Published January 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Novel and Secure Blockchain Framework for Health Applications in IoT

  • 1. Jordan University of Science and Technology

Description

Internet of Things (IoT) has grown increasingly in the past decade. This growth brings up several challenging issues for a successful continuous operation of IoT applications. Some of these challenges that need to be taken care of are resource constraints, central server overload, and the risk of illegal use of private data. On the other side, Blockchain technology is increasingly popular and has gained huge success in cryptocurrencies. It offers numerous vital qualities such as a technique for consensus, peer communications, confidence-building without a trustworthy third party, and a transaction controlled by conditions and functions using the intelligent contract technique. Blockchain is an excellent candidate to establish a decentralized, autonomous IoT system addressing the above issues. This study proposes an IoT-Blockchain integration architecture using an Ethereum Blockchain infrastructure within a rich-thin client IoT approach to address the challenges created by the limited IoT resources while implementing the Blockchain mining technique in IoT systems. The architecture depends on load distribution between the resources. Limited resource devices are the thin-clients, while the higher resource devices are assigned as rich-clients. Both clients can access the blockchain and collect the data, but rich-client can only execute the mining process. In addition, we implement a healthcare system based on the proposed architecture in which surgical process management is carried out. We also prove our solution's efficiency by testing and comparing the architecture against other well-known IoT-based blockchain architectures. The obtained results show that proposed blockchain-IoT architecture is suited for many IoT applications while avoiding difficulties created by IoT devices' limitations.

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

Translated Description (Arabic)

نمت إنترنت الأشياء بشكل متزايد في العقد الماضي. يطرح هذا النمو العديد من المشكلات الصعبة للتشغيل المستمر الناجح لتطبيقات إنترنت الأشياء. بعض هذه التحديات التي يجب التعامل معها هي قيود الموارد، والحمل الزائد للخادم المركزي، وخطر الاستخدام غير القانوني للبيانات الخاصة. على الجانب الآخر، تحظى تقنية البلوك تشين بشعبية متزايدة وقد حققت نجاحًا كبيرًا في مجال العملات المشفرة. إنه يوفر العديد من الصفات الحيوية مثل تقنية الإجماع، واتصالات الأقران، وبناء الثقة دون طرف ثالث جدير بالثقة، ومعاملة تتحكم فيها الشروط والوظائف باستخدام تقنية العقد الذكي. تعد البلوك تشين مرشحًا ممتازًا لإنشاء نظام إنترنت الأشياء اللامركزي والمستقل الذي يعالج المشكلات المذكورة أعلاه. تقترح هذه الدراسة بنية تكامل البلوك تشين لإنترنت الأشياء باستخدام بنية تحتية لبلوك تشين لإيثريوم ضمن نهج إنترنت الأشياء الغني بالعملاء لمواجهة التحديات الناجمة عن موارد إنترنت الأشياء المحدودة أثناء تنفيذ تقنية تعدين البلوك تشين في أنظمة إنترنت الأشياء. تعتمد البنية على توزيع الحمل بين الموارد. الأجهزة ذات الموارد المحدودة هي العملاء الرقيقون، في حين يتم تعيين الأجهزة ذات الموارد الأعلى كعملاء أغنياء. يمكن لكلا العميلين الوصول إلى البلوك تشين وجمع البيانات، ولكن يمكن للعميل الغني تنفيذ عملية التعدين فقط. بالإضافة إلى ذلك، نقوم بتنفيذ نظام رعاية صحية يعتمد على البنية المقترحة التي يتم فيها تنفيذ إدارة العمليات الجراحية. كما نثبت كفاءة حلنا من خلال اختبار ومقارنة البنية مع هياكل البلوك تشين الأخرى المعروفة القائمة على إنترنت الأشياء. تُظهر النتائج التي تم الحصول عليها أن بنية blockchain - IoT المقترحة مناسبة للعديد من تطبيقات إنترنت الأشياء مع تجنب الصعوبات الناجمة عن قيود أجهزة إنترنت الأشياء.

