Một hướng tiếp cận tính riêng tư trong nhà thông minh sử dụng công nghệ blockchain hyperledger fabric

Nội dung text: Một hướng tiếp cận tính riêng tư trong nhà thông minh sử dụng công nghệ blockchain hyperledger fabric

1. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 37 MỘT HƯỚNG TIẾP CẬN TÍNH RIÊNG TƯ TRONG NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN HYPERLEDGER FABRIC AN APPROACH TO PRIVACY IN SMART HOME USING HYPERLEDGER FABRIC BLOCKCHAIN TECHNOLOGY Nguyễn Thanh Nhật An, Nguyễn Minh Sơn Đại học Công nghệ Thông tin, Đại học quốc gia TP.HCM, Việt Nam Ngày toà soạn nhận bài 28/10/2020, ngày phản biện đánh giá 25/11/2020, ngày chấp nhận đăng 20/12/2020 TÓM TẮT Ngày nay, nhiều ứng dụng của hệ thống Nhà thông minh (Smart Home - SH) cung cấp các khuyến nghị dịch vụ cho người dùng, bao gồm giảm công suất tiêu thụ, cảnh báo các thiết bị lỗi, chẩn đoán bệnh, [1]. Do tính chất kết nối internet, động và bất đồng bộ của môi trường SH tạo ra các thách thức bảo mật, xác thực và tính riêng tư [2]. Trong bài báo này một hướng tiếp cận tính riêng tư dữ liệu người dùng trong SH sử dụng công nghệ blockchain, gọi là (SH based on the IoT-Blockchain - SHIB), được đề xuất. Để chứng minh kiến trúc đề xuất, một kịch bản thực nghiệm dùng Hyperledger Fabric, NodeJS và C# được xây dựng giữa người dùng, nhà cung cấp dịch vụ và SH. Dựa trên kết quả thực nghiệm, kiến trúc SHIB thể hiện các ưu điểm như tính riêng tư dữ liệu và khả năng mở rộng cao. Ngoài ra, sự so sánh giữa kiến trúc đề xuất và các mô hình tồn tại trước đó trong các thông số khác nhau như hợp đồng thông minh và tính riêng tư của dữ liệu cũng được thực hiện. Từ khóa: Blockchain; Hyperledger Fabric; Hợp đồng thông minh; Internet of Things; Nhà thông minh; Tính riêng tư. ABSTRACT Nowadays, numerous applications of smart home (SH) systems provide recommendations for users, including reducing their energy consumption, warnings of defective devices, diagnoses, etc [1]. Due to internet-connected, dynamic and heterogeneous nature of SH environment creates new security, authentication, and privacy challenges [2]. An approach to privacy in SH using blockchain technology, which is called SH based on the IoT-Blockchain (SHIB), is proposed in this paper. In order to demonstrate the proposed architecture, an experimental scenario using Hyperledger Fabric, NodeJS and C# are built among the user, service provider (SP), and SH. Based on the experimental results, SHIB architecture brings the advantages like data privacy and high extension ability. In addition, the comparison between the proposed architecture and existing models in different parameters such as Smart contract (SC) and the privacy of data are performed. Keywords: Blockchain; Hyperledger Fabric; Smart Contract; Internet of Things; Smart Home; Privacy khoảng 25 tỷ thiết bị kết nối Internet năm 1. GIỚI THIỆU 2015 và lên đến 50 tỷ năm 2020 [3]. Là một Năm 2003, có xấp xỉ 6,3 tỉ người trên phần quan trọng của Internet vạn vật thế giới và 500 triệu thiết bị được kết nối đến (Internet of thing - IoT), SHs phục vụ người Internet. Sự tăng trưởng bùng nổ của điện dùng hiệu quả bằng cách liên lạc với nhiều thoại thông minh và máy tính bảng đã đưa số thiết bị kỹ thuật số khác nhau dựa trên IoT lượng thiết bị kết nối Internet lên 12,5 tỷ [1]. Trong trường hợp SH, các thiết bị IoT sẽ trong năm 2010. Cisco IBSG dự đoán sẽ có thu thập dữ liệu riêng tư người dùng và đưa
2. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) 38 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh lên thiết bị lưu trữ đám mây (Cloud), khi đó, chức năng giá trị, và các mô hình kinh doanh các câu hỏi về tính riêng tư người dùng nên bị phá vỡ [13]. Ngoài ra, nghiên cứu này chỉ được xem xét. Trong [4], S. Zheng và cộng ra rằng blockchain là công nghệ cho phép sự đã tiến hành một cuộc phỏng vấn 11 chủ dân chủ hóa thế giới số. SH để hiểu hơn về các đánh giá tính riêng tư Tiếp theo sẽ xem xét công nghệ và mong muốn của họ. Từ kết quả những blockchain được ứng dụng cụ thể như thế cuộc phỏng vấn, nhóm tác giả đưa ra nhận nào trong IoT nói chung và SH nói riêng. xét như sau: Đầu tiên, người sử dụng ưu tiên đến sự tiện lợi và kết nối trong ngôi nhà của 2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN họ, đánh giá này dựa trên những hành vi và ý Các ứng dụng của SC Blockchain cho kiến riêng của họ. Thứ hai, ý kiến người IoT được khảo sát bởi K. Christidis và cộng dùng về người có quyền truy cập vào dữ liệu sự [14]. Nghiên cứu mô tả làm thế nào để SC SH của họ phụ thuộc vào khía cạnh lợi ích của blockchain có thể tạo thuận tiện và hỗ trợ mang lại. Thứ ba, người dùng giả định và tin sự vận hành dòng công việc và chia sẻ dịch rằng tính riêng tư của họ được bảo vệ vì họ vụ giữa các thiết bị IoT. Hơn nữa, nhóm tác tin tưởng vào nhà sản xuất các thiết bị IoT. giả cũng chỉ rõ bằng cách nào IoT có thể tận Dựa trên phân tích của S. Zheng và cộng sự, dụng lợi ích từ mạng Blockchain trong khía có thể thấy rằng người dùng vẫn ưu tiên đến cạnh lên quan đến thanh toán hóa đơn, giao tính tiện lợi, nhanh chóng và chính xác trong dịch điện tử, giao hàng và quản lý chuỗi cung hệ thống SH, nhận thức về tính bảo mật và ứng. Hơn nữa, họ đặc tả một kịch bản nơi riêng tư vẫn chưa được chú trọng. Blockchain có thể tạo thuận tiện cho mua và Một cuộc khảo sát các vấn đề bảo mật bán năng lượng hoàn toàn tự động giữa thiết chính trong IoT được M.A. Khan và cộng sự bị IoT như những thiết bị đo thông minh. thực hiện năm 2017 [5]. Họ đưa ra các yêu Nhiều hợp đồng thông minh có thể được sử cầu bảo mật chung cho IoT dựa trên các vấn dụng để xây dựng một tập các tiêu chí, được đề tấn công, tác nhân đe dọa và những giải người dùng định nghĩa, cho các giao dịch pháp mới nhất. Hơn nữa, các tác giả phân năng lượng. loại và ánh xạ các vấn đề bảo mật IoT với A. Dorri và cộng sự [15] đề xuất một những giải pháp tìm được trong cuộc khảo kiến trúc tinh ọ g n, riêng tư và bảo mật cho sát. Quan trọng hơn, họ đã đề cập đến việc IoT dựa trên nền tảng công nghệ Blockchain. làm thế nào để Blockchain, công nghệ nền Phương pháp được xây dựng trong kịch bản tảng của Bitcoin, có thể giải quyết những yêu SH như một tình huống nghiên cứuụ c thể để cầu bảo mật trong IoT. Trong cuộc khảo sát, mở rộng hơn cho những ứng dụng IoT. Kiến các công việc nghiên cứu liên quan đến bảo trúc đề xuất có dạng phân cấp, bao gồm nhiều mật IoT và Blockchain rất hạn chế, với điểm SH, một mạng phủ (overlay network) và các chính của những nghiên cứu là tập trung vào thiết bị lưu trữ Cloud phối hợp các dữ liệu tận dụng công