Définition d'une architecture IoT sécurisée et adaptative basée sur la blockchain

A new blockchain-based secure and adaptative IoT framework

• Auteur / Autrice : Axel Moinet
• Direction : Jean-Luc Baril, Benoît Darties
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 17/01/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique de Bourgogne (LIB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Andrzej Duda
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hamamache Kheddouci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Internet des objets

Systèmes de communication sans fil

Réseaux de capteurs (technologie)

Routage (informatique)

Mots clés libres

Graphes

Blockchain

Sans fil

Arbres de routage

Confiance

Trust

Security

Graphs

Blockchain

Tree-Based routing

Résumé

Au cours des quinze dernières années, le développement de plateformes embarquées intelligentes et les progrès des protocoles de communication radio ont permis l'émergence de réseaux de capteurs sans-fils (WSN). D'autre part, la démocratisation d'Internet et du Web, ainsi que l'augmentation des débits ont contribué à l'essor d'un nouveau paradigme : le Cloud computing. L'Internet des Objets, (IoT) ou Internet des Objets réalise la convergence entre les réseaux de capteurs et le Cloud computing. De nombreux travaux adressant les problématiques de l'IoT ont étés menés ces dix dernières années, cependant ces propositions manquent ne tiennent pas suffisamment compte des problématiques de sécurité et de protection des données. D'après Gartner, 70 % des plateformes déployées ne disposent pas d'une solution de sécurité efficace, les rendant vulnérables aux attaques. Dans le domaine des monnaies numériques, Bitcoin propose en son sein une nouvelle structure de données authentifiée et trustless permettant la décentralisation de l'enregistrement de transactions en s'appuyant sur un protocole permettant d'obtenir un consensus : la blockchain. Cette thèse se focalise sur l'utilisation de cette nouvelle structure de données dans les WSN dans un contexte IoT, comme base pour la définition d'une architecture sécurisée et adaptative basée sur la blockchain. Le but de cette architecture est d'intégrer les solutions existantes pour l'organisation du réseau et l'accès aux services de manière innovante afin de réaliser l'intégration des WSN avec l'infrastructure web; mais aussi d'y adjoindre une solution répondant aux nouveaux besoins de sécurités et contraintes spécifiques des réseaux de capteurs. Nous proposons pour cela un framework nommé Network Service Loader (NSL) en charge de la gestion de services et d'agents mobiles, auquel s'adjoint notre solution Blockchain Authentication and Trust Module (BATM) en charge de l'authentification, du contrôle d'accès, ainsi que des évaluations de confiance via l'algorithme Maximum Likelihood Trust Estimator (MLTE).

During the last fifteen years, the rise of smart and wireless enabled embedded devices lead to the development of wireless sensor networks (WSN). In the same time, the emerging of Cloud computing with the development of the Internet and the Web as an everyday technology thanks to the rise of bandwidth and processing power leads to new network paradigms. The Internet of Things (IoT) primary goal is to bridge the gap between these technologies and bring WSN sensing and actuating abilities to Cloud applications. We count a significant amount of work targetting the IoT in the last decade, however they lack proper solutions to ensure data privacy and security. Gartner investigations shows that 70 % of connected and smart devices provide little or no security policies and solutions, making both user and devices vulnerable to attackers. In the field of digital currencies, Bitcoin proposed a new authenticated and trustless data structure dedicated to transactions logging in a decentralized network with the help of a consensus protocol : the blockchain. This thesis is focused on bringing the blockchain technology as a new solutions for security in decentralized WSN in the IoT, providing the basis for a secure and adaptative agent-based middleware and execution framework. This framework attempt to federate existing work regarding the architecture of the IoT, but also to tackle security issues regarding network access, agent execution and trust evaluation. To achieve this goal, we propose Network Service Loader (NSL), an agent-based middleware constructed of existing protocols in a new way, along with a new solution called Blockchain Authentication and Trust Module (BATM) dedicated to node and users authentication, access control policies, and trust evaluation through our new Maximum Likelihood Trust Estimator (MLTE) algorithm.