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DIoT: Blockchain-based framework for trustworthy communication in IoT networks
Lukas Walisch
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Informatik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Informatik
Betreuer*in
Peter Reichl
DOI
10.25365/thesis.71215
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13759.83752.434224-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Netzwerkstrukturen mit zentralen Anlaufstellen, wie Cloud Services, Message Broker oder Public Key Infrastructure (PKI), stellen ein Problem für die Vertrauenswürdigkeit von IoT-basierten Anwendungen dar, da diese zentralen Entitäten sowohl beim Kommunikationsaufbau zwischen IoT Geräten und zu Endverbrauchern, als auch bei der Verarbeitung und Speicherung von Daten eine unerlässliche Rolle einnehmen und dabei die internen Vorgänge vor der Außenwelt verbergen. Zusätzlich bieten zentrale Netzwerkknoten eine attraktive Angriffsfläche für Angreifer, Zugriff auf gespeicherte Daten zu erhalten um diese zu manipulieren oder zu verbreiten. Die vorliegende Arbeit widmet sich dieser Problematik mit der Entwicklung eines Messaging-Frameworks, welches auf der dezentralen Blockchain-Technologie basiert. Eine Blockchain repliziert die gespeicherten Daten auf zahlreiche Netzwerkknoten und stellt sicher, dass Änderungen an den gespeicherten Daten nur nach einer Mehrheitsentscheidung der Netzwerkknoten, dem sogenannten Consensus, durchgeführt werden. Die dezentrale Struktur einer Blockchain ermöglicht hohe Transparenz der gespeicherten Daten, da alle Änderungen auf vielen Netzwerkknoten repliziert werden und darüber hinaus zentrale Angriffspunkte auf die gespeicherten Daten im Netzwerk eliminiert werden. Das im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte Decentralized IoT Framework (DIoT) unterscheidet sich von den vorhandenen allgemeinen Blockchain Lösungen durch die explizite Konzipierung für IoT-Netzwerke und die Einbindung von vorhandener IoT Infrastruktur, wie zum Beispiel Einplatinenrechner oder Netzwerk-Router, als eigenständige Blockchain-Knoten und kommt dadurch ohne externer Mining-Infrastruktur und ohne Transaktionskosten aus. Zusätzlich zu Design und Implementierung des DIoT Frameworks wird in der Arbeit auch eine Reihe an Experimenten zum Zweck der Evaluierung von funktionalen und nichtfunktionalen Anforderungen des DIoT Frameworks dokumentiert.
Abstract
(Englisch)
Centralized entities, such as cloud services, message brokers or Public Key Infrastructure (PKI), pose a problem for the trustworthiness of Internet of Things (IoT) services, as they take up a central role in establishment of communication as well as data storage and therefore hide the internal data processing from the users. At the same time they are an attractive target for attackers to steal, manipulate or expose data captured by IoT devices. This thesis approaches the stated problem with the development of a messaging framework based on the decentralized Blockchain technology. Blockchains distribute the task of data storage among the nodes of a network and ensure that state transitions are only executed when the majority of network nodes endorse them, i.e., reaching consensus. As a result of this decentralization, full transparency of the stored data is given and there is no longer a single target for attackers. The proposed Decentralized IoT (DIoT) framework differs from existing general-purpose Blockchain solutions as it is designed to incorporate existing devices of an IoT network, such as single-board computers or network gateways, as full Blockchain nodes and can therefore operate without the need of external mining infrastructure and transaction fees and still provide transparent and manipulation-resistant data storage and communication to IoT networks. Apart from the design and implementation of the DIoT framework, a series of experiments are conducted to evaluate functional and non-functional aspects of a DIoT Blockchain in execution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Blockchain IoT Vertrauen Konsensus Proof of Work Byzantine Fault Tolerance
Schlagwörter
(Englisch)
Blockchain IoT Trust Consensus Proof of Work Byzantine Fault Tolerance
Autor*innen
Lukas Walisch
Haupttitel (Englisch)
DIoT: Blockchain-based framework for trustworthy communication in IoT networks
Paralleltitel (Deutsch)
DIoT: Blockchain-basiertes Framework für vertrauenswürdige Kommunikation in IoT Netzwerken
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
xv, 96 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Peter Reichl
Klassifikationen
54 Informatik > 54.32 Rechnerkommunikation ,
54 Informatik > 54.38 Computersicherheit
AC Nummer
AC16544714
Utheses ID
61806
Studienkennzahl
UA | 066 | 921 | |