nghệ Blockchain vào lợi ích giao dịch với Blockchain nhằm cung cấp tính IoT nói chung. Nhóm tác giả trong [6] đã tiến riêng tư và bảo mật. Thiết kế của nhóm tác hành phân loại 18 tình huống sử dụng của giả sử dụng nhiều dạng khác nhau của Blockchain, trong đó có 4 trường hợp cho Blockchain phụ thuộc vào nơi phân cấp mạng IoT. 4 trường hợp này được phân loại cho xảy ra giao dịch và sử dụng các phương pháp IoT bao gồm: sự đăng nhập bất biến các sự tin cậy phân tán nhằm đảm bảo một cấu trúc kiện và quản lý điều khiển truy nhập dữ liệu phân quyền. Sự đánh giá chất lượng của kiến [7], xây dựng mô hình kinh doanh điện tử trúc dựa trên các mô hình đe dọa phổ biến IoT [8], [9], quản lý khóa đối xứng và bất đối làm nổi bật tính hiệu quả trong việc cung cấp xứng cho các thiết bị IoT [10], [11], và các bảo mật và riêng tư đến các ứng dụng IoT. thách thức cho nhận dạng trong IoT [12]. IBM chỉ ra các thách thức hiện tại của IoT Kiến trúc SHIB dùng công nghệ như giá thành cao, thiếu tính riêng tư, thiếu blockchain công cộng Ethereum đảm bảo
3. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 39 tính riêng tư bằng SC được đề xuất bởi 3.2 Kiến trúc hệ thống IoT-Blockchain T.L.N. Dang [16]. Kiến trúc này có những cho SH hiện thực đem đến những kết quả khó chấp Về cơ bản, kiến trúc SHIB cải tiến có mô nhận trong nhiều trường hợp như: đòi hỏi hình giống với kiến trúc SHIB [16] (hình 2) không gian lưu trữ lớn cho sổ cái toàn cục nhưng chi tiết thành phần có thay đổi. Trung của cả mạng blockchain (thiết bị nào muốn tâm vẫn là mạng ngang hàng [20] hay mạng trở thành 1 nút của mạng phải chuẩn bị blockchain [16] (LAN, WAN hoặc hỗn hợp), không gian lưu trữ đủ lớn mới vận hành cổng IoT (IoT Gateway - IoTG), nhà cung được); phát sinh chi phí giao dịch trên mạng cấp dịch vụ, nhà thông minh. Cụ thể hình 2 blockchain do bản chất phải trả phí cho có các thành phần sau: những nút khai phá được khối lưu trữ mới cho các giao dịch trên mạng. Cùng với khả - Nhà cung cấp dịch vụ (NCCDV): là một năng triển khai blockchain liên doanh thiết bị hoặc một tập các thiết bị có khả năng Hyperledger Fabric lên thiết bị IoT bởi L. tương tác ớ v i mạng HLF và các thiết bị lưu Hang [17], P. Tunstad [18] đã tạo tiền đề cải trữ nhằm cung cấp các dịch vụ thông minh mà tiến kiến trúc SHIB này dùng công nghệ người dùng mong muốn. Ngoài những blockchain Hyperledger Fabric để cải thiện NCCDV thông thường như điện, nước, hệ những điều trên cho những ứng dụng thực tế thống có NCCDV đặc biệt đó là NCCDV dặt có không gian lưu trữ hạn chế, không muốn hàng. NCCDV này thường là NCCDV hạ tầng phát sinh chi phí giao dịch trên mạng mạng HLF, cung cấp giải pháp và ứng dụng blockchain và không cần hoạt động liên tục, cho mạng HLF. Đó là 1 tổ chức khởi sự ra giảm chi phí năng lượng. mạng, cấu hình mạng, quản lý việc cấu hình của mạng là chủ yếu mà không tham gia vào 3. NỀN TẢNG HYPERLEDGER các giao dịch thông thường trên mạng HLF. FABRIC VÀ FRAMEWORK CHO SHIB CẢI TIẾN - Chủ SH (User): chủ nhân của một SH cụ thể, sử dụng các dịch vụ được cung cấp 3.1 Hyperledger Fabric [19] – Một bởi NCCDV. blockchain liên doanh mã nguồn mở - IoTG: Cổng trung gian giúp kết nối Hyperledger Fabric (HLF) là thiết bị IoT và mạng HLF. Tập thiết bị IoT blockchain riêng tư và có phép. Thay vì kết nối