استفاده از بلاکچین‌ها برای ادغام ایمن فراداده در کاربردهای نظامی IoT

استفاده از بلاکچین‌ها برای ادغام ایمن فراداده در کاربردهای نظامی IoTکنراد ورونا ، میشال جاروش ، نمایندگی آژانس ارتباطات و اطلاعات ناتو لاهه هلند ، دانشگاه فناوری نظامی ورشو لهستانبلاکچین‌ها راه‌حل‌هایی جالب توجه بر برخی چالش‌هایی امنیتی که در کارهای نظامی با آن‌ها مواجه می‌شویم ارئه می‌دهند. این راه‌حل‌ها در مواقعی که ایجاد ریشه رایج اعتماد دشوار یا حتی ناممکن است مانند چهارچوب همکاری شهروندی-نظامی که در آن سازمان‌های نظامی مستلزم ساخت فراساختار قابل اطمینان تبادل اطلاعات با سازمان‌های مختلف دولتی یا غیردولتی شهروندی، جمع‌های محلی، شرکت‌های تجاری یا افراد شخصی هستند، منحصراً جالب توجه است. ما در پژوهش خود چگونگی اینکه بتوان از بلاکچین برای ذخیره‌سازی فراداده با توضیح اطلاعات گردآوری‌شده از دستگاه‌های IoT اعضای فدراسیون و نیز اطلاعاتی که به صورت تجمعی از حسگرهای مربوط به افراد شخصی گردآوری شده‌اند، بتوان استفاده کرد را مورد بحث قرار می‌دهیم. ما ساختاری سطح بالا برای راه‌حل ادغام امن فراداده با استفاده از بلاکچین‌های سازگار با 4778 و 4774 STANAG را ارائه داده‌ایم. همچنین راه‌حل فنی واقعی مبنی بر هایپرلجیک فابریک و برخی از مسائل باز را توصیف کرده‌ایم.1. مقدمهبلاکچین‌ها به پاس ترکیب ساخارشان همچون داده‌های ذخیره شده و غیرمتمرکزسازی آن‌ها، راه‌حلی جالب توجه برای برخی چالش‌های امنیتی که در کارهای نظامی با آن‌ها روبه‌رو می‌شویم ارائه می‌دهند [1]. این‌ها مخصوصاً در حالاتی که بنیاد نهادن ریشه اعتمادی مرسوم دشوار یا حتی ناممکن باشد، جالب توجه هستند [2]. این اغلب در محیط‌های فدراسیونی اتفاق می‌افتد که در آن‌ها شرکت‌کنندگان معمولاً متعلق به حوزه‌های سازمانی جدا از هم همراه با اعتماد متقابل محدود هستند. این قبیل حالت‌های فدراسیونی درعملیات نظامی به طور فزاینده‌ای شیوع یافته و علاوه بر آن اغلب مستلزم نیاز به فدراسیونی پویا از اعضای ائتلاف با همکاری پیشین محدود، در صورت وجود هر گونه همکاری قبلی، است. پایه‌گذاری چنین فدراسیون‌های پویایی می‌تواند در حمایت از عملیات دفاع در مباحث جدال فعال اما بیشتر حتی اغلب در حین عملیات همیاری انسان‌گرایانه و رفع فاجعه (HADR) در نواحی فاجعه طبیعی و حین عملیات ضد تروریستی، لازم است. مشخصه پویا و عدم قابل پیش‌بینی بودن در زمینه همکاری شهروندی-نظامی (CIMIC) که در آن موسسات نظامی نیازمند ایجاد فراساختار تبادل اطلاعات قابل اعتماد با موسسات شهروندی مختلف دولتی و غیردولتی، گردهمایی‌های محلی، شرکت‌های تجاری و افراد شخصی، ارتباط بخصوصی دارند.یکی از موارد جدید و حائز اهمیت کاربرد CIMIC بنیان نهادن هوشیاری موقعیتی بهتر در محیط‌های هوشمند همچون شهرهای هوشمند است. اغلب، این محیط‌های هوشمند با تعدادی حسگر و فعال‌کننده ، مثلا به مرجع [3] رجوع شود، که می‌توانند منابع اضافی ارزشمندی از هوشیاری موقعیتی فراهم ساخته و در ایجاد اثرات فیزیکی مورد نظر در مناطق عملیاتی نیز سهیم باشند، تجهیز شده‌اند.ما در پژوهش خود چگونگی توانایی در استفاده از بلاکچین برای ذخیره‌سازی فراداده‌ای که اطلاعات گردآوری شده از ابزارهای IoT را بیان می‌کند را مورد بحث قرار داده‌ایم. این ابزارها هم می‌توانند ابزارهای اعضای فدراسیون و هم می‌توانند حسگرهای جمعیتی متعلق به کاربران شخصی را شامل شوند. با ارائه ساختاری سطح بالا برای راه‌حل ادغام فراداده با استفاده از بلاکچین‌ها و سازگار با 4774 STANAG [4] و 4778 STANAG [5] شروع به کار می‌کنیم. در بخش بعدی با استفاده از بلاکچین راه فنی قطعی برای ادغام فراداده به اطلاعات دریافتی از ابزارهای IoT را ارائه می‌دهیم. ما تاییدی بر اجرای مفهوم این راه حل را تشریح کرده و جهات ممکن برای کارهای آتی را مورد بحث قرار می‌دهیم.2. استفاده از فراداده در کارهای IoTاگرچه دستگاه‌های IoT و محیط‌های هوشمند منبعی جالب توجه و نویدبخش از اطلاعات اضافه برای غنی کردن و پالایش هوشیاری موقعیتی حین عملیات HADR را به ما می‌دهند اما