I. Giới thiệu đề tài
Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, IoT (Internet of Things) đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, việc bảo mật thông tin trong các hệ thống IoT đang gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc quản lý truy cập. Luận văn này nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ blockchain vào lĩnh vực này nhằm tăng cường tính bảo mật và linh hoạt cho các hệ thống IoT. Các giải pháp quản lý truy cập truyền thống thường dựa trên kiến trúc tập trung, dẫn đến nhiều vấn đề như rủi ro bảo mật và thất bại đơn điểm. Do đó, việc áp dụng blockchain không chỉ giúp khắc phục những hạn chế này mà còn mang lại tính minh bạch và tính toàn vẹn cho dữ liệu. Hệ thống blockchain cho phép các thực thể trong IoT có thể tương tác mà không cần phụ thuộc vào một bên thứ ba, từ đó giảm thiểu nguy cơ lạm dụng quyền hạn.
1.1 Lý do và động lực thực hiện đề tài
Sự phát triển mạnh mẽ của IoT đi kèm với việc gia tăng số lượng thiết bị kết nối đã tạo ra nhu cầu cấp thiết về các giải pháp bảo mật. Các thiết bị IoT thường chứa dữ liệu nhạy cảm, do đó, truy cập an toàn là yếu tố quan trọng cần được xem xét. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các giải pháp quản lý truy cập hiện tại không đủ mạnh để bảo vệ các hệ thống này. Việc áp dụng công nghệ blockchain vào quản lý truy cập có thể cung cấp các giải pháp hiệu quả, đảm bảo tính bảo mật IoT và bảo vệ quyền riêng tư của người dùng. Luận văn này không chỉ khảo sát các công nghệ hiện có mà còn đề xuất một mô hình mới nhằm cải thiện tính linh hoạt và bảo mật trong quản lý truy cập cho các hệ thống IoT.
1.2 Mục tiêu giới hạn và đối tượng nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn là phát triển một giải pháp điều khiển truy cập cho IoT dựa trên công nghệ blockchain, nhằm khắc phục các hạn chế của các giải pháp quản lý truy cập tập trung. Đối tượng nghiên cứu bao gồm các hệ thống IoT có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu nhạy cảm. Giới hạn nghiên cứu tập trung vào việc thực hiện và đánh giá một mô hình quản lý truy cập dựa trên blockchain, trong đó các chính sách có thể được viết mã và thực thi một cách phân tán. Mô hình này sẽ được thử nghiệm trên các thiết bị IoT giả lập để đánh giá tính khả thi và hiệu suất trong điều kiện thực tế.
II. Tổng quan
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về sự phát triển của blockchain và ứng dụng của nó trong quản lý truy cập cho IoT. Công nghệ blockchain đã được chứng minh là có khả năng cải thiện tính bảo mật và tin cậy cho các hệ thống phân tán. Các mô hình quản lý truy cập như ABAC (Attribute-Based Access Control) có thể được kết hợp với blockchain để tạo ra các giải pháp linh hoạt hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng smart contracts trong blockchain có thể giúp tự động hóa quá trình xác thực và thẩm định quyền truy cập, từ đó nâng cao tính minh bạch và tính toàn vẹn của hệ thống. Hệ thống IoT với blockchain có thể tạo ra một môi trường an toàn hơn cho việc chia sẻ dữ liệu và tương tác giữa các thiết bị, đồng thời giảm thiểu rủi ro từ các cuộc tấn công mạng.
2.1 Sự phát triển của blockchain
Sự phát triển của blockchain bắt đầu từ nền tảng của Bitcoin, nhưng đã nhanh chóng mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm IoT. Với khả năng cung cấp một hệ thống phân tán, blockchain cho phép các thiết bị IoT hoạt động mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba. Điều này không chỉ giúp tăng cường tính bảo mật IoT mà còn tạo ra một môi trường tin cậy cho việc chia sẻ dữ liệu. Các ứng dụng của blockchain trong IoT đã được nghiên cứu và triển khai trên nhiều nền tảng khác nhau, cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này trong việc giải quyết các vấn đề bảo mật và quản lý truy cập.
