heterogenitas perangkat dan variabilitas tautan. Namun, studi ini juga mengungkap tantangan terbuka: throughput dapat menjadi hambatan dalam penerapan berdensitas tinggi, dan biaya energi konsensus pada perangkat bertenaga baterai memerlukan penyelidikan lebih lanjut. Pekerjaan mendatang dapat mengeksplorasi algoritma konsensus ringan, akselerasi perangkat keras untuk operasi ABE, dan manajemen kunci hibrida on-chain/off-chain untuk meningkatkan skalabilitas. Modularitas arsitektur berarti bahwa perbaikan ini dapat diintegrasikan tanpa merancang ulang model keamanan inti. Secara keseluruhan, studi ini memberikan cetak biru praktis untuk transmisi data yang aman dan efisien di IoT dan sistem terdistribusi lainnya, serta meletakkan dasar untuk studi kelayakan lebih lanjut di testbed dunia nyata.

Siapa yang sebaiknya membaca

Praktisi dan peneliti ilmu komputer

Membuka konten member…