Service selection middleware using blockchain for IoT applications

Résumé

Dans le monde d’aujourd’hui, l’Internet des objets (IdO) a inauguré une révolution sans précédent dans les technologies de l’information et est utilisé dans de nombreux secteurs, notamment la vente au détail, la fabrication et la santé. Chaque application IdO individuelle est différente en ce qui concerne les exigences fonctionnelles et non fonctionnelles, définies par le propriétaire de l’application ou l’industrie. La sélection des fournisseurs de services dans des environnements décentralisés est devenue un problème critique pour différentes applications IdO, en particulier lorsque les fournisseurs de services ont des fonctionnalités similaires mais les qualités des services (QDS) différente. Par conséquent, sélectionner un service de haute qualité qui répond le mieux aux exigences des applications IdO parmi une longue liste de services fonctionnellement équivalents est une tâche difficile. En outre, il est difficile de sécuriser les informations privées et critiques de l’application IdO, car le partage des paramètres de service avec des solutions tierces ou même avec le fournisseur de services lui-même peut créer de graves problèmes de sécurité et de confidentialité, car les exigences de service pourraient contiennent des informations sensibles concernant l’application, qui pourraient être utilisées à mauvais escient ou vendues par le tiers ou le fournisseur de services. Par conséquent, des mécanismes de sélection de services décentralisés sont nécessaires pour sélectionner le meilleur fournisseur de services pour les applications IdO, tout en garantissant la sécurité et la confidentialité de bout en bout des données sensibles associées. Dans cette thèse, nous considérons d’abord un problème de sélection de stockage de données IdO, qui se concentre sur une conception de l’intergiciel pour la sélection de stockage de données intelligente basée sur la blockchain pour les applications IdO à grande échelle. Le cadre proposé étend l’architecture cloud IdO actuelle et considère les solutions de stockage d’égal à égal et basées sur la blockchain ainsi que les technologies cloud et multi-cloud. Nous modélisons le problème de sélection de stockage de données IdO comme un problème d’optimisation de décision et proposons deux algorithmes en temps polynomial comme solution. Nous proposons également un protocole vérifiable de sélection de stockage basé sur la blockchain, qui permet aux applications IoT ainsi qu’aux technologies de stockage de vérifier l’exactitude de la décision de placement des données prise par la conception de l’intergiciel sans avoir besoin d’un tiers de confiance. Enfin, nous proposons une stratégie de maintenance intelligente, qui prend en compte et apprend les fonctionnalités évolutives dynamiques des exigences de service des applications IoT pour optimiser la complexité de calcul ainsi que le stockage de la blockchain et les frais généraux des transactions dans la conception de l’intergiciel. Le deuxième aspect des travaux de la thèse est le développement d’un protocole de sélection de bornes de recharge (CS) efficace et sécurisé basé sur la blockchain pour les réseaux de recharge de véhicules électriques (VE). Nous proposons une architecture décentralisée de recharge de VE basée sur la blockchain et modélisons théoriquement un problème d’optimisation de décision décentralisée, qui élimine le besoin de tout tiers de confiance et permet aux VE et aux CS de communiquer de manière décentralisée, via les contrats intelligents, fonctionnant sur un réseau blockchain. Il permet également aux EV de sélectionner un CS et d’effectuer une réservation à distance avec un CS sans partager aucune information privée avec les CS ou toute entité de gestion centrale. La troisième partie de cette thèse prolonge le deuxième aspect de cette thèse, et concerne les problèmes de sécurité et de confidentialité posés par la possibilité de lier les adresses publiques de la blockchain avec l’identité physique du propriétaire du VE. Pour résoudre ce problème, nous proposons un protocole de réservation de CS de bout en bout basé sur la blockchain, qui permet aux VE de réserver un créneau de charge au CS sélectionné en privé, sans partager leurs informations privées et en dissociant sa véritable identité de l’adresse blockchain, préservant ainsi la confidentialité du véhicule électrique. Comme les informations fournies par CS ne sont pas fiables, nous proposons un protocole de vérification des informations CS basé sur SMC qui permet aux véhicules électriques de vérifier de manière collaborative la disponibilité des emplacements de recharge à partir du CS en partageant en toute sécurité les réservations dans un environnement non fiable. Enfin, nous proposons une conception de contrat intelligente basée sur des protocoles de dépôt à verrouillage temporel, qui agrège le solde de telle sorte qu’aucun CS ne soit en mesure de lier les paiements de service de recharge aux adresses de blockchain des utilisateurs de VE, tout en garantissant que les CS reçoivent le paiement intégral pour les services qu’ils fournissent. La contribution majeure de la thèse est de fournir des mécanismes de sélection de service sécurisés et efficaces adaptés à différentes applications IoT avec différentes exigences de service et besoins de sécurité. Grâce à l’approche proposée, les consommateurs pourront sélectionner en toute sécurité un fournisseur de services approprié en fonction de leurs besoins. Les résultats expérimentaux ont montré que les approches proposées obtenaient de meilleures performances et une meilleure efficacité par rapport à l’état de l’art.

Date	18 août 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Kaiwen Zhang (Directeur(-trice)) & Hans Arno Jacobsen (Codirecteur(-trice))