2.2 Hệ thống điều khiển truy cập
Hệ thống điều khiển truy cập là một phần quan trọng trong việc bảo vệ dữ liệu và tài nguyên trong các hệ thống IoT. Các mô hình truyền thống như DAC, MAC và RBAC đã chứng minh sự hạn chế trong khả năng mở rộng và bảo mật. ABAC nổi lên như một giải pháp tiềm năng, cho phép quản lý quyền truy cập dựa trên thuộc tính của người dùng và đối tượng. Việc kết hợp blockchain với ABAC có thể tạo ra một mô hình mạnh mẽ hơn, giúp cải thiện tính linh hoạt và bảo mật trong quản lý truy cập cho các hệ thống IoT.
III. Thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống quản lý truy cập cho IoT dựa trên công nghệ blockchain được xây dựng trên nền tảng Substrate Framework. Mô hình này cho phép các thực thể trong hệ thống có thể tương tác một cách an toàn và hiệu quả. Các chính sách quản lý truy cập được viết mã dưới dạng smart contracts, giúp tự động hóa quá trình xác thực và thẩm định quyền truy cập. Hệ thống cũng cho phép người dùng và thiết bị có thể tùy chỉnh các chính sách theo nhu cầu sử dụng của họ. Đặc biệt, việc sử dụng DID (Decentralized Identifier) giúp xác thực danh tính của các thực thể trong hệ thống, từ đó đảm bảo tính bảo mật và minh bạch trong quản lý truy cập.
3.1 Kiến trúc hệ thống tổng quát
Kiến trúc hệ thống được thiết kế với các thành phần chính bao gồm các thiết bị IoT, blockchain và các smart contracts. Các thiết bị IoT sẽ gửi yêu cầu truy cập đến blockchain, nơi các smart contracts sẽ thực hiện việc xác thực và thẩm định quyền truy cập dựa trên các thuộc tính đã được định nghĩa. Kiến trúc này cho phép các thiết bị tương tác mà không cần sự can thiệp của bên thứ ba, từ đó tăng cường tính bảo mật và tin cậy của hệ thống.
3.2 Thiết kế hệ thống
Thiết kế hệ thống được xây dựng với mục tiêu tối ưu hóa tính linh hoạt và bảo mật. Các chính sách quản lý truy cập có thể được viết mã và triển khai trên blockchain, cho phép người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu. Hệ thống cũng đảm bảo tính tính toàn vẹn của dữ liệu thông qua việc sử dụng blockchain. Các thiết bị IoT được trang bị khả năng xác thực và thẩm định quyền truy cập một cách tự động, giúp giảm thiểu rủi ro từ các cuộc tấn công mạng.
IV. Hiện thực và đánh giá
Phần này trình bày quá trình hiện thực hóa thiết kế hệ thống quản lý truy cập cho IoT và đánh giá hiệu suất của nó. Việc hiện thực hóa được thực hiện trên nền tảng Substrate Framework, cho phép phát triển một hệ thống blockchain tùy chỉnh phù hợp với nhu cầu của các thiết bị IoT. Các thử nghiệm hiệu suất cho thấy hệ thống có khả năng đáp ứng yêu cầu thời gian thực, đồng thời đảm bảo tính bảo mật và tin cậy. Đánh giá tính linh hoạt của hệ thống cũng được thực hiện thông qua các trường hợp sử dụng thực tế, cho thấy khả năng thích ứng với các tình huống khác nhau trong quản lý truy cập.
4.1 Hiện thực thiết kế
Quá trình hiện thực hóa thiết kế hệ thống quản lý truy cập dựa trên blockchain đã được thực hiện với sự hỗ trợ của Substrate Framework. Thiết kế này cho phép các thiết bị IoT giao tiếp và tương tác một cách an toàn. Các smart contracts được triển khai để tự động hóa quá trình xác thực và thẩm định quyền truy cập, giúp giảm thiểu nguy cơ từ các cuộc tấn công mạng. Hệ thống cũng cho phép người dùng tùy chỉnh các chính sách theo nhu cầu riêng, từ đó nâng cao tính linh hoạt trong quản lý truy cập.
4.2 Đánh giá hiệu suất
Đánh giá hiệu suất của hệ thống được thực hiện thông qua các thử nghiệm trên môi trường thực tế. Kết quả cho thấy hệ thống có khả năng xử lý các yêu cầu truy cập trong thời gian thực, đồng thời duy trì tính bảo mật và tin cậy. Các chỉ số hiệu suất như thời gian phản hồi và khả năng mở rộng cũng được xem xét, cho thấy rằng hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng IoT quy mô lớn.
