On-Chain Anchoring-Based Information Security on Iot for Secure Smart-City Using Pekeccak and Gsbdostlru

في الجهاز العصبي الرقمي المترامي الأطراف لمدينة ذكية حديثة، تعمل أجهزة صغيرة لا حصر لها بلا كلل للحفاظ على تدفق حركة المرور، وإضاءة الأنوار، وضمان سلامة الأماكن العامة. تجمع مستشعرات إنترنت الأشياء هذه تدفقاً مستمراً من البيانات، لكن هذه الشبكة الواسعة تواجه ثغرة أمنية مستمرة: وهي أن البوابات التي تجمع هذه المعلومات وتنقلها يمكن خداعها. فإذا قام طرف سيئ بتعديل السجلات عند هذه البوابات، يمكن أن تتعرض عملية اتخاذ القرار في المدينة بأكملها للخطر، مما يؤدي إلى الفوضى أو الخطر. ولحل هذه المشكلة، يتجه الباحثون إلى الجمع بين مفهومين قويين؛ أولاً، يعمل "البلوكشين" (سلسلة الكتل) كسجل عام غير قابل للتغيير، وهو سجل رقمي بمجرد كتابته، لا يمكن محوه أو تعديله دون أن يلاحظ الجميع ذلك. ثانياً، توفر التشفير المتقدم الأقفال الرياضية التي تحافظ على سرية البيانات وأمنها، حتى في مواجهة التهديدات المستقبلية من الحواسيب الكمومية. وقد تمثل التحدي في جعل هذه الأدوات الأمنية الثقيلة خفيفة بما يكفي لتعمل على الأجهزة الصغيرة الموفرة للطاقة التي تشغل مدننا، مع ضمان قدرة النظام أيضاً على رصد الهجمات الجديدة وغير المرئية قبل أن تسبب الضرر.

اقترح فريق من الباحثين إطار عمل جديداً صُمم لتأمين هذا النظام البيئي الدقيق من خلال ربط البيانات مباشرة بالبلوكشين مع التحقق من وجود المتسللين في الوقت ذاته. يبدأ نهجهم من المصدر تماماً، حيث تجمع المستشعرات المعلومات الخام. وبدلاً من إرسال هذه البيانات بشكل مكشوف، يقوم النظام فوراً بلفها في طبقة واقية باستخدام شكل متخصص من التشفير المقاوم لهجمات الحوسبة الكمومية المستقبلية. يضمن ذلك أنه حتى لو تم اعتراض البيانات، فإنها ستظل غير قابلة للقراءة. كما قدم الباحثون طريقة لتقسيم المفاتيح السرية اللازمة لفك تشفير هذه البيانات؛ فبدلاً من الاحتفاظ بالمفتاح في مكان واحد حيث يمكن سرقته، يقوم النظام بتجزئته وتخزين أجزائه في مواقع مختلفة. وبهذه الطريقة، سيتعين على المهاجم العثور على جميع القطع المبعثرة لفتح المعلومات، وهي مهمة شبه مستحيلة إذا تمت إدارة القطع بشكل صحيح.

بمجرد تأمين البيانات وتوزيع المفاتيح بأمان، ينتقل النظام إلى حافة الشبكة، حيث تقوم أجهزة الكمبيوتر المحلية بمعالجة المعلومات. هنا، نشر الباحثون نظام كشف تسلل متطور يعمل كحارس أمن ذكي. وخلافاً للأنظمة القديمة التي لا تتعرف إلا على التهديدات المعروفة، يستخدم هذا النظام الجديد نموذج تعلم مدرب على رصد الأنماط غير الطبيعية في حركة مرور الشبكة. وقد صُمم خصيصاً للتعلم من أنواع الهجمات الجديدة فور ظهورها، بدلاً من مجرد الانتظار لقائمة من السلوكيات السيئة المعروفة. ولجعل عملية التعلم هذه أسرع وأكثر دقة، تم ضبط النظام باستخدام استراتيجية تحسين مستوحاة من سلوكيات الصيد والهروب لطائر "أبو درة" (السيكريتاري)، وهو طائر مائي كبير معروف بحدة بصره ورشاقته. وقد سمح ذلك للنظام بالتكيف بسرعة مع التهديدات الجديدة دون الانحباس في طرق التفكير القديمة.

عندما تمر البيانات عبر الفحوصات الأمنية، يتم إعدادها لرحلتها النهائية إلى البلوكشين. وقبل تسجيلها، ينشئ النظام بصمة رقمية فريدة للبيانات. ولجعل هذه العملية سريعة بما يكفي لمدينة مزدحمة، استخدم الباحثون تقنية تحلل ترتيب وتدفق البيانات لإنشاء نسخة خفيفة الوزن من البصمة. ثم يتم تثبيت هذه البصمة بشكل دائم على البلوكشين، مما يخلق سجلاً غير قابل للتغيير يثبت وجود البيانات في وقت محدد وأنها لم تتعرض للعبث. ووجدت الدراسة أن هذه الطريقة نجحت في التحقق من سلامة البيانات في ما يقرب من 99 بالمائة من الحالات، وهو تحسن كبير عن الطرق السابقة. علاوة على ذلك، رصد النظام التسللات بدقة تزيد عن 99 بالمائة، حيث حدد بنجاح مجموعة واسعة من الهجمات، بدءاً من تخمين كلمات المرور البسيطة وصولاً إلى هجمات حجب الخدمة الموزعة المعقدة.

تشير النتائج إلى أن هذا النهج متعدد الطبقات يوفر دفاعاً قوياً لمستقبل المدن الذكية. فمن خلال الجمع بين التشفير المقاوم للكم، وتخزين المفاتيح المجزأة، ونظام التعلم التكيفي، أنشأ الباحثون إطار عمل يتسم بالأمان والكفاءة في آن واحد. لقد تمكن النظام من مصادقة الأجهزة وتأمين البيانات بسرعة تجعل استخدامه عملياً في الواقع، حيث قِيست أوقات معالجة البيانات ببضع ثوانٍ فقط. ويشير المؤلفون إلى أنه بينما صُمم نموذجهم للتعامل مع البيئة المعقدة للمدن الذكية، فإن العمل المستقبلي سيركز على كشف الهجمات الأكثر تنسيقاً التي قد تستهدف البنية التحتية الرقمية في وقت واحد. أما الآن، فإن هذا البحث يوفر مساراً واضحاً نحو مدينة تكون فيها البيانات التي تقود حياتنا اليومية محمية من التلاعب ومخفية عن الأعين المتطفلة.