چالش‌های مهم متعددی پیرامون استفاده از دستگاه‌های شخص ثالث وجود دارند. پایه‌ای‌ترین چالش مربوط به حصول قابلیت همکاری فنی و به طور ویژه یافتن اطلاعاتی که بتوان از مثلاً فراساختار شهر هوشمند یا جمعت مردم از طریق حسگرها و دستگاه‌های IoT شخصی آن‌ها جمع‌آوری کرد، می باشد. با اینحال حتی اگر بتوانیم منابع اطلاعاتی موجود را بیابیم، باز هم چالش‌های مهمی را در رابطه با فهم معنی، رابطه و میزان قابل اعتماد بودن اطلاعات حاصل، داریم. دسترسی‌پذیری فراداده‌ی مناسب می‌تواند این فرآیند معلولیت و تولید دانش مبنی بر اطلاعات حاصل از منابع خارجی را تسهیل کند. از فراداده هم برای توصیف خواص درونی مانند چیزی که در تشخیصات هسته‌ی دوبلین یا در هسته ناتو تعیین شده‌اند[6] ، و هم برای توصیف اطلاعات داخلی لازم برای ارزیابی اعتمادپذیری و اطمینان‌پذیری داده‌های گردآوری شده همچون منشاء، هویت مالک/سازنده، دقت زمان و ابزار تولید، می‌توان استفاده کرد. دسترسی‌پذیری فراداده‌های معنایی و متنی به لحاظ تامین ادغام کافی و موثر داده‌ها علی‌الخصوص به هنگام ایجاد تصویر عملیاتی ترکیبی سامل منابع داخلی و خارجی اطلاعات، حیاتی است.3. ملزومات امنیتیهمانطورکه در بخش قبلی بحث شد فراداده می‌تواند نقشی مهم در فراهم‌سازی تصویری عملیاتی با جزئیات بیشتر ایفا کرده و به موجب آن هوشیاری موقعیتی را در حالتی که نیازمند همکاری شهروندی-نظامی هستیم را بهتر کند. با اینحال گشایش سیستم‌های نظامی به جهت شمول منابع داده‌های خارجی، آن‌ها را در مقابل بردار حملات احتمالی جدید نیز قرار می‌دهد. برخی از این حملات عبارتند از آسیب‌پذیری‌های امنیتی قدیمی همچون ورود داده‌های نابهنجار مانند ورود SQL باشند که می‌توان با استفاده از فنون شناخته‌شده‌ی دفاعی مثل اعتبارسنجی محتوی به آن‌ها رسیدگی کرده و عملیات برنامه‌نویسی را ایمن ساخت. هرچندکه برخی دیگر از حملات ممکن از به طور ویژه‌ای بر لایه اطلاعاتی تمرکز داشته باشند مثلاً می‌توانند به هدف برآشفتن الگوریتم‌های تحلیل داده به وسیله عدم تفهیم معنی اطلاعات یا ارسال ناخواسته یا هدفمند مقادیر نادرست قرائت حسگر، باشند. این قضیه می‌تواند سازوکارهای ورود داده‌ها را به اشتباه انداخته و سبب مسموم کردن دسته داده‌ی کلی مورد استفاده برای هوشیاری موقعیتی و تولید تصویر عملیاتی ترکیبی گردد. در واقع این نوع حمله طبیعتی بسیار مشابه با حملات با استفاده از اخبار غلط است که اخیراً با موفقیت در عرصه جهانی انجام گرفته است [7]. به جهت ممانعت از اینگونه حملات و تضمین قابلیت اطمینان ورود داده، نه تنها فهم درست اینکه داده‌ها در رابطه با چه هستند بلکه حتی دانستن منشاء اطلاعات، حیاتی هستند. این فراداده‌ای بحرانی نیازمند داشتن تضمین مناسب از صحت آن‌ها و صحت ادغام آن‌ها با هدف داده‌ی اصلی هستند.4. سازوکارهای ترکیب و ادغام فرادادهتوافق نامه 4774 استاندارسازی ناتو (STANAG) شکل XML و ترکیب را برای برچسب‌های فراداده توصیف می‌کند. در حال حاضر، تمرکز آن بر برچسب‌های محرمانه‌ی فراداده که گردآوری عناصر محرمانگی را تشریح کرده و خواصی که حساسیت اطلاعات را تعیین می‌کند، می باشد. این خواص شامل هشداردهنده‌ی پلیس، طبقه بندی، دسته‌بندی ایمنی و نیز تاریخ و زمان ایجاد برچسب فراداده، هستند. مشمول شدن اطلاعات برچسب در رابطه با سازنده و منشاء داده‌ها نیز ممکن است – از این‌ها می‌توان برای ارزیابی بیشتر اعتمادپذیری اطلاعات و بهینه سازی فرآیند ورود داده‌ها استفاده کرد.4778 NATO STANAG راه‌های ممکن پیوند برچسب فراداده به هدف داده را توصیف می‌کند. به ویژه سه گونه مختلف ادغام را که می‌توان به طور خلاصه در ذیل معرفی کرد را معرفی می‌کند. هرکدام از این گونه‌های ادغام شامل سه عنصر بشرح: فراداده، هدف داده و ادغام، هستند. یک ادغام تکی را می‌توان با فراداده‌ها و اهداف داده‌ی (یا منابع این اهداف) متعددی همبسته ساخت. همچنین هر ادغام می‌تواند شامل یک مصنوعات رمزنگاری شده که صحت عناصر فوق را حفظ می‌کند، باشد. نمونه‌هایی از مصنوعات رمزنگاری‌شده‌ی ممکن عبارتند از: امضای دیجیتال، تحلیل رمزنگاری‌شده یا یک کد ارسالی حراز هویت.