مجله علمی  رایانش نرم و فناوری اطلاعات

مجله علمی رایانش نرم و فناوری اطلاعات

بررسی تأثیر شبکه‌های نرم‌افزارمحور در کاهش تأخیر و بهبود امنیت داده در معماری بلاکچین‌محور اینترنت اشیاء

نوع مقاله : مقاله پژوهشی فارسی

نویسنده
گروه مهندسی کامپیوتر، دانشگاه پیام نور، ص. پ. 4697-19395، تهران، ایران.
چکیده
اینترنت‌ اشیا، شبکه‌ای از اشیا بوده که از طریق اینترنت به یکدیگر متصل‌ می‌شوند. این فناوری، قابلیت ارتباط و تبادل اطلاعات را بین اشیا فراهم می‌آورد وسبب بهبود کیفیت زندگی افراد می‌شود. با این حال، در حالی که اینترنت اشیا از مزایای بسیاری برخوردار است، مسائلی همچون امنیت و حریم خصوصی اطلاعات و مصرف انرژی بالای حسگرها، همچنان یک موضوع مورد بحث دراین شبکه‌ها است. دراین مقاله، یک معماری بهینه ترکیبی نوین با استفاده از معماری بلاک‌چین و شبکه‌های نرم‌افزار‌محور با نام " BlockC-SDOT" دریک سکوی رایانش ‌ابری برای اینترنت ‌اشیا ارایه ‌شده ‌است. این معماری نوین از ترکیب معماری بلاک‌چین مبتنی بر الگوریتم اجماع اثبات سهام و شبکه‌های نرم‌افزار محور با محاسبات ابری برای بهبود عملکرد و ایمنی اینترنت اشیا استفاده می‌کند. دراین معماری با استفاده از خوشه‌بندی شبکه و مدیریت کنترل هر خوشه توسط شبکه‌های نرم‌افزار محور، به صورت همزمان به هردو پارامتر میزان مصرف انرژی حسگرها و میزان کاهش تاخیر در شبکه اینترنت اشیا توجه شده است. برای افزایش امنیت، از الگوریتم دیفی‌‌هلمن و امضاهای دیجیتال استفاده شده‌است. برای بهینه‌سازی معماری، الگوریتم فراابتکاری نهنگ و الگوریتم صف‌بندی جکسون مورد استفاده قرارگرفته‌اند. برای ارزیابی کارایی معماری پیشنهادی، شبیه‌سازی‌هایی انجام شده است که به تحلیل پارامترهای مختلفی از جمله میزان تاخیر، عملکرد سی‌پی‌یو در حملات مختلف، توان‌عملیاتی، مصرف انرژی، نرخ ورود بسته‌ها، و پهنای‌باند در شبکه مورد نظر پرداخته است. این پارامترها با استفاده از روش پیشنهادی محاسبه ونتایج بدست آمده با نتایج حاصل از الگوریتم کلونی مورچگان (Ant Colony Optimization)، و الگوریتم ژنتیک (Genetic Algorithm)، مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. به‌علاوه، میزان تاخیر در معماری پیشنهادی با نتایج حاصل از پروتکل‌های مسیریابی RPL(Routing Protocol) و CARP(Channel-aware Routing Protocol) مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند.درهردوزمینه، نتایج به دست آمده نشان دهنده برتری و کارآیی بیشتر رویکرد ترکیبی پیشنهادی نسبت به روش‌های موجود در این زمینه است.
کلیدواژه‌ها