đến IoTG dựa trên các công nghệ một hệ thống không phép mở cho phép các truyền thông cự ly ngắn như: Wifi, Bluetooth, danh tính không xác định tham gia vào ZigBee. Trong trường hợp SH, IoTG có thể mạng (yêu cầu các giao thức như “bằng là một máy tính hoặc thiết bị IoT có khả năng chứng công việc” để xác thực giao dịch và xử lý tương đối như Raspberry Pi 4 (RP4) bảo mật mạng), các thành viên của mạng được đặt trong nhà. HLF đăng ký thông qua nhà cung cấp dịch vụ thành viên (Membership Service - Thiết bị IoT: thường bao gồm tập các Provider) đáng tin cậy. cảm biến, thiết bị truyền động, công tắc và bóng đèn. HLF có khả năng tạo kênh (channel) cho phép nhóm những thành viên tham gia tạo sổ - Mạng blockchain dùng công nghệ HLF cái giao dịch riêng. Đây là 1 đặc điểm quan mã nguồn mở (IBM đóng góp chủ yếu). Ở trọng cho những mạng mà một số thành viên đây mạng đảm bảo tính riêng tư bằng việc sử có thể là đối thủ cạnh tranh không muốn mọi dụng SC và kênh, mỗi thiết bị IoT muốn giao dịch mà họ tạo (như 1 giá đặc biệt họ đề được truy xuất qua mạng HLF cần có 1 hợp xuất cho một số thành viên mà không cho đồng (tương ứng là 1 SC và 1 kênh được những thành viên khác) bị mọi thành viên triển khai trên mạng HLF) được ký giữa 2 biết. Nếu 2 thành viên thành lập 1 kênh thì bên SH và NCCDV. Trên kênh này còn có chỉ các thành viên đó có bản sao sổ cái cho thêm NCCDV đặt hàng. Mạng HLF trên 1 kênh đó. nút IoTG dùng Raspberry Pi sẽ đạt được
4. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) 40 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 750-1500 giao dịch đơn (không baoồ g m xử lý khác trên HLF) trong 1 giây theo A. David [21] và tiêu thụ khoảng 3,64W trong 10 phút theo P. Tunstad [18]. Hình 2. Kiến trúc SHIB [16] Hình 1. Kiến trúc IoT-Blockchain [20] Hình 3. Mô hình IoT-Blockchain cho SH thực nghiệm
5. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 41 vụ đặt hàng O4 phục vụ như một điểm quản 4. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT trị mạng cho N và sử dụng kênh hệ thống. Trong hình 3, điều đầu tiên xác định một Dịch vụ đặt hàng cũng hỗ trợ các kênh ứng mạng, N, là một dịch vụ đặt hàng, O4. Dịch dụng C1 và C2, cho mục đích đặt hàng giao vụ đặt hàng được xem như là điểm quản trị dịch thành các khối để phân phối. Mỗi trong ban đầu cho mạng. Theo thỏa thuận trước, số bốn tổ chức có một cơ quan chứng nhận O4 ban đầu được cấu hình và bắt đầu bởi một ưa thích CA1, CA2, CA3, CA4 tương ứng. quản trị viên trong tổ chức R4 và được lưu trữ trong R4. Cấu hình NC4 chứa các chính Tương tự, kênh C3 (electricity – channel sách mô tả bộ khả năng quản trị bắt đầu cho - s7) được điều chỉnh theo các quy tắc chính sách được chỉ định trong cấu hình kênh CC3; mạng. Bốn tổ chức, R1 (Electricity - Tổng công ty điện lực miền Nam), R2 kênh nằm dưới sự kiểm soát của các tổ chức (Smart-home-1), R3 (Water - Thủy cục Chợ R1 và R5 (Smart-home-2). Kênh C3 có nút Lớn) và R4 (O4 - Cơ quan đề xuất mạng ngang hàng P1, nút ngang hàng P5, sổ cái L3, Blockchain kinh doanh và các ứng dụng trên SC S7. Tổ chức R1 có ứng dụng khách A1 đó) đã cùng quyết định và viết thành một bây giờ còn có thể thao tác trên kênh C3. Tổ thỏa thuận, rằng họ sẽ thiết lập và khai thác chức R5 có ứng dụng khách A5 có thể thao mạng HLF. R4 đã được chỉ định