در رابطه با ادغام انحصاری، یک هدف داده و یک برچسب فراداده در عنصر ادغام یکسان مثل یک سند XML، قرار داده می‌شوند. دو نوع از ادغام انحصاری همراه و بدون محافظت رمزنگاری‌شده، دارای صحت و منشاء در تصویر یک به نمایش گذاشته شده‌اند. تصویر 1. ادغام انحصاری. تصویر 2. ادغام جاسازی شده تصویر 3. ادغام جداشدهاز برای ادغام جاسازی شده، عنصر ادغام شونده حاوی برچسب فراداده وارد هدف داده می‌شود. دو حالت ادغام جاسازی شده شامل حفاظت رمزنگاری شده‌ی صحت و منشاء و بدون آن در تصویر 2 به نمایش گذاشته شده‌اند.در پایان، در ادغام جداشده، تمام عناصر یا برخی از آن‌ها (یعنی فراداده و هدف داده) به صورت جداگانه به جهت ادغام، ذخیره شده‌اند. ادغام تنها شامل مرجع به اهداف آن و احتمالاً مصنوعات رمزنگاری شده یا مرجع به چنین مصنوعاتی، می‌باشد. این حلت در تصویر 3 نمایش داده شده است.تاکید بر اینکه اگرچه نسخه کنونی 4774 STANAG عمدتاً بر نشانگرهای حساسیت و برچسب‌های محرمانگی مربوطه متمرکز بوده حائز اهمیت است، از روش‌های عنوان شده در 4778 و 4774 STANAG می‌توان برای پیوند دادن هرگونه فراداده از جمله فراداده‌ی عمومی از قبیل مواردی که در طبقه‌ندی فراداده‌ی هسته ناتو [6] عنوان شده است، استفاده نمود.5. کاربردهای مبنی بر بلاکچین IoTالف. ساختار کلیساختاری کلی برای کاربردهای مبنی بر بلاکچین IoT که از آن برای راه‌حل برچسب‌زنی مبتنی بر بلاکچین خودمان استفاده کردم در تصویر 4 ارائه شده است. این ساختار متشکل از 5 جزء اصلی است. دستگاه‌های IoT دستگاه‌های حسگری متنوعی از حسگرهای پایانه کوتاه بسیار محدود شده گرفته تا اجزای نسبتاً قدرتمند فراساختا شهر هوشمند را شامل می‌شوند. فرض می‌کنیم که این دستگاه‌ها توانایی برهمکنش مستقیم با شبکه بلاکچین را چه به دلیل محدودیت عملکردی یا چه به دلیل عدم آرایش مناسب، ندارند. این دستگاه‌های حسگری با استفاده از اتصال بیسیم همچون NB-IoT، LoRa، Zigbee، بلوتوث یا WiFi با گره‌ای لبه‌ای که داده‌ها را دوباره پیکربندی کرده و آن را با فراداده به صورتی سازگار با 4774 STANAG تفسیر می‌کند و برای ورود در تراکنش بلاکچین مناسب باشد، ارتباط برقرار می‌کنند. گره‌های لبه‌ای IoT پایانه‌های کاربری تماماً عملکردی کاربرد بلاکچین هستند و همچون دیگر گره‌های فدراسیونی می‌توانند درخواست‌هایی برای خواندن داده‌های ذخیره شده در بلاکچین فرستاده یا به قرارداد هوشمند استناد کنند. گره لبه‌ای IoT می‌تواند با سیستم بلاکچین از طریق اتصالات مختلف یعنی سیم‌دار یا بیسیم، و پروتکل‌های گوناگونی مانند HTTPS یا دیگر پرتکل‌های مبنی بر TCP/UDP، ارتباط برقرار کند. فرض بر آن است که این کانال ارتباطی، پهنای باند بالاتر و اطمینان‌پذیری بالاتری را نسبت به کانال ارتباطی بین دستگاه‌های IoT و گره لبه‌ای فراهم می‌سازد.یکی از عناصر اصلی سیستم بلاکچین، ماژول کنترل دسترسی است. ماژول کنترل دسترسی میزان دسترسی به API بلاکچین را محدود می‌کند. همچنین در فرآیند احراز هویت کاربران و دستگاه‌ها دخیل می‌شود. ماژول کنترل دسترسی در مورد بلاکچین‌های بدون نیاز به اجازه ممکن است از سیاست تهی استفاده کند یعنی ممکن است تمامی کاربران و درخواست‌ها را بپذیرد و امکان دارد که منحصراً بر اعتبارسنجی و سالم‌سازی داده‌های ورودی متمرکز شود. ماژول کنترل دسترسی توسط یک مدیر گره مدیریت می شود. شبکه بلاکچین یک دفتر کل توزیع شده را فراهم می‌کند یعنی یک مخزن داده‌ی توزیع شده و یک سازوکار اجماعی که ثبات دفتر کل را تضمین می‌کند. ما در تصویر 4 به خاطر قابلیت خواندن تنها اتصال بین ماژول کنترل دسترسی و گره‌های نمونه را نشان داده‌ایم، در حالیکه در شبکه واقعی هر گره به ماژول کنترل دسترسی متصل است..ب. هایپرلجیک فابریک1) اطلاعت کلی: هایپرلجیک فابریک [8] و[9] یک پروژه منبع باز اجرایی توسط سازمان لینوکس درون همکاری ابردفتری است. تمرکز اصلی هایپرلجیک فابریک بر تسهیل ایجاد برنامه‌های مبنی بر بلاکچین است.