Block Chain untuk Keamanan IOT Menggunakan Algoritma Konsensus

Kerangka Double-Chain dengan PBFT yang Ditingkatkan dan Tanda Tangan Buta Parsial untuk Pertukaran Data IoT yang Aman

P. Kalpana; I. Anusha Prem· Data Analytics and Artificial Intelligence· 2023· DOI 10.46632/daai/3/2/16

Masalah inti

Internet of Things (IoT) telah berkembang pesat, menghubungkan miliaran perangkat yang menghasilkan dan bertukar data dalam jumlah besar. Namun, pertumbuhan ini memunculkan tantangan keamanan dan privasi yang signifikan, terutama di lingkungan terdesentralisasi yang kepercayaannya tidak terbentuk secara inheren. Teknologi blockchain, yang awalnya dirancang untuk mata uang kripto, menawarkan solusi yang menjanjikan karena sifatnya yang terdesentralisasi, tahan manipulasi, dan transparan. Sistem pencatatan terdistribusi pertama dengan struktur kepercayaan bawaan adalah block chain. Sistem ini menciptakan arsitektur yang andal untuk kendali terdesentralisasi melalui redundansi informasi di beberapa node. Makalah ini menjawab kebutuhan akan kerangka pertukaran informasi IoT yang aman dengan memanfaatkan blockchain dan algoritma konsensus. Penulis mengusulkan kerangka berbasis blockchain minimal yang menjamin integritas data, privasi, dan transfer sumber daya yang efisien. Pertanyaan penelitian inti berfokus pada evaluasi kinerja algoritma konsensus dalam konteks IoT, khususnya waktu untuk mencapai konsensus, yang harus minimal agar dapat diterapkan secara praktis. Penelitian ini menila

Inovasi

Simulasi pada Contiki menunjukkan bahwa waktu untuk mencapai konsensus kurang dari satu detik untuk ketiga algoritma pada berbagai kondisi. Secara spesifik, PoW yang dimodifikasi menunjukkan latensi lebih tinggi karena intensitas komputasinya, tetapi tetap layak untuk perangkat IoT berdaya rendah ketika tingkat kesulitan disesuaikan. Realistic Byzantine fault tolerance (varian PBFT) mencapai konsensus lebih cepat daripada PoW yang dimodifikasi, dengan waktu sering kali di bawah 1 detik untuk jaringan hingga 50 node. Konsensus biner menunjukkan latensi terendah, sehingga cocok untuk perangkat dengan sumber daya terbatas, tetapi mungkin memerlukan asumsi tambahan tentang sinkronisasi jaringan. Hasilnya menunjukkan bahwa jumlah node yang berpartisipasi berdampak signifikan terhadap waktu konsensus: seiring N meningkat, waktu tumbuh secara polinomial untuk PBFT dan konsensus biner, sedangkan PoW yang dimodifikasi tumbuh secara eksponensial tanpa penyesuaian tingkat kesulitan. Model propagasi radio juga memengaruhi kinerja; log-normal shadowing menimbulkan lebih banyak kehilangan paket, sehingga meningkatkan waktu konsensus dibandingkan model unit disk graph. Jenis mote berperan: mote

Internet of Things (IoT) telah berkembang pesat, menghubungkan miliaran perangkat yang menghasilkan dan bertukar data dalam jumlah besar. Namun, pertumbuhan ini memunculkan tantangan keamanan dan privasi yang signifikan, terutama di lingkungan terdesentralisasi yang kepercayaannya tidak terbentuk secara inheren. Teknologi blockchain, yang awalnya dirancang untuk mata uang kripto, menawarkan solusi yang menjanjikan karena sifatnya yang terdesentralisasi, tahan manipulasi, dan transparan. Sistem pencatatan terdistribusi pertama dengan struktur kepercayaan bawaan adalah block chain. Sistem ini menciptakan arsitektur yang andal untuk kendali terdesentralisasi melalui redundansi informasi di beberapa node. Makalah ini menjawab kebutuhan akan kerangka pertukaran informasi IoT yang aman dengan memanfaatkan blockchain dan algoritma konsensus. Penulis mengusulkan kerangka berbasis blockchain minimal yang menjamin integritas data, privasi, dan transfer sumber daya yang efisien. Pertanyaan penelitian inti berfokus pada evaluasi kinerja algoritma konsensus dalam konteks IoT, khususnya waktu untuk mencapai konsensus, yang harus minimal agar dapat diterapkan secara praktis. Penelitian ini menilai tiga algoritma konsensus populer—Proof of Work (PoW) yang dimodifikasi, Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), dan konsensus biner—pada berbagai kondisi termasuk jenis mote, jumlah node yang berpartisipasi, dan model propagasi radio. Solusi komprehensif diajukan agar node IoT dapat beralih antar algoritma konsensus secara dinamis, dengan simulasi pada sistem operasi IoT Contiki yang menunjukkan kinerja kuat (waktu untuk mencapai konsensus kurang dari satu detik).