[1] R. Chataut, A. Phoummalayvane, and R. Akl, “Unleashing the Power of IoT: A Comprehensive Review of IoT Applications and Future Prospects in Healthcare, Agriculture, Smart Homes, Smart Cities, and Industry 4. 0,” Sensors, vol. 23, no. 16, p. 7194, Jan. 2023, doi: https: //doi. org/10. 3390/s23167194.
[2] Swati Sandeep Chopade, Hari Prabhat Gupta, and T. Dutta, “Survey on Sensors and Smart Devices for IoT Enabled Intelligent Healthcare System,” Jun. 2023, doi: https: //doi. org/10. 1007/s11277-023-10528-8.
[3] N. Gupta, M. S. Maashi, S. Tanwar, S. Badotra, M. Aljebreen, and S. Bharany, “A Comparative Study of Software Defined Networking Controllers Using Mininet,” Electronics, vol. 11, no. 17, p. 2715, Jan. 2022, doi: https: //doi. org/10. 3390/electronics11172715.
[4] V. A. Yakovlev, D. Z. Satybaldina, E. Egamberdiyev, and Y. Seitkulov, “Authentication and key distribution protocol based on Diffie-Hellman algorithm and physically unclonable function,” TELKOMNIKA (Telecommunication Computing Electronics and Control), vol. 22, no. 2, pp. 290–301, Apr. 2024.
[5] H. Farran, D. Khoury, and L. Bokor, “A comprehensive survey on the application of blockchain/hash chain technologies in V2X communications,” INFOCOMMUNICATIONS JOURNAL, vol. 14, no. 1, pp. 24–35, 2022, Accessed: Sep. 13, 2023. [Online]. Available: http: //real. mtak. hu/144581/.
[6] J. Xu, C. Wang, and X. Jia, “A Survey of Blockchain Consensus Protocols,” ACM Computing Surveys, Jan. 2023, doi: https: //doi. org/10. 1145/3579845.
[7] Wang, N., Zhou, Z., Liu, J., Deng, L., & Fu, J. (2024). Secure and Distributed IoV Data Sharing Scheme based on a Hybrid PoS Blockchain Protocol. IEEE Transactions on Vehicular Technology.
[8] S. Asaithambi et al. , “An Energy-Efficient and Blockchain-Integrated Software Defined Network for the Industrial Internet of Things,” Sensors, vol. 22, no. 20, p. 7917, Oct. 2022.
[9] S. A. Latif et al. , “AI-empowered, blockchain and SDN integrated security architecture for IoT network of cyber physical systems,” Computer Communications, vol. 181, pp. 274–283, Jan. 2022, doi: https: //doi. org/10. 1016/j. comcom. 2021. 09. 029.
[10]Ammar Muthanna et al. , “Secure IoT Network Structure Based on Distributed Fog Computing, with SDN/Blockchain,” Jan. 2019, doi: https: //doi. org/10. 20944/preprints201901. 0305. v1.
[11] N. Tekin, A. Acar, A. Aris, S. Uluagac, and V. Cagri , “Energy consumption of on-device machine learning models for IoT intrusion detection.
[12]A. Rahman, M. Jahidul Islam, Z. Rahman, and M. Mahfuz , “DistB-Condo: Distributed Blockchain-Based IoT-SDN Model for Smart Condominium,” Nov. 02, 2020.
[13] Z. A. El Houda, A. Hafid, and L. Khoukhi, “Co-IoT: A Collaborative DDoS Mitigation Scheme in IoT Environment Based on Blockchain Using SDN,” IEEE Xplore, Dec. 01, 2019.
[14]S. Misra, P. Kumar Deb, N. Pathak, and A. Mukherjee, “Blockchain-Enabled SDN for Securing Fog-Based Resource-Constrained IoT,” Aug. 10, 2020.
[15] Seyed Mostafa Bozorgi, Mahdi Rohani Hajiabadi, A. Asghar, and Arun Kumar Sangaiah, “Clustering based on whale optimization algorithm for IoT over wireless nodes,” Soft computing (Berlin. Print), vol. 25, no. 7, pp. 5663–5682, Jan. 2021.
[16]A. F. -X. Ametepe, A. S. R. M. Ahouandjinou, and E. C. Ezin, “Robust encryption method based on AES-CBC using elliptic curves Diffie–Hellman to secure data in wireless sensor networks,” Wireless Networks, vol. 28, no. 3, pp. 991–1001, Jan. 2022.