یکی از دلایل اینکه چرا ما هایپرلجیک فابریک را برای اثبات مفهوم پیاده سازی خود استفاده کردیم، توانایی آن برای تقویت سیاست‌های امنیتی منعطف است. هایپرلجیک فابریک یک توزیع شده شخصی و مجوزدار است یعنی اینکه تنها کاربران احراز هویت شده به داده‌ها دسترسی داشته و گره‌های انتخابی می توانند در فرآیند اجماع دخیل شوند. کانال یک دفتر کاملاً متمایز است که در آن امکان ایجاد مجموعه‌ داده‌ای شخصی و تنها قابل دسترس برای کاربر کانالی بخصوص وجود دارد. به جهت تقویت کنترل و جوابگویی دسترسی،‌هر عضو مثل همتا، سفارش دهنده، برنامه مشتری، مدیر، توسط یک ارائه‌دهنده‌ی خدمات عضویابی (MSP) شناسایی می‌شود [10]. پیاده‌سازی پیش‌فرض به اجازه‌نامه‌های 509X. شناسایی و به فراساختار کلیدی عمومی سنتی (PKI) متکی است ، بااینحال امکان پیاده‌سازی دیگر سازوکارهای احراز هویت همچون فراهم‌سازی حفاظت شناسه نیز وجود دارد. هر موسسه حداقل یک MSP دارد.داده‌ها به شکل مقدار کلیدی درون بلاکچین ذخیره می‌گردد. هایپرلجیک فابریک راه حلی مدولار است [11]. به طور ویژه امکان تغییر متور پایگاه داده (موتور پیش فرض LevelDB است) و سازوکار اجماع بکار گرفته شده، وجود دارد. این اتخاب دوم در کاربردهای IoT که در آن استفاده از سازوکارهای اجماع مبتنی بر اثبات کار ممکن است حاصل نشدنی باشد، حائز اهمیت است. تصویر 4. ساختار سیستم بلاکچیندیگر ویژگی حائز اهمیت هایپرلجیک فابریک به کد زنجیری معروف است. این کدی است که بر روی هر گره پیاده شده است. این کد هنگامیکه کاربر یا دستگاه یک قرارداد هوشمند را فرامی‌خواند، تحریک می‌شود. قرارداد هوشمند حصول شرایط ذخیره شده در آن را برای مباحث ارائه شده حین فراخوان بررسی می‌کند. اگر این شرایط حاصل نگردیدند، هیچگونه تغییری صورت نخواهد گرفت. اگر شرایط ثبت شده درون قرارداد هوشمند به وقوع بپیوندند سپس نتیجه‌ی اجرای کد زنجیری با نتایج بدست آمده توسط دیگر گره‌ها به جهت رسیدن به توافق، بررسی می‌گردد.2) سازوکارهای اجماع: فرآیند رای گیری و به توافق رسیدن بین گره‌ها، اجماع نام دارد. این اجماع به صورت خودکار هنگامیکه بلاک به حداکثر اندازه برسد یا پس از اتمام زمان مقرر، انجام می‌گیرد. هایپرلجیک فابریک دو نوع سازوکار اجماع را فراهم می‌سازد. از اجماع SOLO تنها در توسعه محیط استفاده می‌شود. دومین سازوکار اجماع مبنی بر Apache Kafka بوده و از آن در تولید محیط استفاده می‌شود. در سازوکار Kafka، گره‌های خدمات سفارشی (OSN) تراکنشی را به خوشه‌ی Kafka می‌فرستند. Kafka پس از دریافت اولین تراکنش، کرنومتری را به کار انداخته شروع به گروه‌بندی تراکنش‌های موفق درون بلوک می‌کند. این بلوک به هنگامیکه به حداکثر تعداد تراکنش برسد یا به هنگام به پایان رسیدن زمان، هرکدام زودتر اتفاق بیوفتد، قطع می‌شود. این بلوک به همه OSNها و سپس به همه گره‌ها فرستاده می‌شود. لذا تمامی گره‌ها به بلاکی یکسان که تراکنش‌های یکسانی را به ترتیبی یکسان ذخیره کرده است منتهی می‌شوند. در مرجع [12] نویسندگان نشان داده‌اند که هایپرلجیک فابریک می‌تواند حداکثر 2700 تراکنش را در ثانیه (TPS) پردازش کند.3) جریان تراکنش: سیر هر تراکنش درون هایپرلجیک فابریک متشکل از سه مرحله است:1) پیشنهاد: در این مرحله برنامه یک پیشنهاد تراکنش تولید کرده و آن را برای تایید به دسته‌ای ضروری از همتاها ارسال می‌کند. هرکدام از این همتاها با استفاده از کد زنجیری جوابی تولید کرده (اجرای تراکنش را شبیه‌سازی می‌کند)، آن را امضا کرده و به برنامه برمی‌گرداند. در این مرحله دفتر اصلاح نشده است.2) سفارش: برنامه‌ها تراکنشاتی را به سفارش خدمات (سفارش دهنده) ارسال می‌کنند. این همتا، تراکنشات را درون بلوک‌ها بسته‌بندی می‌کند.3) اعتبارسنجی: در این مرحله سفارش دهنده بلوک را به تمامی همتاها ارسال می‌کند. هر همتا به صورت مستقل بلوک را پردازش می‌کند. همتاها اینکه تراکنش توسط موسسات ضروری امضا شده‌اند (مطابق ساست‌گذاری امضا) را تایید می‌کند. اگر این شرایط محقق شود همتا می‌کوشد تا تراکنش را به دفتر پیوست کند. این کار به وسیله بررسی اینکه آیا حالت فعلی دفتر با حالتی از دفتر هنگامیکه بروزرسانی پیشنهادی ایجاد شده است همخوانی دارد یا نه، انجام می شود. تراکنش‌های ناموفق در دفتر اعمال نمی‌شوند بلکه به هدف بررسی نگهداشته می‌شوند (درون بلوک‌ها).