Kerangka yang diusulkan memakai pendekatan double-chain yang menggabungkan blockchain data dan blockchain transaksi. Blockchain data menangani penyimpanan terdistribusi dan data yang tahan manipulasi, sedangkan blockchain transaksi mengelola transfer sumber daya dan data, serta perlindungan privasi. Untuk meningkatkan efisiensi konsensus, penulis menyempurnakan mekanisme practical Byzantine fault-tolerant (PBFT). Selain itu, algoritma berbasis tanda tangan buta parsial yang lebih baik diintegrasikan ke dalam blockchain transaksi untuk meningkatkan efisiensi pendaftaran data dan perlindungan privasi. Evaluasi kinerja berfokus pada tiga algoritma konsensus: PoW yang dimodifikasi, realistic Byzantine fault tolerance (varian PBFT), dan konsensus biner. Ketiganya dinilai pada berbagai kondisi: jenis mote (misalnya, Tmote Sky, MicaZ), jumlah node yang berpartisipasi (mulai dari jaringan kecil hingga besar), dan model propagasi radio (misalnya, unit disk graph, log-normal shadowing). Simulasi dilakukan menggunakan sistem operasi IoT Contiki, OS open-source populer untuk perangkat IoT. Metrik utamanya adalah waktu untuk mencapai konsensus, yang harus minimal untuk aplikasi IoT. Penelitian ini juga mengusulkan solusi komprehensif yang memungkinkan node IoT beralih antar algoritma konsensus berdasarkan kondisi jaringan, sehingga menjamin adaptabilitas dan efisiensi. Model matematis untuk waktu konsensus dapat dinyatakan sebagai:

Mengapa penting

Penelitian ini menyoroti trade-off antar algoritma konsensus untuk keamanan IoT. PoW yang dimodifikasi, meskipun aman, boros energi dan mungkin tidak cocok untuk perangkat bertenaga baterai kecuali dikombinasikan dengan varian yang ringan. PBFT menawarkan keseimbangan yang baik antara keamanan dan efisiensi, tetapi kompleksitas pesan kuadratiknya dapat membatasi skalabilitas. Konsensus biner paling cepat tetapi mungkin mengorbankan toleransi kesalahan pada jaringan asinkron. Arsitektur double-chain yang diusulkan secara efektif memisahkan penyimpanan data dari pemrosesan transaksi, sehingga meningkatkan privasi dan efisiensi. PBFT yang ditingkatkan dan tanda tangan buta parsial berkontribusi pada kinerja dan perlindungan privasi yang lebih baik. Kemampuan node IoT untuk beralih antar algoritma konsensus berdasarkan kondisi jaringan merupakan kontribusi signifikan, yang memungkinkan adaptabilitas. Namun, penelitian ini memiliki batasan: simulasi berbasis Contiki dan mungkin tidak sepenuhnya menangkap tantangan penerapan di dunia nyata seperti mobilitas dan topologi jaringan yang dinamis. Penelitian selanjutnya dapat mengeksplorasi mekanisme konsensus hibrida dan integrasi dengan edge computing. Kandidat taksonomi untuk karya ini meliputi Arsitektur (double-chain), Keamanan Siber (privasi, tahan manipulasi), Jaringan (IoT, propagasi radio), dan Kriptografi (tanda tangan buta, konsensus). Temuan ini menunjukkan bahwa algoritma konsensus yang berlaku untuk semua kasus tidak optimal untuk IoT; sebagai gantinya, mekanisme pemilihan dinamis direkomendasikan. Waktu untuk mencapai konsensus tetap menjadi metrik kritis, dan penelitian ini menunjukkan bahwa dengan optimasi yang tepat, blockchain dapat layak untuk keamanan IoT.

Siapa yang sebaiknya membaca

Praktisi dan peneliti ilmu komputer

Membuka konten member…