基于区块链的物联网访问控制仿真平台及算法研究

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传统的物联网访问控制机制长期以来一直面临单点故障、数据篡改、跨域访问等安全问题。针对上述问题,可应用区块链技术的可信、可追溯和难以篡改等特点,构建基于区块链的物联网访问控制架构。本文针对物联网的访问控制架构及算法开展研究,具体包括以下内容:首先,本文介绍基于区块链的物联网访问控制技术研究背景,并对国内外研究现状及区块链相关技术进行详细阐述。其次,针对由多个物联网设备及网关设备组成的物联网场景的访问控制问题,本文提出一种基于分层区块链的访问控制架构,以解决集中式架构单点故障、数据篡改、可扩展性不足等问题。所提架构由两层区块链网络组成,即全局区块链(Global Blockchain,GBC)网络和本地区块链(Local Blockchain,LBC)网络。针对LBC网络内设备难以实现高效数据访问的问题,本文提出基于延迟接受的成簇算法将设备划分为不同的簇,并进一步研究域间及域内访问控制问题,详细阐述了访问控制流程。为实现架构中物联网设备数据的安全访问,提出一种基于信任值的访问控制策略。根据物联网设备历史表现、链路信息及能耗等因素定义设备信任度,进而基于设备信任值确定访问控制策略。继而,针对存在拜占庭节点的大规模物联网场景的访问控制问题,本文研究基于区块链的可扩展访问控制架构及可靠的访问控制共识机制。首先构建双层区块链网络架构,其中包括高层主集群及低层子集群,并提出基于成本优化的分簇算法构建区块链子集群。为实现节点间高效共识,首先提出改进Raft(Modify Raft,MRaft)算法,进而设计基于MRaft和实用拜占庭容错算法共识机制的物联网访问控制算法,并对所提共识机制性能进行理论分析及仿真评估。最后,本文搭建基于区块链超级账本的物联网访问控制仿真平台,通过编写智能合约函数接口实现对本文所设计的物联网访问控制策略的仿真评估。仿真平台架构包括用户端,区块链,网关端和设备端,通过编写配置文件、系统配置初始化、网络启动、智能合约安装和实例化、创建管理员用户和智能合约交互等步骤完成对仿真平台的搭建,并对仿真平台的功能、性能进行测试验证。
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