ما در تصویر 5 ساختاری ساده شده از روش برچسب‌زنی با استفاده از هایپرلجیک فبریک را ارائه کرده‌ایم. کنترل دسترسی در دو سطح انجام می‌گیرد. سطح اول به وسیله برنامه‌ی اکتساب داده انجام می‌پذیرد. این برنامه بر اساس احراز هویت داده‌های ذخیره شده در کانال 2 این را که کاربر به هدفی ویژه که در کانال 1 ذخیره شده است دسترسی دارد یا خیر را بررسی می‌کند. کنترل دسترسی سطح دوم مبنی بر سازوکار مبتنی بر PKI بکارگرفته شده درون HF است. این، دسترسی مدیران و مدیریت قرارداد هوشمند را کنترل می‌کند و به گره‌ها اجازه دخول در شبکه را می‌دهد. هر گره دو دفتر را نگه‌می‌دارد (یکی برای هر کانال). هر دفتر دو هدف دارد: داده‌ها (یا اسناد) و کد زنجیری (نشان داده شده با SC). دفتر 1 در گره 1 حاوی داده‌هایی یکسان با درفتر 1 در گره 2 است. شرایطی یکسان در دفتر 2 رخ می‌دهد. آرایش شبکه (NC) حاوی اطلاعاتی در رابطه با آرایش شبکه و سیاست دسترسی به شبکه است. به علاوه، هر کانال در میان چیزهای دیگری که دارند، سیاست‌های خودش (CC) را دارد که اینکه گره‌ها بتوانند به یک کانال مشخص بپیوندند را تعیین می‌کند. اشکال مثلثی نشان دهنده سازمان‌هایی هستند که می‌توانند سیاست را تغییر دهند. تصویر 5. تفسیر فراداده‌ی صحیح با هایپرلجیک فابریک6. ادغام فراداده با استفاده از سازوکار بلاکچینکاربرد بلاکچین به عنوان سازوکاری برای ادغام در تصویر 6 نشان داده شده است. ادغام بلاکچین اینکه هر عنصر Reading (خواندن) در مقابل اصلاحات بدون مجوز حفاظت می‌شود را تضمین می‌کند. هدف Reading اطلاعاتی در رابطه با مکان داده‌ها (مرجع داده‌ها، هش داده‌های ذخیره شده، رمزگذاری داده‌ها و نوع داده‌ها) در بین کارهای دیگری که انجام می‌دهد، ذخیره می‌کند. هر هدف خواندن دارای رابطی با Reading Metadata (خواندن فراداده) که اطلاعاتی در رابطه با خواند از قبیل تاریخ و زمان ایجاد آن و نیز مکانی که داده‌ها جمع‌اوری شده‌اند را ذخیره می‌کند. راه‌حل ما امکان افزودن رابط‌های متعددی به اهداف خواندن را درون هدف Sensor (حسگر) به کاربر می‌دهد. هدف Sensor Metadata (حسگر فراداده) خواصی در رابطه با حسگر که از آن می‌توان حین فرآیند ورود داده‌های صحیح استفاده کرد را ذخیره می‌کند. هر کدام از این اهداف یک ID منحصربفرد دارند. ما با استفاده از هایپرلجیک فابریک، یک برنامه ادغام نمونه ایجاد کرده‌ایم. شرایط آزمایشی ما شامل اطلاعات به اشتراک گذاری محیط با دو سازمان فدراسیون که هر کدام دو همتا داشتند بود. کانال اول مسئول سازوکار ادغام فراداده بود. در این کانال دو کد زنجیری ایجاد کردیم، اولی مسئول رسیدگی به اهداف Sensor و Sensor Metadata بوده و دومی برای بررسی اهداف Reading و Reading metadata بود. کد زنجیری Sensor دارای 4 عملگر است: 1) افزودن Sensor و Sensor Metadata؛ 2) مقدار جستار برای کلید ویژه‌ی ذخیره شده درون دفتر؛ 3) افزودن یک Reading ID به Sensor موجود و 4) اصلاح Sensor Metadata. این کلید یک رشته‌ی ممنحصربفرد بوده که هدف را به طور منحصربفردی شناسایی می‌کند. کد زنجیری Reading و Reading Metadata دارای 2 عملگر است: 1) افزودن Reading و Reading Metadata جدید و 2) دریافت مقداری برای کلید ویژه. هرکدام از این کدهای زنجیری به صورت Go نوشته شده‌اند. تصویر 6. ساختار اهداف بلاکچینکانال دوم مسئول ذخیره‌سازی اطلاعات مربوط به کاربران از جمله حق دسترسی‌ها به اهداف بخصوص ذخیره شده درون کانال اول است. همچنین ما در Python (پایتون) برنامه‌ای برای Raspberry Pi که داده‌های حاصل از حسگرهای دمایی و انسانی را می‌خواند ایجاد کردیم. داده‌ها درون فایل‌های متنی روی لوح اشتراکی ذخیره شده‌اند. ما برنامه خود را چون هایپرلجیک فابریک فعلاً از REST API پشتیبانی نمی‌کند، باستفاده از –GO-SDKبافت [13] که داده‌ها را از دستگاه‌های IoT/گره‌های IoT گرفته و به کدی زنجیری برای افزودن هدف داده به یک بلاکچین استناد می‌کند، نوشتیم. این یکی از شرایط عنوان شده در بخش 5 است. فرآیند افزودن داده‌های جدید به بلاکچین متشکل از دو مرحله است. در مرحله اول کاربر حسگر را به بلاکچین اضافه می‌کند، درحالیکه در مرحله دوم دستگاه داده‌ها را درون فایلی متنی روی سروری جدا ذخیره کرده و یک هدف Reading به بلاکچین اضافه می‌کند. داده‌های درون بلاکچین با قالب JSON ذخیره شده‌اند.