title: Blockchain-Based Architectures for Managed Distributed Data Access
Creators: name: Schwarz-Rüsch, Signe
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Nowadays, massive amounts of data are constantly generated. The question of data governance, however, is complex: while consumers often believe they control their generated data, it is the service provider who owns and profits from it. The main challenges are equal data access between untrusted companies and partial data access between consumer and service provider so that the consumer retains control over her data. In this thesis, we investigate the requirements of these challenges and present different approaches for managed distributed data access. These build on blockchain-based distributed ledger technologies, which offer tamper-evident, transparent, replicated, and reliable data storage in a network of mutually distrustful participants. We first introduce a distributed juridical recording unit for railway systems that logs safety-relevant information. It allows all companies involved in the train's life cycle to participate in the recording and thus share equal data access while fulfilling the strict regulatory requirements of such devices. Our system opportunistically utilises on-train hardware and offers high reliability via replication and tamper-resistance due to the blockchain properties. A Byzantine agreement protocol suitable for diverse communication systems ensures timely and fault-tolerant data ordering. The recording is securely and continuously exported to the companies. Next, we present a crowdsensing approach for social networks to limit the spread of fake news. Our system enables users to attach a location-based trust score to their posts. For this, users' mobility traces are collected and evaluated securely and privacy-preservingly, and other nearby users can interactively provide assessments. Data is secured via hybrid encryption by the user, stored on the tamper-resistant blockchain, and evaluated by a smart contract running inside a trusted execution environment. This ensures that mobility traces are confidential and, as users maintain access control, enables partial data access. Furthermore, we maximise the applicability of blockchain systems in new domains by allowing operators to flexibly optimise the platform regarding the ordering mechanism for block creation. For this, we present a blockchain-specific consensus proxy running inside a trusted execution environment on the ordering nodes. It provides a transparent abstraction layer between blockchain network and generic ordering protocols, thereby allowing easy integration of Byzantine agreement protocols.
description: Heutzutage werden konstant riesige Datenmengen erzeugt. Die Frage zu Data Governance ist jedoch komplex: während Verbraucher im Glauben sind, dass sie ihre generierten Daten kontrollieren, ist es tatsächlich der Dienstleister, der diese besitzt und von ihnen profitiert. Die größten Herausforderungen sind der gleichberechtigte Datenzugriff zwischen nicht vertrauenswürdigen Unternehmen sowie der zwischen Verbraucher und Dienstleister partiell geteilte Datenzugriff, durch den der Verbraucher die Kontrolle über seine Daten behält. Diese Arbeit untersucht die davon gestellten Anforderungen und präsentiert verschiedene Ansätze für verwalteten, verteilten Datenzugriff. Diese bauen auf Blockchain-basierten Distributed Ledger Technologien auf, die Daten in einem Netzwerk aus sich gegenseitig misstrauenden Teilnehmern so speichern, dass sie transparent, repliziert und zuverlässig sind und nachträgliche Manipulationen erkannt werden können. Zuerst wird ein verteilter Fahrtenschreiber zur Aufzeichnung sicherheitsrelevanter Informationen in Eisenbahnsystemen vorgestellt. Alle am Lebenszyklus eines Zuges beteiligten Unternehmen können an der Aufzeichnung mitwirken und teilen sich somit den gleichberechtigten Datenzugriff, während das System zugleich die strengen regulatorischen Anforderungen dieser Geräteklasse erfüllt. Das System verwendet opportunistisch die vorhandene Zughardware und bietet hohe Zuverlässigkeit durch Replikation sowie Manipulationssicherheit durch die Blockchain. Ein für verschiedene Kommunikationssysteme konzipiertes Byzantinisches Einigungsprotokoll gewährleistet eine fristgerechte und fehlertolerante Aufzeichnung zum sicheren und kontinuierlichen Export an die Unternehmen. Anschließend wird ein Ansatz für Crowdsensing zur Begrenzung der Verbreitung von Fake News in Sozialen Netzwerken präsentiert. Das System ermöglicht es Nutzern, einen auf ihrer Position basierenden Trust Score an ihre Posts anzuhängen. Dafür werden die Bewegungsprofile der Nutzer auf eine sichere und ihre Privatsphäre wahrende Art gesammelt und ausgewertet. Andere, sich in der Nähe befindliche Nutzer können interaktive Bewertungen beisteuern. Die Daten werden vom Nutzer durch hybride Verschlüsselung gesichert, auf der manipulationssicheren Blockchain gespeichert und in einem Smart Contract in einer vertrauenswürdigen Ausführungsumgebung ausgewertet. Dies ermöglicht partiell geteilten Datenzugriff, da der Nutzer hier die Zugriffskontrolle behält. Des Weiteren wird ein Ansatz zur Maximierung der Anwendbarkeit von Blockchain-basierten Systemen in neuen Domänen präsentiert, der es Betreibern ermöglicht, diese Systeme flexibel hinsichtlich des Einigungsmechanismus für die Blockerstellung zu optimieren. Hierfür wird ein Blockchain-spezifischer Einigungsproxy vorgestellt, der in einer vertrauenswürdigen Ausführungsumgebung auf den Einigungsknoten läuft. Er stellt eine transparente Abstraktionsschicht zwischen dem Blockchain-Netzwerk und dem generischen Einigungsprotokoll dar und erlaubt so die einfache Integration von Byzantinischen Einigungsprotokollen.