Luận án: Nền tảng Blockchain đảm bảo An toàn Bảo mật cho Liên mạng Vạn Vật

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG HUỲNH THANH TÂM NỀN TẢNG ĐẢM BẢO AN TOÀN BẢO MẬT DỰA TRÊN BLOCKCHAIN CHO LIÊN MẠNG VẠN VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2022 BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG HUỲNH THANH TÂM NỀN TẢNG ĐẢM BẢO AN TOÀN BẢO MẬT DỰA TRÊN BLOCKCHAIN CHO LIÊN MẠNG VẠN VẬT Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 9.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. NGUYỄN ĐÌNH THÚC 2. TÂN HẠNH HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nền tảng đảm bảo an toàn bảo mật dựa trên Blockchain cho liên mạng vạn vật” là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tất cả những tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều được nêu nguồn gốc một cách rõ ràng trong danh mục các tài liệu tham khảo. Tác giả luận án Huỳnh Thanh Tâm ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình hoàn thành luận án này, tôi đã được sự giúp đỡ tận tình từ quý thầy cô nơi cơ sở đào tạo, lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cơ sở tại TP. Hồ Chí Minh và khoa Công nghệ thông tin 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, bạn bè cùng gia đình thường xuyên động viên khích lệ. Luận án này không thể hoàn thành tốt nếu không có sự tận tình hướng dẫn và sự giúp đỡ quý báu của PGS.TS Nguyễn Đình Thúc và TS.

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến hai thầy. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, khoa Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ hoàn thành các thủ tục để giúp tôi hoàn thành được luận án của mình. Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các thầy cô, các đồng nghiệp đã có những góp ý hữu ích, phản biện khách quan để tôi không ngừng hoàn thiện luận án này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè và người thân đã đóng góp nhiều ý kiến thiết thực và có những lời động viên khích lệ quý báu giúp tôi hoàn thành tốt luận án.

Hà Nội, tháng 03 năm 2022 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC.iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.vi DANH MỤC CÁC BẢNG.viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU. xi MỞ ĐẦU.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. Mục tiêu tổng quát. Các mục tiêu cụ thể.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NHỮNG ĐÓNG GÓP CHÍNH CỦA LUẬN ÁN. CẤU TRÚC LUẬN ÁN.

TỔNG QUAN VỀ NỀN TẢNG BẢO MẬT DỰA TRÊN BLOCKCHAIN CHO IoT. MỘT SỐ KHÁI NIỆM. CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN. Một số giao thức đồng thuận.

Các loại mạng Blockchain. Các hình thức tấn công bảo mật trên Blockchain. KHẢO SÁT CÁC NỀN TẢNG BẢO MẬT CHO IoT. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ LƯU TRỮ VÀ CHIA SẺ DỮ LIỆU.

CÁC NGHIÊN CỨU VỀ KIỂM SOÁT TRUY CẬP CHO IoT. HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.35 iv CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG BẢO MẬT DỰA TRÊN BLOCKCHAIN CHO IoT. VẤN ĐỀ VỀ HIỆU NĂNG CỦA MINER.

NỀN TẢNG ĐỀ XUẤT. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG. Đánh giá nền tảng đề xuất với trường hợp 1. Đánh giá nền tảng đề xuất với trường hợp 2.

ĐÁNH GIÁ VỀ TÍNH CHÍNH XÁC. ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG GIẢI PHÁP PHÁT HIỆN NHANH CÁC HOT-IP. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.58 CHƯƠNG 3: LƯU TRỮ VÀ CHIA SẺ DỮ LIỆU ĐẢM BẢO TÍNH RIÊNG TƯ. NỀN TẢNG LƯU TRỮ IPFS.

Các tầng giao thức của IPFS. Các dịch vụ trong IPFS. CÁC PHƯƠNG THỨC ĐỀ XUẤT. Mô hình hệ thống.

Xác định các mối đe dọa. Các chức năng bảo mật. Thiết lập hệ thống. Phương thức tạo dữ liệu.

Phương thức lưu trữ dữ liệu. Phương thức chia sẻ dữ liệu. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ. Tính năng bảo mật.