هرکدام از انواع ادغام معرفی شده در بخش 4 دارای مزایا و معایبی برای برنامه‌های بلاکچین هستن که در ذیل به طور خلاصه بحث شده‌اند.سازوکار اذغام جاسازی شدهکمترین تناسب را برای استفاده بلاکچین دارد چرا که فراداده درون هدف داده ذخیره شده‌است مثل یک سند Word. بنابراین کل سند بایستی به جهت بررسی برچسب فراداده، پردازش شود.استفاده از ادغام انحصاری برای بلاکچین دارای تناسب کمتری است. از آنجاکه هدف داده به همراه فراداده درون بلاکچینی یکسان ذخیره می‌شود، سربار و محدودیت‌های بزرگی در ظرفیت تراکنشات وارد م‌کند. مزیت استفاده از ادغام انحصاری به همراه بلاکچین، تغییرناپذیری داده و فراداده بوده و اینکه تنها یک بلاکچین برای ذخیره تمام هدف‌ها لازم دارد.به نظر ما سازوکار ادغام جداشده برای استفاده به همراه راه حل مبتنی بر بلاکچین ما، مناسبترین است. در رابطه با ادغام جداشده، یک سند شامل مرجعی برای هدف داده و فراداده است. مزیت این راه حل توانایی محدود کردن فضای ذخیره سازی لازم در بلاکچین و به موجب آن بهبود در مقیاس بالا و در عملکرد است. هدف داده را می‌توان در مکان‌های مختلفی ذخیره کرد. به داده‌های ذخیره شده در ورای بلاکچین توجه کنید، لذا نیازمند استفاده از سازوکاری جداگانه برای حفظ محرمانگی داده‌ها،‌صحت و دسترس‌پذیری آن‌ها هستیم، اگرچه نقض صحت را می‌توان به پاس هش رمزنگاری شده‌ی ذخیره شده درون بلاکچین، یافت. ما این نوع ادغام را به این دلیل که دستگاه‌های IoT می‌توانند میزان زیادی داده تولید کنند، برای بکارگیری اولیه انتخاب کرده‌ایم.7. کارهای مرتبطخلاصه‌ای از فناوری‌های مختلف دفتر توزیع شده‌ی پیشنهادی هم شامل بلاکچین‌ها و هم راه‌حل‌های جایگزین را می توانید در مرجع [14] بیابید. برخی مقوله‌های انتخاب برای انتخاب راه بلاکچین مناسب در مرجع [15] بررسی شده‌اند. مثالی از سیستمی که بتوان از آن برای فراهم سازی یک ورودی داده معتبر برای قراردادهای استفاده نمود در مرجع [16] ارائه شده است. خلاصه‌ای از کاربردهای پیشنهادی بلاکچین را می‌توان در [17] یافت بااینحال این مرجع هیچگونه کاربد نظامی را پوشش نمی‌دهد. بلاکچینی مبنی سیستم مدیریت داده در مرجع [18] ارائه شده است.بکارگیری هایپرلجیک فابریک متکی بر پلتفرم IntelSGX و تامین محیطی برای اجرای ایمن برای قراردادهی هوشمند در مرجع [19] ارائه شده است. مزیت استفاده از هایپرلجیک فابریک در IoT در مرجع [20] بحث شده است.مقایسه‌ای از هایپرلجیک فابریک، اتریوم و IOTA را می توان در مرجع [21] یافت.انواع مختلف اشکال ساختاری برای برنامه‌های بلاکچین IoT در مرجع [22] بحث شده‌اند - رویکرد ما را می‌توان به عنوان گونه‌ای از ساختار چیزهای توزیع یافته مطابق با طبقه بندی ارائه شده در آنجا دسته بندی کرد. انواع مختلف پلتفرم‌های دفتر توزیع یافته که از آن‌ها می‌توان در برنامه‌های IoT استفاده کرد در [23] ارائه شده اند. کاربردهای مختلف فناوری بلاکچین به لحاظ شهرهای هوشمند در [24] ارائه شده‌اند. بحث عمومی‌تر قابلیت اعمال بلاکچین بر IoT از جمله موارد استفاده‌ی مختلف را می‌توان در [20]، [25-27] یافت. عملکرد الگوریتم‌های ادغام متفاوت در زمینه‌ی IoT در [28] ارزیابی شده‌اند. مروری با تمرکز بیشتر بر امنیت فناوری بلاک چین برای IoT را می‌توان در [29-31] یافت. مشکلات بخصوص مربوط به استفاده از بلاکچین برای مدیریت هویت و دسترسی در [32-34] بحث شده‌اند.8. نتیجه‌گیری و پژوهش‌های آتیما در این مقاله ساختاری برای ادغام رمزنگاری شده‌ی مبتنی بر بلاکچین فراداده با داده‌های حسگری گردآوری شده در زمینه همکاری شهروندی-نظامی در محیط‌های هوشمند را ارائه کردیم. ما هایپرلجیک فابریک را به عنوان چهارچوب عملی ممکن برای