Published January 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Towards Blockchain-Based Secure Storage and Trusted Data Sharing Scheme for IoT Environment

Creators

  • 1. COMSATS University Islamabad
  • 2. King Khalid University
  • 3. National University of Sciences and Technology

Description

Nowadays, cloud-based storage systems play a vital role in IoT data storage, processing, and sharing.Despite its contribution, the current cloud-based architecture may cause severe data leakage or jeopardize user privacy.Meanwhile, the cloud-based architecture heavily relies on a trusted third-party auditor (TPA) and runs in a centralized control manner.However, the TPA may not be a completely trustworthy entity, and a single point of failure might cause the centralized system to collapse.Fortunately, with the advent of blockchain technology, the decentralized storage model has gained popularity.A decentralized storage system successfully eradicates the rule of TPA, solves the problem of a single point of failure, and has many advantages over a centralized control architecture, such as low storage prices and high throughput.This study offers a blockchain-based decentralized distributed storage and sharing scheme that provides end-to-end encryption and fine-grained access control.In our proposed IoTChain model, finegrained permission is based on attribute-based access control (A-BAC) policy by employing the Ethereum blockchain as an auditable access control layer.Smart contracts are tailored for the IoTChain model, which combines the Ethereum blockchain and the interplanetary file system (IPFS).We used an advanced encryption standard (AES) for encryption and the elliptic curve Diffie-Hellman key exchange protocol for secret key sharing between data owners and users.Also, the proof-of-work (PoW) consensus mechanism is replaced with a proof-of-authority (PoA) to minimize system transaction cost and boost system throughput.Additionally, our solution has been tested on the Ethereum official test network Rinkeby, and the results demonstrate that our approach is realistic and economical on the IoT data.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في الوقت الحاضر، تلعب أنظمة التخزين القائمة على السحابة دورًا حيويًا في تخزين بيانات إنترنت الأشياء ومعالجتها ومشاركتها. على الرغم من مساهمتها، قد تتسبب البنية الحالية القائمة على السحابة في تسرب حاد للبيانات أو تعريض خصوصية المستخدم للخطر. وفي الوقت نفسه، تعتمد البنية القائمة على السحابة بشكل كبير على مدقق طرف ثالث موثوق به (TPA) وتعمل بطريقة تحكم مركزية. ومع ذلك، قد لا يكون TPA كيانًا جديرًا بالثقة تمامًا، وقد تتسبب نقطة فشل واحدة في انهيار النظام المركزي. لحسن الحظ، مع ظهور تقنية blockchain، اكتسب نموذج التخزين اللامركزي شعبية. يعمل نظام التخزين اللامركزي بنجاح على القضاء على قاعدة TPA، ويحل مشكلة نقطة فشل واحدة، وله العديد من المزايا على بنية التحكم المركزية، مثل انخفاض أسعار التخزين والإنتاجية العالية. تقدم هذه الدراسة مخططًا موزعًا لامركزيًا قائمًا على blockchain يوفر تشفيرًا من طرف إلى طرف والتحكم في الوصول الدقيق. في نموذج IoTChain المقترح، يعتمد الإذن الدقيق على سياسة التحكم في الوصول القائمة على السمات (A - BAC) من خلال استخدام Ethereum blockchain كطبقة تحكم في الوصول قابلة للتدقيق. تم تصميم العقود الذكية لنموذج IoTChain، الذي يجمع بين سلسلة كتل إيثريوم ونظام الملفات بين الكواكب (IPFS). استخدمنا معيار تشفير متقدم (AES) للتشفير وبروتوكول تبادل مفاتيح المنحنى الإهليلجي Diffie - Hellman لمشاركة المفاتيح السرية بين مالكي البيانات والمستخدمين. كما تم استبدال آلية إجماع إثبات العمل (PoW) بإثبات السلطة (PoA) لتقليل تكلفة معاملات النظام وتعزيز إنتاجية النظام. بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار حلنا على شبكة الاختبار الرسمية لإيثريوم Rinkeby، وأظهرت النتائج أن نهجنا واقعي واقتصادي على بيانات إنترنت الأشياء.

Translated Description (French)

De nos jours, les systèmes de stockage basés sur le cloud jouent un rôle essentiel dans le stockage, le traitement et le partage des données IoT. Malgré sa contribution, l'architecture actuelle basée sur le cloud peut provoquer de graves fuites de données ou compromettre la vie privée des utilisateurs. Pendant ce temps, l'architecture basée sur le cloud repose fortement sur un auditeur tiers de confiance (TPA) et fonctionne de manière centralisée.Toutefois, le TPA peut ne pas être une entité totalement fiable et un seul point de défaillance peut entraîner l'effondrement du système centralisé. Heureusement, avec l'avènement de la technologie blockchain, le modèle de stockage décentralisé a gagné en popularité.Un système de stockage décentralisé éradique avec succès la règle du TPA, résout le problème d'un point de défaillance unique et présente de nombreux avantages par rapport à une architecture de contrôle centralisée, tels que des prix de stockage bas et un débit élevé.Cette étude propose un schéma de stockage et de partage décentralisé basé sur une chaîne de blocs qui fournit un cryptage de bout en bout et un contrôle d'accès à grain fin.Dans notre modèle IoTChain proposé, l'autorisation à grain fin est basée sur une politique de contrôle d'accès basée sur les attributs (A-BAC) en utilisant la chaîne de blocs Ethereum comme couche de contrôle d'accès auditable.Les contrats intelligents sont adaptés au modèle IoTChain, qui combine le Ethereum blockchain et le système de fichiers interplanétaire (IPFS). Nous avons utilisé une norme de cryptage avancée (AES) pour le cryptage et le protocole d'échange de clés Diffie-Hellman à courbe elliptique pour le partage de clés secrètes entre les propriétaires de données et les utilisateurs. De plus, le mécanisme de consensus de preuve de travail (PoW) est remplacé par une preuve d'autorité (PoA) pour minimiser les coûts de transaction du système et augmenter le débit du système. En outre, notre solution a été testée sur le réseau de test officiel Ethereum Rinkeby, et les résultats démontrent que notre approche est réaliste et économique sur les données IoT.

