Дослідження алгоритмів консенсусу для ІоТ додатків на основі блокчейну
Автор: Щербина Олександра Сергіївна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерні системи управління рухомими об'єктами (автомобільний транспорт)
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Децентралізована та розподілена база даних, як блокчейн використовується для запису незмінних транзакцій через однорангову мережу P2P. Залучення однорангової мережі Р2Р забезпечує відсутність потреби у третій стороні для моніторингу транзакцій. Використання криптографічних механізмів забезпечує захист транзакцій та блоків від несанкціонованого втручання. До ключових термінів технології блокчейн відносяться блоки, вузли, розподілена публічна база даних, консенсус та майнер або валідатор. Поєднання технологій Інтернет речей та блокчейн має великий потенціал, оскільки дозволяє значно покращити характеристики системи. Таким чином, можливо забезпечити децентралізованість даних, здатність системи до масштабованності та збільшити швидкодію передачі та обробки даних. [1] Розділ перший описує технологію блокчейн, її механізм роботи, переваги у використанні та запатентовані сучасні мережі на основі блокчейну, які використовуються у промисловості для застосунків Інтернет речей. У розділі представлено їх характеристики, особливості та структурні схеми роботи. [2] Розділ другий описує алгоритми консенсусу для додатків Інтернет речей на основі блокчейну. Перелічено недоліки класичної архітектури мережі Інтернет речей та подано шляхи покращення безпеки, підвищення рівня масштабованості та децентралізаціїї даних та збільшення швидкодії передачі та обробки даних. [3] Обрано два алгоритми консенсусу, які можливо використовувати при розробці додатків Інтернет речей. Обґрунтовано вибір даних алгоритмів для подальшого дослідження. У третьому розділі детально досліджено алгоритми консенсусу Proof-of-Elapsed-Time та Raft, описано їх механізм та особливості роботи, характеристики, а також переваги та недоліки. [4] Подано блок-схеми роботи алгоритмів. У четвертому розділі описано результати дослідження та порівняння роботи обох алгоритмів консенсусу. Подано графіки ймовірності валідації вузлів у мережі, часу створення одного блоку та загального часу валідації усіх наявних блоків обох алгоритмів. Зроблено висновок про те, який алгоритм краще використовувати при розробці додатків Інтернет речей на основі блокчейну з метою покращення безпеки та збільшення швидкодії системи. Розділ п’ятий – економічна частина роботи, де наведено розрахунок витрат на науково-дослідну роботу, розрахунок договірної ціни та прибутку науково-дослідної роботи, оцінку наукової та науково-технічної результативності науково-дослідної роботи. Висновки відображають результат виконаної роботи. Полягають у дослідженні характеристик алгоритмів консенсусу для додатків Інтернет речей на основі блокчейну. Обєкт дослідження – технологія блокчейн для додатікв Інтернет речей. Предмет дослідження – алгоритми консенсусу Proof-of-Elapsed-Time та Raft. Мета дослідження – обрати алгоритм консенсусу для додатків Інтеренет речей на основі блокчейну з кращими характеристиками. Наукова новизна – визначено алгоритм консенсусу з кращими характеристиками для використання у мережі Інтернет речей на основі блокчейну. Практична цінність роботи – створено середовище із мережею блокчейн для дослідження швидкодії передачі та обробки даних на основі Java та Ubuntu. Зібрано виміри швидкодії роботи із даними обох алгоритмів, а саме: ймовірність валідації вузлів у мережі, час створення одного блоку та загальний часу валідації усіх наявних блоків. Подано порівняння даних вимірів та висновок про те, який із двох алгоритмів рекомендовано використовувати при розробці додатків Інтернет речей на основі блокчейну з метою покращення безпеки та збільшення швидкодії системи. Ключові слова: блокчейн, Інтернет речей, алгоритм консенсусу, блок, вузол, швидкодія, масштабованість, децентралізація даних. Перелік використаних літературних джерел: 1. Moin Udin. “CBCIoT: A Consensus Algorithm for Blockchain-based applications”. Applied science, 2021. 2. Valliappa Lakshmanan “Data Science and Cryptocurrencies” Chapter 2 Ingesting Data. O’Reilly Media, Inc., 2017. 3. Noel Crespy “Raft Consensus Algorithm for Internet of Things” Chapter 1 What is Raft Algorithm. Data Science Media, Inc., 2019. 4. Gerry J. Deitel, Harvey White. “Cryptocurrency environment simulation based on Java”. Oracle, 2021.