راه حل خود معرفی کردیم. در حال حاضر هایپرلجیک فابریک یکی کاملترین و مورد استفاده‌ترین چهارچوب‌ها برای توسعه برنامه‌های مبتنی بر بلاکچین است. اخیراً از 4778 و 4774 STANAG به جهت تضمین برچسب زنی منسجم اطلاعات، توسط ناتو مورد استفاده قرار گرفته است. انواع مختلف ادغام توصیف شده در 4778 STANAG دارای برخی مزایا و معیب بخصوص در زمینه ادغام مبتنی بر بلاکچین فراداده با هدف داده هستند. ما راهی اولیه برای ذخیره سازی داده‌های حسگری یافته و فراداده را در هایپرلجیک فابریک به کار گرفتیم. کار ما امکان‌پذیر بودن رویکرد ما را تایید کرد. ما در آینده بر آن هستیم که آزمایشات عملکردی در مقیاس بزرگتری را به جهت تکمیل پروفایل ادغام جدید با تفهیم معنی بکارگیری سیستم هوشیاری موقعیتی برای عملیات HADR و دفاعی در محیط‌های هوشمند از قبییل شهرهای هوشمند انجام دهیم. به طور ویژه در کار فعلی ما می‌توان دستگاه‌های IoT را تنها از طریق برنامه‌ی نوشته شده در پایتون و نصب شده روی یک گره لبه‌ای IoT یا یک دستگاه IoT به بلاکچین وصل کرد. ما بر روی برنامه نوشته شده به زبان C و بهبود دادن برنامه فعلی برای تبدیل قالب‌های داده و درخواست‌های ارسالی ار دستگاه‌های مختلف IoT کار می‌کینم.منابع : [1] K. Wrona and M. Jarosz, “Does NATO need a blockchain ?” inMILCOM Military Communications Conference, 2018, pp. 667–672.[2] K. Wust and A. Gervais, “Do you need a Blockchain ?” in ¨ Crypto Valley Conference on Blockchain Technology, 2018, pp. 45–54.[3] D. Bruneo, S. Distefano, M. Giacobbe, A. Longo Minnolo, F. Longo,G. Merlino, D. Mulfari, A. Panarello, G. Patane, A. Puliafito, C. Puli- `afito, and N. Tapas, “An IoT service ecosystem for Smart Cities: The#SmartME project,” Internet of Things, vol. 5, pp. 12–33, 2019.[4] NATO Standardization Office, “Confidentiality metadata label syntax,” NATO Standardization Office, NATO Standardization Agreement(STANAG) 4774, 2016.[5] ——, “Metadata binding mechanism,” NATO Standardization Office,NATO Standardization Agreement (STANAG) 4478, 2018.[6] NATO Consultation Command and Control Board (C3B), “NATO CoreMetadata Specification (NCMS) Version 1.0,” NATO, Brussels, Belgium,Tech. Rep., 2015.[7] I. Allan, J. Althuis, A. Averin, G. Conci, S. Dooley, E. Duffy,D. Gray, L. Haiden, M. Ilbury, N. Kantovich, C. Mcmanus, E. Moore,K. Ranautta-sambhi, and S. Strand, Fake News: A Roadmap, J. Althuisand L. Haiden, Eds. Riga: NATO Strategic Communications Centre ofExcellence, 2018.[8] V. Dhillon, D. Metcalf, and M. Hooper, “The Hyperledger Project,” inBlockchain Enabled Applications, 2017, pp. 139–149.[9] “Hyperledger Fabric,” https://www.hyperledger.org/projects/fabric.[10] N. Haur, L.Desrosiers, V. Ramakrishna, P. Novotny, S.A.Baset, andA. O’Dowd, Building decentralized applications with Hyperledger Fabric and Composer. Packt Publishing, 2018.[11] https://hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/latest/.[12] P. Thakkar, S. N. N, and B. Viswanathan, “Performance Benchmarkingand Optimizing Hyperledger Fabric Blockchain Platform,” 2018.[Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1805.11390.pdf[13]https://github.com/hyperledger/fabric-sdk-go.[14] N. E. Ioini and C. Pahl, “A Review of Distributed Ledger Technologies,”in Proc. of the OTM Conferences. Springer International Publishing,2018, pp. 277–288.[15] C. Maple and J. Jackson, “Selecting Effective Blockchain Solutions,”in Proc. of the Euro-Par 2018 Workshops. Springer InternationalPublishing, 2019, pp. 392–403.[16] F. Zhang, E. Cecchetti, K. Croman, A. Juels, and E. Shi, “Town Crier :An Authenticated Data Feed for Smart Contracts,” in Proceedings of theACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security,2016, pp. 270–282.