làm người tác trên kênh C3. Dịch vụ đặt hàng O4 hỗ trợ khởi tạo mạng - nó đã được trao quyền để thêm kênh C3. Tổ chức R5 có cơ quan chứng thiết lập phiên bản ban đầu của mạng. R4 nhận CA5. không có ý định thực hiện các giao dịch Ý nghĩa ủc a các SC có thể hiểu như sau: nghiệp vụ trên mạng. R1 và R2 có nhu cầu SC S5 cho phép nhà cung cấp điện yêu cầu liên lạc riêng trong mạng chung, cũng như SH 1 cho xem chỉ số cảm biến điện và cho R2 và R3. Tổ chức R1 có một ứng dụng phép SH 1 trả kết quả chỉ số cảm biến điện khách A1 có thể thực hiện các giao dịch hiện thời. Tương tự, SC S6 cho phép nhà nghiệp vụ trong kênh C1 cung cấp nước yêu cầu SH 1 cho xem chỉ số (electricity-channel-s5) (thông qua SC S5). cảm biến nước và cho phép SH 1 trả kết quả Tổ chức R2 có một ứng dụng khách A2 có chỉ số cảm biến nước hiện thời. SC S7 cho thể thực hiện công việc tương tự cả trong phép nhà cung cấp điện yêu cầu SH 2 cho kênh C1 (thông qua SC S5) và C2 xem chỉ số cảm biến điện và cho phép SH 2 (water-channel-s6) (thông qua SC S5). Tổ trả kết quả chỉ số cảm biến điện hiện thời. chức R3 có một ứng dụng khách A3 có thể Bảng 1. Kịch bản xây dựng và các phân thực hiện việc này trên kênh C2 (thông qua quyền truy cập SC S6). Nút ngang hàng P1 duy trì một bản sao của sổ cái L1 được liên kết với C1. Nút Thiết NCC NCC Thành Chủ ngang hàng P2 duy trì một bản sao của sổ cái bị IoT Điện Nước Viên nhà L1 được liên kết với C1 và một bản sao của Cảm Đọc Bật, Tắt, Bật, sổ cái L2 được liên kết với C2. Nút ngang biến dữ Đọc dữ Tắt, hàng P3 duy trì một bản sao của sổ cái L2 điện liệu liệu (nếu Đọc liên kết với C2. Mạng được điều chỉnh theo được chủ dữ liệu các quy tắc chính sách được chỉ định trong nhà cho cấu hình mạng NC4, mạng nằm dưới sự kiểm xem) soát của các tổ chức R1 và R4. Kênh C1 được điều chỉnh theo các quy tắc chính sách Cảm Đọc Bật, Tắt, Bật, được chỉ định trong cấu hình kênh CC1; kênh biến dữ Đọc dữ Tắt, nằm dưới sự kiểm soát của các tổ chức R1 và nước liệu liệu (nếu Đọc R2. Kênh C2 được điều chỉnh theo các quy được chủ dữ liệu tắc chính sách được chỉ định trong cấu hình nhà cho kênh CC2; kênh nằm dưới sự kiểm soát của xem) các tổ chức R2 và R3. Hệ thống có một dịch
6. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) 42 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Nhìn chung mỗi kênh mới sẽ có 1 cấu theo dữ liệu được thiết lập trong cơ sở dữ hình kênh gồm 2 tổ chức tham gia chính và 1 liệu nội bộ và ID của người đăng nhập vào hệ tổ chức dịch vụ đặt hàng O4. Điều này sẽ đáp thống của tổ chức mà thực đơn những trang ứng được tính riêng tư tối đa. Ở đây, dịch vụ được phép truy cập, cũng như dữ liệu và đặt hàng theo cơ chế đồng thuận Solo, tức là hành động tương ứng có thể thao tác với hệ chỉ dùng 1 nút duy nhất. thống, sẽ hiện lên trang Web. Kịch bản xây dựng và các phân quyền 5.2 Kịch bản nghiên cứu và kết quả truy cập được chi tiết trong bảng 1. Các - Chủ SH 1 (admin_home_1): được phân quyền truy cập này được lưu trong cơ phép mở (hình 4, hình 7) / tắt (hình 5) dịch sở dữ liệu nội bộ trên nút ngang hàng của vụ cho xem cảm biến điện S5 (SC S5) và mỗi tổ chức. cảm biến nước S6 (SC S6), cũng như xem Thực nghiệm hiện thực 4 nút ngang hàng được chỉ số của S5 (hình 6) và S6 khi dịch P1, P3, O4, P5 hoạt động trên cùng 1 máy ảo vụ cho xem mở. và 1 nút ngang hàng P2 hoạt động trên RP4. Mạng N hiện thực trên mạng nội bộ. 5. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 5.1 Phần cứng và phần mềm Phần cứng thực hiện dành cho kịch bản gồm 1 máy ảo Ubuntu Desktop 18.04.4 CPU 4 lõi, RAM 12GB chạy trên VMWare của Hình 4. Trang Devices khi vừa truy cập vào máy xách tay HP 8570w CPU Intel i7-3720QM, RAM 32GB, SSD 512GB, hệ điều hành MS Windows 7; 1 thiết bị IoT RP4 RAM 4GB, uSD 64GB, hệ điều hành Ubuntu Server 18.04.4. Phần mềm: Visual Studio Code trên Ubuntu Desktop được dùng để viết các SC Hình 5. Trang Devices sau khi khởi động bằng NodeJS, viết máy chủ Web API bằng dịch vụ cho xem cảm biến S5 NodeJS (vừa tương tác với giao diện Web người sử dụng, vừa tương tác với mạng HLF), thay đổi các tập tin cấu hình. Visual Studio 2019 Community trên MS Windows 10 để viết giao diện Web bằng C#. Phần mềm Docker Community để dựng nên các Docker image cần thiết cho mạng HLF và tạo ra các container vận hành nhiều máy chủ cho hệ thống thực nghiệm. Hình 6. Trang Devices xem được chỉ số hiện thời của S5 Tại mỗi tổ chức (trong 4 tổ chức gồm 2 nhà thông minh, nhà cung cấp dịch vụ điện và nhà cung cấp nước), kịch bản xây dựng 1 ứng dụng Web với dữ liệu động lấy từ cơ sở dữ liệu nội bộ có trên nút ngang hàng của tổ chức (tương ứng mỗi tổ chức, ứng dụng Web sẽ có tên A1, A2, A3, A5) giúp cho người sử dụng/vận hành tại mỗi tổ chức dễ dàng thao Hình 7. Trang Devices sau khi ngừng dịch vụ tác truy cập và điều khiển thiết bị IoT. Tùy cho xem cảm biến S5
7. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 43 - NCCDV điện (admin_electricity): thấy được SC S5 và S7 (hình 8), cũng như xem được chỉ số của S5 và S7 khi SH tương ứng mở dịch vụ cho xem (hình 9) hoặc hiện thông báo lỗi khi tắt dịch vụ cho xem (hình 10). Hình 12. Chủ SH 2 truy cập thiết bị - Chủ SH có thể thêm/sửa/xóa thành viên của SH mình, cũng như giới hạn thành viên có thể truy xuất vào những thiết bị có SC của SH mình quản lý (hình 13). Hình 8. Trang Contracts khi vừa truy cập vào Hình 9. Trang Contracts xem được chỉ số hiện thời của S5 Hình 13. Trang Users khi vừa truy cập vào Hình 10. Trang Contracts bị lỗi xem S5 5.3 So sánh với mô hình nghiên cứu [16] - NCCDV nước (admin_water): thấy được SC S6 và S8 nhưng chỉ có thể xem S6, Kiến trúc SHIB cải tiến được đề xuất bị vô hiệu hóa hành động với S8 vì S8 có dựa trên kiến trúc trong nghiên cứu [16] trên thông tin quản lý nhưng chưa triển khai nhưng hai kiến trúc có những khác biệt nhất SC S8 (hình 11). định. Tính riêng tư vẫn được đảm bảo nhưng tính bảo mật được nâng lên nhờ sử dụng kênh, dữ liệu kênh (có sổ cái riêng nhỏ gọn cho mỗi kênh) chỉ chia sẻ cho 2 tổ chức chính và 1 dịch vụ đặt hàng. Trong nghiên cứu [16], sổ cái dùng chung cho cả mạng rất lớn nên nếu muốn trở thành 1 nút trên mạng Blockchain thì phải chuẩn bị không gian lưu trữ đủ lớn để lưu trọn sổ cái chung. Các Hình 11. NCCDV nước truy cập hợp đồng thông số so sánh bao gồm: nền tảng - Chủ SH 2 (admin_home_2): được phép blockchain, thiết bị lưu trữ, đối tượng, chủ mở/tắt/xem cảm biến S7, không có hành ộđ ng thể, SC, thời gian truy cập trung bình cho 1 với cảm biến S8 vì S8 có trên thông tin quản lần truy cập thiết bị được trình bày cụ thể lý nhưng chưa triển khai SC S8 (hình 12). trong bảng 2.
8. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) 44 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh Bảng 2. So sánh kiến trúc SHIB cải tiến và kiến trúc trong [16] Thông số Kiến trúc SHIB cải tiến Kiến trúc trong [16] Nền tảng blockchain Blockchain liên doanh HLF. Blockchain công cộng Ethereum. Thiết bị lưu trữ Không xem xét vận hành trong Không xem xét vận hành trong mạng blockchain. mạng blockchain. Đối tượng Tổ chức (SH hoặc NCCDV). Luôn luôn là SH. Chủ thể Những người dùng muốn truy Những người dùng muốn truy cập vào SH. cập vào SH. Người vận hành của NCCDV. SC Mỗi thiết bị cần truy cập qua Mỗi SH sử dụng một hợp đồng blockchain có một hợp đồng. RC và JC riêng biệt. Thời gian xử lý giao 1 mili giây [21] 15 giây đến 5 phút [22] dịch trung bình Thời gian truy cập 8-10 giây. 15 giây. thiết bị IoT trung bình 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN - Khả năng mở rộng cao: cần thêm thiết CỨU TƯƠNG LAI bị IoT thì thêm SC và kênh; chủ SH dễ dàng Bài báo tập trung đề xuất một hướng tiếp thêm/sửa/xóa người dùng SH. cận bảo mật tính riêng tư dữ liệu người dùng Để đánh giá kiến trúc cải tiến, sự so sánh trong SH sử dụng các SC và kênh dựa trên kiến trúc SHIB cải tiến và kiến trúc SHIB nền tảng HLF, cụ thể là kiến trúc SHIB cải [16] đã được thực hiện. Trong tương lai, tiến. Một kịch bản thực nghiệm sử dụng HLF, chúng tôi sẽ tiến hành những việc sau: NodeJS và C# được xây dựng để đánh giá - Tiến hành thêm nhiều thực nghiệm mở khả năng vận hành của các SC trong SHIB rộng kiến trúc lên nhiều loại cổng IoT không cải tiến có thể hoạt động ngay trên IoTG là chỉ cổng IoT dùng RP4. thiết bị IoT RP4. Qua thực nghiệm và kết quả - Đo hiệu suất xử lý khi có rất nhiều nút thu được, kiến trúc SHIB cải tiến mang lại trên mạng Blockchain với các yêu cầu theo lô các lợi thế: lớn đồng thời dù chương trình đã được viết - Việc sử dụng SC và kênh cho mỗi thiết bị sẵn để phục vụ cho việc này. Ví dụ như 1 IoT cần truy cập qua mạng HLF khiến cho việc truy cập thiết bị mất 8-10 giây, nhưng truy truy cập vào sổ cái chỉ có các đối tượng trên cập theo lô lên đến hàng triệu thiết bị thì kênh mới thực hiện được, đảm bảo được tính cũng mất chừng ấy cộng thêm ít độ trễ của riêng tư dữ liệu. Mỗi kênh có 1 sổ cái riêng nhỏ mạng dù 1 gói dữ liệu gửi đi và nhận về trên gọn, có thể lưu trữ ngay trên IoTG RP4. mạng Blockchain khoảng 1KB cho 1 yêu cầu - Không phát sinh chi phí giao dịch trên truy xuất thiết bị. mạng HLF. - Triển khai mạng Blockchain cho các - Trừ các nút làm dịch vụ đặt hàng, các nút trên mạng WAN để kiểm tra độ trễ xử lý nút khác trên mạng chỉ cần hoạt động khi cần truy cập. giao dịch với nút khác, bình thường có thể - Tăng số nút ngang hàng, số nút dịch vụ ngừng hoạt động, tắt nguồn nhằm giảm chi đặt hàng để tăng khả năng xử lý của mạng phí năng lượng. HLF. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M. Alaa, A.A. Zaidan, B.B. Zaidan, M. Talal and M.L.M. Kiah, A Review of Smart Home Applications based on Internet of Things, Journal of Network and Computer Applications,
9. Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 63 (04/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 45 [2] W. Ali, G. Dustgeer, M. Awais, M. A. Shah, “IoT based Smart Home: Security Challenges, Security Requirements and Solutions”, in 2017 23rd International Conference on Automation and Computing (ICAC). [3] D. Evans. The Internet of Things how the next evolution of the internet is changing everything. Technical report, 04 2011 [4] S. Zheng, M. Chetty, N. Feamster, "User Perceptions of Privacy in Smart Homes", arXiv preprint arXiv:1802.08182 [5] M.A. Khan, K. Salah, "IoT security: Review, blockchain solutions, and open challenges", Future Generation Computer Systems (2017), [6] M. Conoscenti, A. Vetrò, J.C.D. Martin, "Blockchain for the internet of things: a systematic literature review", in: The 3rd International Symposium on Internet of Things: Systems, Management, and Security (IOTSMS-2016), 2016. [7] G. Zyskind, O. Nathan, A. Pentland, "Enigma: Decentralized computation platform with guaranteed privacy" (June 2015). URL: full.pdf [8] Y. Zhang, J. Wen, "An IoT electric business model based on the protocol of bitcoin", in: 2015 18th International Conference on Intelligence in Next Generation Networks, 2015, pp. 184–191. doi:10.1109/ICIN.2015.7073830. [9] D. Wo ̈rner, T. von Bomhard, "When your sensor earns money: Exchanging data for cash with bitcoin", in: Proceedings of the 2014 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing: Adjunct Publication, UbiComp ’14 Adjunct, ACM, New York, NY, USA, 2014, pp. 295– 298. doi:10.1145/2638728.2638786. URL: [10] L. Axon, "Privacy-awareness in blockchain-based pki", Tech.rep. (October 2015). URL f0cded53e63b/datastreams/ATTACHMENT01 [11] C. Fromknecht, D. Velicanu, S. Yakoubov, "Certcoin: A namecoin based decentralized authentication system" (May 2014). URL certcoin.pdf [12] I. Friese, J. Heuer, N. Kong, "Challenges from the identities of things: Introduction of the identities of things discussion group within kantara initiative", in: 2014 IEEE World Forum on Internet of Things (WF-IoT), 2014, pp. 1–4. doi:10.1109/WF- IoT.2014.6803106. [13] Device Democracy: Saving the Future of the Internet of Things, IBM, New York, NY, USA, 2015. [14] K. Christidis, M. Devetsikiotis, "Blockchains and smart contracts for the internet of things", IEEE Access 4 (2016) 2292–2303. doi: 10.1109/ACCESS.2016.2566339 [15] A. Dorri, S. S. Kanhere, R. Jurdak, “Blockchain in internet of things: Challenges and solutions,” arXiv preprint arXiv:1608.05187, 2016. [16] T.L.N. Dang, M.S. Nguyen: An approach to data privacy in smart home using blockchain technology. In: 2018 International Conference on Advanced Computing and Applications (ACOMP), pp. 58–64 (2018). [17] L. Hang, D. Kim, "Design and Implementation of an Integrated IoT Blockchain Platform for Sensing Data Integrity," May 2019, doi: 10.3390/s19102228 [18] P. Tunstad, A.M. Khan, P.H. Ha, "HyperProv: Decentralized Resilient Data Provenance at the Edge with Blockchains", October 2019, arXiv:1910.05779 [19] Hyperledger Fabric, URL: [20] Y. Zhang, S. Kasahara, Y. Shen, X. Jiang, J. Wan, “Smart Contract-Based Access Control for the Internet of Things”, arXiv preprint arXiv:1802.04410v1 [cs.CR] [21] A. David, "Managing IOT Data on Hyperledger Blockchain," August 2019. URL: [22] “How long does an Ethereum transaction really take?”, URL: Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: Nguyễn Minh Sơn Trường Đại học Công nghệ Thông tin, Đại học quốc gia TPHCM Email: sonnm@uit.edu.vn