L’Ecole doctorale : Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris

et le Laboratoire de recherche SAMOVAR – Services répartis, Architectures, Modélisation, Validation, Administration des Réseaux

présentent

l’AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Dun LI

Autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de l’Institut Polytechnique de Paris, préparé à Télécom SudParis en :

Informatique

« Déploiement et Application Optimisées de la Blockchain pour un Internet Industriel des Objets de Confiance »

le MARDI 24 SEPTEMBRE 2024 à 9h30 à A106
Telecom SudParis, Salle A106, 9 rue Charles Fourier Evry,91000, France

Membres du jury :

M. Noel CRESPI, Professor, Telecom SudParis Institut Polytechnique de Paris & Institut Mines-Telecom, FRANCE – Directeur de these
M. Roberto MINERVA, Associate Professor, Telecom SudParis Institut Polytechnique de Paris & Institut Mines-Telecom, FRANCE – CoDirecteur de these
Mme Joanna KOLODZIEJ, Professor, Naukowa i Akademicka Siec Komputerowa – Panstwowy Instytut Badawczy (NASK-PIB), ul. Kolska, POLOGNE – Rapporteur
M. Abdelkader LAHMADI, Associate Professor, University of Lorraine, FRANCE – Examinateur
M. Joaquin GARCIA-ALFARO, Professor, Telecom SudParis Institut Polytechnique de Paris & Institut Mines-Telecom, FRANCE – Examinateur
Mme Mirjana IVANOVIC, Professor, University of Novi Sad, SERBIE – Rapporteur

« Déploiement et Application Optimisées de la Blockchain pour un Internet Industriel des Objets de Confiance »

présenté par Monsieur Dun LI

Résumé :

L’Internet des objets (IIoT) continue d’offrir de nouvelles perspectives et de nouveaux défis, ainsi que son potentiel pour améliorer son environnement commercial, une cyberattaque, une violation de la vie privée et des probabilités. La chose est la croissance de la technologie. L’avenir de la technologie et de la blockchain est une affaire stable et stable dans le monde des systèmes IIoT. La valeur de la blockchain dans le futur et l’avenir de la bourse. Identité et contrôle d’accès. Malgré ces avantages, mesure que les applications IIoT se diversifient et que les volumes de données croissent, la demande en ressources des systèmes blockchain se heurte aux ressources limitées des appareils IIoT, ce qui entraîne des contradictions non résolues et des problèmes persistants. existence manquent encore d’authentification d’identité IIoT anonymat et efficace, avec des processus de cryptage et de décryptage complexes induisant un système non surchargé La meilleure performance de la blockchain, le travail de la blockchain, l’architecture et l’architecture de l’Internet des objets. commencent à travailler sur la blockchain et la protection du public, une solution au problème de la blockchain, une solution au problème des cours boursiers et aux questions environnementales et « l’authentification » de l’IIoT de manières et sécurisées. , d’une manière qui fait la différence dans les bas et garantit l’incongruité des origines du tissu. C’est une transaction chronophage, un processus difficile à gérer dans les transactions. C’est un processus de transaction intemporel (DAG). les avantages du manioc, du sélénium et les résultats sont comparatifs. Pour les processus industriels plus contrôlés et les données sensibles et privées IIoT, cette thèse propose un schéma Un contrat intelligent qui peut vous aider dans votre activité (ABAC) C’est stable et stable, c’est un rapide. consensus et c’est une simulation, c’est un consensus, c’est un vrai problème, c’est un problème, c’est un problème, c’est un problème, c’est une demande, c’est une demande ‘Algorithme Zero-Knowledge Proof (ZKP), intégrer le protocole et la preuve dans. un moyen traditionnel et sans interaction d’améliorer votre chiffrement (CP-ABE) IIoT. Combinant le système de publication-abonnement distribué IIoT (DPS-IIoT) ultrasonique Hyperledger Fabric, améliore les éléments considérables et l’efficacité dans la bande passante et les environnements globaux IIoT. expérience intemporelle, c’est le moment de confirmer que c’est un protocole, c’est minimiser la charge, c’est un système, c’est stocker des trucs, c’est gestuel, c’est global, c’est IIoT et ses applications C’est un voyage intemporel et un pas en avant dans l’IIoT, un pas. en avant dans la fabrication. Par conséquent, un signe de contribution, un nom de domaine de l’IIoT, une solution au problème et une robustesse pour les systèmes industriels actuels et futurs.

Abstract :

The continued advancement of the Industrial Internet of Things (IIoT) presents promising prospects and numerous opportunities for improving the operational frameworks of industrial systems. However, IIoT architectures face significant challenges, including centralized control, vulnerability to cyber attacks, privacy violations, and data accuracy issues. These challenges create significant obstacles in securing data, which is crucial for the growth of this technology. To address these issues, many researchers suggest integrating blockchain technology as a stable means to safeguard data within IIoT systems. Blockchain’s features of distributed storage, decentralization, and immutability offer distinct advantages in data secure storage, identity verification, and access control. Despite these benefits, as IIoT applications diversify and data scales expand, the high resource demand of blockchain systems clashes with the limited resources of IIoT devices, leading to unresolved contradictions and persistent issues within this solution. Existing blockchain architectures still lack anonymous and efficient IIoT identity authentication, with complex encryption and decryption processes inducing excessive system overhead. To address these issues, the thesis builds on prior research to optimize blockchain performance, aiming to resolve the shortcomings and bottlenecks in current blockchain-based IIoT architectures regarding data security protection. Firstly, this thesis introduces a lightweight blockchain-enabled protocol designed for secure data storage in the dynamic IIoT environment. It incorporates bilinear mapping for system initialization, entity registration, and authentication technology to authenticate IIoT entities efficiently and securely, along with an off-chain data storage approach to ensure data integrity with reduced resource consumption. Furthermore, the thesis addresses the limitations of Hyperledger fabric systems in high availability scenarios by proposing Trie-Fabric, which enhances transaction processing through a Directed Acyclic Graph (DAG) based transaction sorting algorithm. This approach significantly reduces terminated transactions, optimizes conflict handling, and increases efficiency by more than 60% in its best case, according to comparative experimental results. To manage the increasingly sophisticated industrial processes and privacy-sensitive data generated by IIoT devices, the thesis proposes a smart contract-assisted access control scheme utilizing the Attribute-Based Access Control (ABAC) model. This scheme, supported by bloom filter components, demonstrates controlled contract execution times, stable system throughput, and a rapid consensus process in real-world simulations, making it highly capable of handling high-throughput and effective consensus even under large-scale request scenarios. Lastly, the thesis introduces the Zero-Knowledge Proof (ZKP) algorithm, which integrates a non-interactive zero-knowledge proof protocol with Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption (CP-ABE) to enhance security and efficiency in IIoT content distribution. Combined with the Distributed Publish-Subscribe IIoT (DPS-IIoT) system using Hyperledger fabric, it significantly improves bandwidth efficiency and overall throughput in IIoT environments. Through comprehensive security performance evaluations and experimental results, this research confirms the protocols’ effectiveness in minimizing system overhead, improving storage reliability, and enhancing overall IIoT data management and application security. This thesis provides an in-depth examination of advanced data management protocols and systems for the IIoT, which are crucial for advancing the manufacturing sector. Consequently, this work makes a significant contribution to the field of IIoT data security, offering scalable and robust solutions for current and future industrial systems.