[17] F. Casino, T. K. Dasaklis, and C. Patsakis, “A systematic literaturereview of blockchain-based applications: current status, classificationand open issues,” Telematics and Informatics, vol. 36, pp. 55–81, 2019.[18] L. Zhu, Y. Wu, K. Gai, and K. K. R. Choo, “Controllable and trustworthy blockchain-based cloud data management,” Future GenerationComputer Systems, vol. 91, pp. 527–535, 2019.[19] M. Brandenburger, C. Cachin, R. Kapitza, and A. Sorniotti,“Blockchain and Trusted Computing: Problems, Pitfalls, and aSolution for Hyperledger Fabric,” 2018. [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1805.08541[20] I. Makhdoom, M. Abolhasan, H. Abbas, and W. Ni, “Blockchain’sadoption in IoT: The challenges, and a way forward,” Journal of Networkand Computer Applications, vol. 125, pp. 251–279, 2019.[21] M. Pustisek and A. Kos, “Approaches to Front-End IoT Application De- ˇvelopment for the Ethereum Blockchain,” Procedia Computer Science,vol. 129, pp. 410–419, 2018.[22] C.-F. Liao, C.-C. Hung, and K. Chen, “Blockchain and the Internet ofThings: A Software Architecture Perspective,” in Business Transformation through Blockchain, H. Treiblmaier and R. Beck, Eds. Springer,2019, pp. 53–75.[23] D. Burkhardt, P. Frey, S. Hiller, A. Neff, and H. Lasi, “DistributedLedger Enabled Internet of Things Platforms: Symbiosis Evaluation,”in Business Transformation through Blockchain, 2019, pp. 77–118.[24] L. Shuling, “Application of Blockchain Technology in Smart CityInfrastructure,” in IEEE International Conference on Smart Internet ofThings Application. IEEE, 2018, pp. 276–282.[25] T. M. Fernandez-Caram ´ es and P. Fraga-Lamas, “A Review on the Use ´of Blockchain for the Internet of Things,” IEEE Access, vol. 6, pp.32 979–33 001, 2018.[26] A. Reyna, C. Mart´ın, J. Chen, E. Soler, and M. D´ıaz, “On blockchainand its integration with IoT. Challenges and opportunities,” FutureGeneration Computer Systems, vol. 88, no. 2018, pp. 173–190, 2018.[27] J. Wang, M. Li, Y. He, H. Li, K. Xiao, and C. Wang, “A BlockchainBased Privacy-Preserving Incentive Mechanism in Crowdsensing Applications,” IEEE Access, vol. 6, pp. 17 545–17 556, 2018.[28] S. Zoican, M. Vochin, R. Zoican, and D. Galatchi, “Blockchain andConsensus Algorithms in Internet of Things,” International Symposiumon Electronics and Telecommunications ISETC 2018, pp. 1–4, 2018.[29] M. A. Khan and K. Salah, “IoT security: Review, blockchain solutions,and open challenges,” Future Generation Computer Systems, vol. 82,pp. 395–411, 2018.[30] M. Banerjee, J. Lee, and K. K. R. Choo, “A blockchain future forinternet of things security: a position paper,” Digital Communicationsand Networks, vol. 4, no. 3, pp. 149–160, 2018.[31] D. Minoli and B. Occhiogrosso, “Blockchain mechanisms for IoTsecurity,” Internet of Things, vol. 1-2, pp. 1–13, 2018.[32] N. Kshetri, “Can Blockchain Strengthen the Internet of Things?” ITProfessional, vol. 19, no. 4, pp. 68–72, 2017.[33] M. Nuss, A. Puchta, and M. Kunz, “Towards Blockchain-Based Identityand and Access Management for Internet of Things in Enterprises,” inProc. of the TrustBus. Springer International Publishing, 2018, pp.167–181.[34] M. T. Hammi, B. Hammi, P. Bellot, and A. Serhrouchni, “Bubbles ofTrust: A decentralized blockchain-based authentication system for IoT,”Computers and Security, vol. 78, no. 2018, pp. 126–142, 2018.