Tính năng hệ thống. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.89 CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT TRUY CẬP DỰA TRÊN THỜI GIAN ĐƯỢC CẤP PHÉP CHO IoT. MÔ HÌNH HỆ THỐNG. CÁC QUY TRÌNH.

Quy trình đăng ký thiết bị. Quy trình quản lý truy cập. ĐÁNH GIÁ BẢO MẬT. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.

CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC. HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 103 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ.104 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 106 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ Diễn giải tiếng anh Diễn giải tiếng việt CMT Connection Management Table Bảng quản lý kết nối DAG Distributed Acyclic Graph Đồ thị không chu trình phân tán DHT Distributed Hash Table Bảng băm phân tán DoS Denial of Service Tấn công từ chối dịch vụ DPoS Delegated Proof of Stake Giao thức đồng thuận bằng chứng cổ phần được ủy quyền GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản HTTPS Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản bảo Secure mật IDC International Data Corporation Tập đoàn dữ liệu quốc tế IoT Internet of Things Internet vạn vật IP Internet Protocol Giao thức Internet IPFS InterPlanetary File System Hệ thống tệp phân tán IPNS InterPlanetary Naming System Hệ thống đặt tên trong IPFS PBFT Practical Byzantine Fault Giao thức đồng thuận khả năng Tolerance chịu lỗi Byzantine PoA Proof-of-Activity Giao thức đồng thuận bằng chứng hoạt động PoAh Proof-of-Authentication Giao thức đồng thuận bằng chứng xác thực PoS Proof-of-Stake Giao thức đồng thuận bằng chứng cổ phần PoW Proof-of-Work Giao thức đồng thuận bằng chứng công việc vii SFS Self-Certified File System Hệ thống tệp tự chứng nhận TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền thông UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền thông không cần thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu WEBRTC Web Real-Time Một nền tảng giao tiếp thời gian Communications thực dành cho Web viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kết quả thực nghiệm về thời gian Mining.2 Kết quả thực nghiệm về số lượng giao dịch được xác minh.51 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Kiến trúc tập trung.2: Kiến trúc phi tập trung.3: Cấu trúc Merkle Tree.4: Ví dụ về một Blockchain.5: Mô hình mạng ngang hàng.6: Quá trình đồng thuận dữ liệu trên sổ cái.7: Quá trình xử lý của giao thức PBFT.8: Kiến trúc tổng quan của nền tảng bảo mật được đề xuất.1: Phương thức đồng thuận tổng quát trong trường hợp 1.2: Phương thức đồng thuận tổng quát trong trường hợp 2.3: Kiến trúc, quy trình xác minh và đồng thuận dữ liệu.4: So sánh thời gian Mining trung bình trong trường hợp 1.5: So sánh thời gian Mining của nền tảng trong trường hợp 1.6: So sánh số lượng giao dịch được xác minh trong trường hợp 1.7: Số lượng giao dịch được xác minh của nền tảng trong trường hợp 1.8: Mô hình thực nghiệm của nền tảng trong trường hợp 1.9: Mô hình thực nghiệm của thuật toán 𝐴1.10: Quá trình xác minh các giao dịch tại giai đoạn 1 trong trường hợp 2.11: Nguy cơ tấn công DoS từ các Node độc hại.1: Các tầng giao thức của IPFS.2: K-bucket trong bảng băm phân tán.3: Cấu trúc một Object trong Merkle Dag.4: Cách thức hoạt động của tầng IPFS Naming.5: Dịch vụ IPFS Clustering.6: Mô hình hệ thống lưu trữ và chia sẻ dữ liệu.7: Phương thức tạo dữ liệu.8: Giao dịch trong phương thức lưu trữ dữ liệu.9: Phương thức lưu trữ dữ liệu.10: Phương thức chia sẻ dữ liệu.11: Các giao dịch trong thuật toán Purchase.12: Các giao dịch trong thuật toán Resolve.1: Mô hình hệ thống kiểm soát truy cập.2: Cấu trúc của mỗi khối.3: Quy trình đăng ký thiết bị.4: Các giao dịch đăng ký và truy cập Camera.5: Quy trình quản lý truy cập.6: Bảng quản lý kết nối trên Gateway.7: Lưu đồ kiểm tra kết nối.