افزایش امنیت و قابلیت اطمینان سیستم های هشدار حریق مبتنی بر اینترنت اشیا با استفاده از فناوری بلاکچین

سیستم های هشدار حریق مبتنی بر اینترنت اشیا (IoT) در سال های اخیر به دلیل هزینه پایین، نصب آسان و قابلیت پایش از راه دور، جایگزین سیستم های سیمی سنتی شده اند. این سیستم ها از سنسورهای بی سیم (دود، دما، حضور) تشکیل شده اند که داده ها را از طریق دروازه ها به سرور ابری ارسال می کنند. با این حال، ماهیت باز شبکه های بی سیم و وابستگی به سرورهای متمرکز، این سیستم ها را در معرض تهدیدات امنیتی متعددی قرار می دهد: حمله مرد میانی (Man-in-the-Middle) که در آن هکر می تواند پیام هشدار حریق را حذف یا دستکاری کند، حمله انکار سرویس (DDoS) که سرور ابری را از کار می اندازد و مانع ارسال هشدار می شود، و جعل سنسور (Spoofing) که در آن یک سنسور جعلی هشدار کاذب ارسال می کند و باعث وحشت یا بی اعتمادی می شود. فناوری بلاکچین (زنجیره بلوکی) که اساس ارزهای دیجیتال مانند بیت کوین است، یک دفتر کل توزیع شده، غیرقابل تغییر و شفاف ارائه می دهد که می تواند امنیت و قابلیت اطمینان سیستم های اینترنت اشیا را به طور چشمگیری افزایش دهد. هدف این مقاله طراحی یک معماری ترکیبی از اینترنت اشیا و بلاکچین برای سیستم هشدار حریق است که در آن هر رویداد هشدار (از سنسور) به صورت یک تراکنش در یک بلاکچین خصوصی (Permissioned Blockchain) ثبت می شود و توسط گره های معتبر (دروازه های ساختمان) تایید می گردد. روش تحقیق شامل سه مرحله است: مرحله اول، شبیه سازی یک شبکه اینترنت اشیا با ۱۰۰ سنسور (در یک ساختمان ۱۰ طبقه فرضی) با استفاده از نرم افزار شبیه ساز شبکه (NS-۳) که در آن حملات سایبری (حذف پیام، ارسال پیام جعلی) به شبکه اعمال شد. مرحله دوم، پیاده سازی یک بلاکچین خصوصی با استفاده از پلتفرم Hyperledger Fabric با ۵ گره تاییدکننده (Validator) که هر گره روی یک دروازه ساختمان قرار دارد. قرارداد هوشمند (Smart Contract) برای تایید هشدارها نوشته شد: یک هشدار زمانی معتبر تلقی می شود که حداقل توسط ۳ سنسور مستقل در یک بازه زمانی ۱۰ ثانیه ای تایید شود (مکانیزم اجماع عملی تحمل خطای بیزانس). مرحله سوم، مقایسه دو سناریو: سیستم اینترنت اشیا معمولی (بدون بلاکچین) و سیستم پیشنهادی (با بلاکچین) از نظر مقاومت در برابر حملات، تاخیر ارسال هشدار و هزینه محاسباتی. یافته ها نشان داد که در سیستم معمولی، با اعمال حمله حذف پیام بر روی دروازه اصلی، ۶۵ درصد از هشدارهای واقعی به سرور نرسیدند و آتشسوزی شبیه سازی شده تا ۴ دقیقه بعد (زمانی که کاربر متوجه دود شد) گزارش نگردید. در سیستم پیشنهادی، با وجود از کار افتادن یک دروازه (گره)، سایر گره ها تراکنش ها را تایید کرده و هشدار با حداکثر تاخیر ۲ ثانیه به همه گره ها ارسال شد. همچنین حملات ارسال هشدار جعلی (توسط سنسور هک شده) در سیستم معمولی به راحتی موفق بود (۹۰ درصد قبول می شد) و باعث هشدار کاذب می گردید، اما در سیستم بلاکچین، قرارداد هوشمند به دلیل عدم تطابق با تایید چند سنسوری، این تراکنش ها را رد کرد (۹۹ درصد رد). تاخیر اضافی ناشی از فرآیند اجماع بلاکچین حدود ۰/۵ ثانیه بود (از ۰/۲ ثانیه در سیستم معمولی به ۰/۷ ثانیه) که برای کاربرد هشدار حریق کاملا قابل قبول است. هزینه محاسباتی (مصرف پردازنده) در گره های بلاکچین حدود ۳۰ درصد بیشتر از سیستم معمولی بود، اما با استفاده از سخت افزارهای مدرن (پردازنده چهار هسته ای) مشکلی ایجاد نمی کند. این تحقیق نشان می دهد که بلاکچین می تواند یک راهکار موثر برای مقابله با تهدیدات سایبری در سیستم های هشدار حریق مبتنی بر اینترنت اشیا باشد و قابلیت اطمینان را از ۷۰ درصد (سیستم معمولی در شرایط حمله) به ۹۹ درصد افزایش دهد.

کلیدواژه ها:

بلاکچین ، اینترنت اشیا ، هشدار حریق ، امنیت سایبری ، قرارداد هوشمند ، اجماع تحمل خطا