[17] M. D. Mohanty et al. , “Design of Smart and Secured Healthcare Service Using Deep Learning with Modified SHA-256 Algorithm,” Healthcare, vol. 10, no. 7, p. 1275, Jul. 2022.
[18]A. Ahmadi-Javid and M. Fathi, “Design of multi-service systems with facilities functioning as open Jackson queueing networks: application to online shopping stores,” OR Spectrum, Jun. 2022.
[19] W. Liang, L. Cui, and F. P. Tso, “Low-latency service function chain migration in edge-core networks based on open Jackson networks,” Journal of Systems Architecture, vol. 124, p. 102405, Mar. 2022, doi: https: //doi. org/10. 1016/j. sysarc. 2022. 102405.
[20] Wendl, M., Doan, M. H., & Sassen, R. (2023). The environmental impact of cryptocurrencies using proof of work and proof of stake consensus algorithms: A systematic review. Journal of Environmental Management, 326, 116530.
[21]  Alfriehat, N., Anbar, M., Aladaileh, M., Hasbullah, I., Shurbaji, T. A., Karuppayah, S., & Almomani, A. (2024). RPL-based attack detection approaches in IoT networks: review and taxonomy. Artificial Intelligence Review, 57(9), 248.
[22] Haseeb, S., Khalil Afzal, M., Tahir, M., Raza Jafri, M., & Raza, N. (2023). Energy‐efficient selection of relay for UWSNs in the Internet of underwater things. International Journal of Communication Systems36(18), e5619.
[23] Ran, X., Suyaroj, N., Tepsan, W., Ma, J., Zhou, X., & Deng, W. (2024). A hybrid genetic-fuzzy ant colony optimization algorithm for automatic K-means clustering in urban global positioning system. Engineering Applications of Artificial Intelligence137, 109237.
[24] Saiyed, M. F., & Al-Anbagi, I. (2024). A Genetic Algorithm-and t-Test-Based System for DDoS Attack Detection in IoT Networks. IEEE Access12, 25623-25641.
[25] Althiyabi, T., Ahmad, I., & Alassafi, M. O. (2024). Enhancing IoT Security: A Few-Shot Learning Approach for Intrusion Detection. Mathematics12(7), 1055.
[26]“DDoS 2019 | Datasets | Research | Canadian Institute for Cybersecurity | UNB,” www. unb. ca. https: //www. unb. ca/cic/datasets/ddos-2019. html.
[27] Arefin, S., Chowdhury, M., Parvez, R., Ahmed, T., Abrar, A. S., & Sumaiya, F. (2024, May). Understanding APT detection using Machine learning algorithms: Is superior accuracy a thing?. In 2024 IEEE International Conference on Electro Information Technology (eIT) (pp. 532-537). IEEE.
[28] Ali, J., Iwendi, C., Shan, G., Wu, H. C., Alenazi, M. J., Faheem, Z. B., & Biamba, C. N. (2024). Performance Optimization of Software-Defined Industrial Internet-of-Things (SD-IIoT). IEEE Access.
[29] Sinha, S. K. , Kumari, S. , Kataria, A. , Thangarasu, N. , & Sahoo, G. S. (2023). Blockchain empowerment: Investigating integration with software-defined networks and its impact on IoT privacy.  Multidisciplinary Reviews6.
[30] Kumaran, U. , Swetha, T. , Sharma, I. , Keerthana, R. , Tejashwini, V. , & Devarajan, G. G. (2024, May). Enhancing Cloud IoT Security With Blockchain and SDN. In 2024 International Conference on Communication, Computer Sciences and Engineering (IC3SE) (pp. 973-978). IEEE.
[31] Das, D. , Ghosh, U. , Evans, N. , & Shetty, S. (2024, June). Blockchain-Enabled Secure Device-to-Device Communication in Software-Defined Networking. In 2024 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC Workshops) (pp. 1450-1455). IEEE.