Distributed-Proof-of-Sense: Mekanisme Konsensus Blockchain untuk Mendeteksi Pelanggaran Akses Spektrum Radio

Pertumbuhan eksponensial perangkat Internet-of-Things (IoT) dan jaringan nirkabel generasi berikutnya menuntut mekanisme akses spektrum dinamis (DSA) yang lebih maju. Alokasi spektrum statis tradisional menimbulkan inefisiensi, dan DSA berbasis blockchain muncul sebagai solusi menjanjikan karena desentralisasi, imutabilitas, dan transparansinya. Namun, mekanisme konsensus blockchain konvensional seperti Proof-of-Work (PoW) dan Proof-of-Stake (PoS) mahal secara komputasi dan intensif energi, sehingga tidak cocok untuk perangkat IoT dengan sumber daya terbatas. Selain itu, sistem DSA berbasis blockchain yang ada sebagian besar mengabaikan isu kritis pelanggaran spektrum—akses tanpa izin ke spektrum berlisensi. Makalah ini menjawab kesenjangan tersebut dengan memperkenalkan Distributed-Proof-of-Sense (DPoS), mekanisme konsensus yang dirancang khusus yang mengintegrasikan penginderaan spektrum dengan konsensus blockchain untuk memungkinkan DSA yang efisien dan mendeteksi pelanggaran spektrum. Mekanisme yang diusulkan memotivasi penambang untuk melakukan penginderaan spektrum, sehingga mengumpulkan data spektrum yang komprehensif sekaligus menjaga efisiensi energi. Inti DPoS bergantung pada bukti tanpa pengetahuan (ZKP) berbasis kriptografi kurva eliptik (ECC) untuk memverifikasi data penginderaan tanpa mengungkapkan informasi sensitif. Penulis mengevaluasi DPoS melalui simulasi MATLAB dan mengimplementasikan beberapa algoritma konsensus pada mikroprosesor untuk menunjukkan manfaatnya.

Mekanisme konsensus DPoS dirancang untuk beroperasi dalam jaringan akses spektrum dinamis berbasis blockchain di mana node (penambang) bersaing untuk menambahkan blok baru dengan melakukan tugas penginderaan spektrum. Proses dimulai dengan penambang mengindera spektrum radio pada pita frekuensi dan jendela waktu tertentu. Setiap penambang menghasilkan laporan penginderaan, yang kemudian dikompresi menjadi bukti tanpa pengetahuan menggunakan kriptografi kurva eliptik. Bukti ini memungkinkan penambang untuk menunjukkan bahwa ia telah melakukan penginderaan dengan benar tanpa mengungkapkan data mentah, sehingga menjaga privasi dan mengurangi overhead komunikasi. Algoritma konsensus memilih pengusul blok berikutnya berdasarkan kualitas dan kuantitas data penginderaan yang disumbangkan, memberi insentif pada partisipasi jujur. Konstruksi ZKP didasarkan pada protokol Schnorr pada kurva eliptik, memastikan efisiensi komputasi. Proses verifikasi melibatkan pemeriksaan bukti terhadap komitmen publik. Penulis memodelkan konsumsi energi DPoS dan membandingkannya dengan PoW, PoS, dan Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) menggunakan simulasi MATLAB. Selain itu, mereka mengimplementasikan algoritma konsensus ini pada mikroprosesor (misalnya, Raspberry Pi) untuk mengukur kinerja dunia nyata dalam hal energi, latensi, dan throughput. Parameter simulasi mencakup jaringan $N$ node, masing-masing dengan kemampuan penginderaan, dan blockchain dengan ukuran blok $B$ dan interval blok $T$. Konsumsi energi per node untuk penginderaan dimodelkan sebagai

, di mana $P_{\text{sense}}$ adalah daya penginderaan dan $t_{\text{sense}}$ adalah durasi penginderaan. Biaya pembuatan dan verifikasi ZKP dikuantifikasi menggunakan operasi kurva eliptik, dengan jumlah perkalian skalar sebagai metrik kunci. Penulis juga mendefinisikan tingkat deteksi pelanggaran spektrum sebagai probabilitas mengidentifikasi transmisi tanpa izin dengan benar, berdasarkan data penginderaan dan hasil konsensus.