Blockchain-based and energy-aware adaptive trust mechanisms for IoT

Modern Nesnelerin İnterneti (IoT), giderek daha fazla şekilde, bağımsız düğümler arasın-\allowbreak da dağıtık karar alma, hesaplama ve iletişime dayanmaktadır. Bu sistemler genişledikçe ve çeşitlendikçe, özellikle merkezi koordinasyonun mümkün ya da tercih edilir olmadığı durumlarda, merkeziyetsizlik temel bir kavram hâline gelir. Merkeziyetsiz sistemler, karar alma ve doğrulama görevlerini ağdaki bağımsız üyeler arasında dağıtarak merkezi otoriteye veya güvenilir üçüncü taraflara olan bağımlılığı ortadan kaldırır. Bu dönüşüm daha yüksek ölçeklenebilirlik ve hata toleransı vaat etse de, önceden ilişkisi veya ortak bağlamı olmayan, kaynak kısıtlı ve anonim cihazlar arasında güven oluşturma gibi kritik bir sorunu da beraberinde getirir. Bu sorunu ele almak amacıyla, blockchain teknolojisi şeffaf, denetlenebilir ve kurcalamaya karşı dayanıklı veri yönetimi ile merkeziyetsiz ortamlarda mutabakat sağlama imkânı sunarak temel bir altyapı olarak ortaya çıkmıştır. Kriptografik olarak birbirine bağlı bloklara, dağıtık mutabakat mekanizmalarına ve değiştirilemez defterlere dayalı yapısıyla blockchain, işlemlerin ve durum değişikliklerinin geri döndürülemez biçimde kaydedilmesini sağlayarak merkezi olmayan ağlarda hesap verebilirliği mümkün kılar. Ancak, blockchain'in varlığı tek başına güvenilirlik garantisi sağlamaz. Özellikle de mutabakat mekanizmaları, katılımcı düğümlerin davranışlarını, dürüstlüğünü veya sürdürülebilirliğini dikkate almadığında bu güvenilirlik zayıflar. Bu bağlamda, güven yönetimi, merkeziyetsiz IoT ağlarının güvenliği ve sürekliliği için vazgeçilmez hâle gelmiştir. Güven genel olarak, bir varlığın geçmiş etkileşimleri, geri bildirimleri ve hizmet sunumundaki güvenilirliği temel alınarak davranışına duyulan inanç olarak tanımlanabilir. Modern güven modelleri; itibar temelli, hesaplamaya dayalı veya oylama odaklı yöntemler kullanarak bu kavramı nicel hâle getirmeye çalışır. Ancak, çoğu model dinamik ve kötü niyetli koşullarda yetersiz kalmaktadır. Geniş çaplı ve heterojen IoT ağları özelinde, bu modellerin çoğu statik puanlara, hissedarlık (stake) temelli oylamalara veya ağırlıksız tarihsel verilere dayanmakta olup, uyarlanabilir düşmanlara ve kaynak tüketimine karşı savunmasızdır. Uyarlanabilir ve davranışa duyarlı güven değerlendirmesinin eksikliği, genel güvenlik ve sistem güvenilirliğini ciddi şekilde zayıflatır. Bu sınırlamaları aşmak için, bu tezde kademeli şekilde geliştirilen ve birbirlerinden elde edilen içgörüler doğrultusunda tasarlanan üç farklı güven odaklı model sunulmuştur: TrustVista, düğüm, grup ve topluluk düzeylerinde güveni hesaplayan çok katmanlı bir güven değerlendirme modeli sunar. Son zamanlardaki davranışlara daha fazla ağırlık veren bir ortalama yöntemi kullanır ve anormal ya da potansiyel olarak kötü niyetli davranışları tespit etmek için istatistiksel teknikler uygular. Güveni yalnızca bireysel olarak değil, aynı zamanda işbirlikçi ve yapısal bir bağlamda değerlendiren TrustVista, zararlı katılımcıların daha hızlı ve doğru şekilde tespit edilmesini sağlar. Bu aşamada, Delegated Proof of Stake (DPoS) gibi mekanizmaların IoT için uygulanabilir olabileceği, ancak enerji farkındalığı taşımadığı gözlemlenmiştir. Buna dayanarak geliştirilen EDPoS, klasik DPoS mekanizmasını enerji farkındalığı ile genişletmektedir. EDPoS, hangi düğümlerin doğrulayıcı olabileceğini, her blok-\allowbreak ta ne kadar veri işleneceğini ve katılım uygunluğunu, düğümlerin mevcut enerji seviyeleri ve önceki verimliliklerine göre dinamik olarak ayarlamaktadır. Bu yapı, doğrulayıcı düğümlerin aniden devre dışı kalmasından kaynaklanan blok doğrulama hatalarının önüne geçer ve kaynak kısıtlı IoT ortamlarında sistem ömrünü uzatır. TEDPoS, EDPoS üzerine inşa edilmiş ve davranışa dayalı güveni enerji farkındalığı ile bütünleştiren bir yapı sunar. TEDPoS, bir düğümün davranışına dayalı güven puanını, sahip olduğu enerjiyi ve topluluktan aldığı oyları birleştirerek dinamik bir doğrulayıcı puanlama yöntemi önerir. Geleneksel DPoS'tan farklı olarak, TEDPoS seçme sürecini gerçek zamanlı ağ koşullarına göre uyarlar ve hem güvenilir hem de kaynak açısından yeterli olan düğümleri önceliklendirir. Bu yaklaşım, merkeziyetsiz IoT ortamlarında bağlamsal farkındalık, saldırı dayanıklılığı ve sürdürülebilir doğrulama sağlar. Ek olarak, Appendix~\ref{app:tembuv} bölümünde sunulan, TEMBUV adlı model, hava ve kara birimlerinin ayrı blokzincirlerle koordine edildiği çift katmanlı bir mimariyi önerir. Güven ve davranış skorlarına dayalı kredi bazlı bir oylama sistemi üzerinden tanık seçimi gerçekleştirilir. Bu model, domain tabanlı ağ ayrışması için alternatif bir yapı sunmaktadır. OMNeT++ ortamında simüle edilmeyen TEMBUV, UAV ve VANET entegre yapılarında güvene dayalı karar alma sürecini matematiksel bir soyutlamayla açıklamaktadır. Sunulan tüm modeller, kamuflaj, karalama (bad-mouthing) ve kendini yükseltme (self-promotion) gibi çeşitli saldırı senaryolarına karşı OMNeT++ ortamında uygulanmış ve test edilmiştir. Deneysel sonuçlar, zararlı düğümlerin tespiti, enerji verimliliği ve mutabakat güvenilirliği gibi ölçütlerde temel modellerin ötesinde net iyileştirmeler ortaya koymuştur. Bu tez kapsamında geliştirilen sistemler, merkeziyetsiz ve heterojen IoT sistemleri için güvenli, ölçeklenebilir ve uyarlanabilir güven mekanizmaları oluşturma konusunda önemli katkılar sunmaktadır.