Translated Description (French)

L'Internet des objets (IdO) s'est développé de plus en plus au cours de la dernière décennie. Cette croissance soulève plusieurs problèmes difficiles pour un fonctionnement continu réussi des applications IoT. Certains de ces défis doivent être relevés, notamment les contraintes de ressources, la surcharge du serveur central et le risque d'utilisation illégale de données privées. D'autre part, la technologie Blockchain est de plus en plus populaire et a remporté un énorme succès dans les crypto-monnaies. Il offre de nombreuses qualités vitales telles qu'une technique de consensus, de communication entre pairs, de renforcement de la confiance sans tiers de confiance et une transaction contrôlée par des conditions et des fonctions utilisant la technique du contrat intelligent. La blockchain est un excellent candidat pour établir un système IoT décentralisé et autonome répondant aux problèmes ci-dessus. Cette étude propose une architecture d'intégration IoT-Blockchain utilisant une infrastructure Ethereum Blockchain dans le cadre d'une approche IoT client riche et mince pour relever les défis créés par les ressources IoT limitées tout en mettant en œuvre la technique d'exploitation minière Blockchain dans les systèmes IoT. L'architecture dépend de la répartition de la charge entre les ressources. Les périphériques à ressources limitées sont les clients légers, tandis que les périphériques à ressources plus élevées sont affectés en tant que clients riches. Les deux clients peuvent accéder à la blockchain et collecter les données, mais le client riche ne peut exécuter que le processus d'extraction. De plus, nous mettons en œuvre un système de santé basé sur l'architecture proposée dans lequel la gestion des processus chirurgicaux est effectuée. Nous prouvons également l'efficacité de notre solution en testant et en comparant l'architecture à d'autres architectures de blockchain basées sur l'IoT bien connues. Les résultats obtenus montrent que l'architecture blockchain-IoT proposée est adaptée à de nombreuses applications IoT tout en évitant les difficultés créées par les limitations des appareils IoT.

Translated Description (Spanish)

Internet de las cosas (IoT) ha crecido cada vez más en la última década. Este crecimiento plantea varios problemas desafiantes para una operación continua exitosa de las aplicaciones de IoT. Algunos de estos desafíos que deben abordarse son las limitaciones de recursos, la sobrecarga del servidor central y el riesgo de uso ilegal de datos privados. Por otro lado, la tecnología Blockchain es cada vez más popular y ha obtenido un gran éxito en las criptomonedas. Ofrece numerosas cualidades vitales, como una técnica para el consenso, las comunicaciones entre pares, la creación de confianza sin un tercero confiable y una transacción controlada por condiciones y funciones utilizando la técnica de contrato inteligente. Blockchain es un excelente candidato para establecer un sistema IoT descentralizado y autónomo que aborde los problemas anteriores. Este estudio propone una arquitectura de integración IoT-Blockchain utilizando una infraestructura Ethereum Blockchain dentro de un enfoque de IoT de cliente rico-delgado para abordar los desafíos creados por los limitados recursos de IoT mientras se implementa la técnica de minería Blockchain en los sistemas de IoT. La arquitectura depende de la distribución de carga entre los recursos. Los dispositivos de recursos limitados son los clientes ligeros, mientras que los dispositivos de recursos más altos se asignan como clientes enriquecidos. Ambos clientes pueden acceder a la cadena de bloques y recopilar los datos, pero el cliente enriquecido solo puede ejecutar el proceso de minería. Además, implementamos un sistema sanitario basado en la arquitectura propuesta en el que se lleva a cabo la gestión de procesos quirúrgicos. También probamos la eficiencia de nuestra solución probando y comparando la arquitectura con otras arquitecturas de cadena de bloques basadas en IoT bien conocidas. Los resultados obtenidos muestran que la arquitectura blockchain-IoT propuesta es adecuada para muchas aplicaciones de IoT, al tiempo que evita las dificultades creadas por las limitaciones de los dispositivos de IoT.

Files

09698054.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
md5:663c962d92394c4dcfb083c2850796ab
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إطار عمل سلسلة الكتل الجديد والآمن للتطبيقات الصحية في إنترنت الأشياء
Translated title (French)
Nouveau cadre de blockchain sécurisé pour les applications de santé dans l'IdO
Translated title (Spanish)
Nuevo y seguro marco de blockchain para aplicaciones sanitarias en IoT

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4210566447
DOI
10.1109/access.2022.3147795

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Jordan

References

  • https://openalex.org/W1755227063
  • https://openalex.org/W2583031215
  • https://openalex.org/W2740234477
  • https://openalex.org/W2753941796
  • https://openalex.org/W2768696376
  • https://openalex.org/W2809021685
  • https://openalex.org/W2946297772
  • https://openalex.org/W2963434081
  • https://openalex.org/W3004068692
  • https://openalex.org/W3007975792
  • https://openalex.org/W3037197264
  • https://openalex.org/W3046148063
  • https://openalex.org/W3121623260
  • https://openalex.org/W4300127641