Translated Description (Spanish)

Hoy en día, los sistemas de almacenamiento basados en la nube desempeñan un papel vital en el almacenamiento, procesamiento y uso compartido de datos de IoT. A pesar de su contribución, la arquitectura actual basada en la nube puede causar graves fugas de datos o poner en peligro la privacidad del usuario. Mientras tanto, la arquitectura basada en la nube depende en gran medida de un auditor externo de confianza (TPA) y se ejecuta de manera centralizada. Sin embargo, el TPA puede no ser una entidad completamente confiable, y un solo punto de falla podría causar el colapso del sistema centralizado. Afortunadamente, con la llegada de la tecnología blockchain, el modelo de almacenamiento descentralizado ha ganado popularidad.Un sistema de almacenamiento descentralizado erradica con éxito la regla de TPA, resuelve el problema de un solo punto de falla y tiene muchas ventajas sobre una arquitectura de control centralizada, como bajos precios de almacenamiento y alto rendimiento. Este estudio ofrece un esquema de almacenamiento y uso compartido descentralizado basado en blockchain que proporciona cifrado de extremo a extremo y control de acceso de grano fino. En nuestro modelo IoTChain propuesto, el permiso de grano fino se basa en la política de control de acceso basado en atributos (A-BAC) al emplear la cadena de bloques Ethereum como una capa de control de acceso auditable. Los contratos inteligentes están diseñados para el modelo IoTChain, que combina el Blockchain de Ethereum y el sistema de archivos interplanetario (IPFS). Utilizamos un estándar de cifrado avanzado (AES) para el cifrado y el protocolo de intercambio de claves Diffie-Hellman de curva elíptica para el intercambio de claves secretas entre propietarios de datos y usuarios. También, el mecanismo de consenso de prueba de trabajo (PoW) se reemplaza con una prueba de autoridad (PoA) para minimizar el costo de transacción del sistema y aumentar el rendimiento del sistema. Además, nuestra solución se ha probado en la red de prueba oficial de Ethereum Rinkeby, y los resultados demuestran que nuestro enfoque es realista y económico en los datos de IoT.

Files

09745976.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d9045f9ab9badcbee2d600cb8b5ad5a4
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نحو التخزين الآمن القائم على البلوك تشين ونظام مشاركة البيانات الموثوق به لبيئة إنترنت الأشياء
Translated title (French)
Vers un système de stockage sécurisé et de partage de données sécurisé basé sur la blockchain pour l'environnement IoT
Translated title (Spanish)
Hacia un esquema de almacenamiento seguro y de intercambio de datos de confianza basado en blockchain para el entorno IoT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4226244194
DOI
10.1109/access.2022.3164081

Is supplement to
https://openalex.org/W4352982521 (Other)
https://openalex.org/W4285355055 (Other)
https://openalex.org/W3157813756 (Other)
https://openalex.org/W3107538081 (Other)
https://openalex.org/W3023547010 (Other)
https://openalex.org/W2800638116 (Other)
https://openalex.org/W2727691567 (Other)
https://openalex.org/W2599243786 (Other)
https://openalex.org/W2565106493 (Other)
https://openalex.org/W2469042420 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W2810011639
  • https://openalex.org/W2903220614
  • https://openalex.org/W2981733341
  • https://openalex.org/W2996405275
  • https://openalex.org/W3016908633
  • https://openalex.org/W3034276512
  • https://openalex.org/W3080941383
  • https://openalex.org/W3107614271
  • https://openalex.org/W3110811887
  • https://openalex.org/W3110924146
  • https://openalex.org/W3128628176
  • https://openalex.org/W3143115602
  • https://openalex.org/W3151748982
  • https://openalex.org/W3157340262
  • https://openalex.org/W3158874075
  • https://openalex.org/W3161459417
  • https://openalex.org/W3176708559
  • https://openalex.org/W3182456721
  • https://openalex.org/W3185859939
  • https://openalex.org/W3188911924
  • https://openalex.org/W3197088326
  • https://openalex.org/W3198104057
  • https://openalex.org/W3199557270
  • https://openalex.org/W3211642639
  • https://openalex.org/W3212766071
  • https://openalex.org/W3212831909
  • https://openalex.org/W4200079000
  • https://openalex.org/W4205692273
  • https://openalex.org/W4205971760
  • https://openalex.org/W4210331070
  • https://openalex.org/W4210413726
  • https://openalex.org/W4210440467
  • https://openalex.org/W4210486492
  • https://openalex.org/W4210504486
  • https://openalex.org/W4211108011
  • https://openalex.org/W4220695713
  • https://openalex.org/W4226176725