TDTソリューションでIoTデータの信頼性を確保する

今日は、さまざまな分野で多くのIoTプラットフォームが使われてるよ。これらのプラットフォームは、安全や責任に関する判断に重要なデータを集めてるんだ。だから、データの信頼性を確保することが、これらのシステムが正しく機能するためにめっちゃ大事なんだ。

主な課題は、データを最初から最後まで証明し、検証できる信頼できる交換方法を作ること。この記事では、これを達成するための新しいアプローチを提案していて、2つの重要な技術を使ってる：IOTA分散台帳技術と信頼できるプラットフォームモジュール（TPM）。

提案された解決策は「Tangle上の信頼できるデータ（TDT）」と呼ばれていて、データへの信頼を確保するためにデザインされてる。重要なデザインの側面とトレードオフに焦点を当てて、データが生成されてから意思決定に使われるまでの間に保護されることを目指してるんだ。記事では、実証実験の実装と実際にこの解決策がどれだけうまく機能するかを示す実験についても話してる。

#IoTとセキュリティの課題

今やIoTデバイスは多くの接続されたシステムに存在していて、より統合された環境に向かってるんだ。でも、これらのデバイスは深刻なセキュリティの課題に直面してる。例えば、悪意のあるデータの入力やデータの操作、IoTデータから派生した情報の盗聴によって攻撃されることがある。自動運転車や重要なインフラのようなシナリオでは、妥協されたデータが危険な状況を引き起こす可能性があるから、特に心配なんだ。

だから、IoTノードが収集したデータへの信頼は不可欠なんだ。既存の解決策は、保存されたデータが改ざんされないようにするために分散台帳技術（DLT）を使ってる。また、IoTノードとDLTノード間の通信を保護するために、トランスポート層セキュリティ（TLS）を使うことが多い。でも、DLTが保存されたデータに対して不変性と整合性を提供するのに対し、TLSが通信を保護する一方で、データを生成するIoTノードのソフトウェアの整合性には完全には対処できないことに注意が必要なんだ。

もし、IoTノードのソフトウェアが侵害されていたら、データは安全なチャンネルを通じて送信される前からソースで操作されるかもしれないから、信頼できなくなっちゃう。

#信頼できるデータの必要性

この問題に対処するために、TDTはデータが生成される時から意思決定で使われる時まで、信頼できることを保証するんだ。このシステムがどのように機能するかを見てみよう。

TDT解決策は、2つの信頼のルート（RoT）に依存してる：

1. IOTA Tangle：これはデータの整合性の基盤として機能する。データが安全に固定され、不変性の特徴を享受できるんだ。

2. 信頼できるプラットフォームモジュール（TPM）：このハードウェアコンポーネントはIoTデバイスのソフトウェア整合性を確認する。

今日のほとんどのIoTノード、特に接続されたシステムでは、TPMを含めることが現実的なんだ。このハードウェアはデータを生成するソフトウェアスタックの整合性を確認するのに役立つよ。

#TDTソリューションの貢献

TDTソリューションの主な貢献には以下が含まれる：

1. IoT接続システムが信頼できるデータを生成、交換、消費できる設計を提案すること。これは重要な判断を下すための鍵になる。

2. さまざまな関係者の相互作用を制御するプロトコルを定義し、重要なデザイン上の考慮事項やトレードオフを強調すること。

3. 実証実験の実装を提供し、TDTアプローチの実際の実現可能性を確認する有望な実験結果を示すこと。

#IoTデータにおける既存の信頼ソリューション

多くの研究がIoTデータの信頼性を評価・向上させる方法を探ってきた。一例として、ある研究ではセンサーからクラウドシステム向けの「軽量検証可能な信頼に基づくデータ収集（LVT-DC）」という方法を提案している。この方法は、IoTノードからデータを収集するモバイル車両の信頼性を評価するもので、IoTノード自体が信頼できるという前提がある。

LVT-DCとは異なり、TDTアプローチはどのIoTノードも信頼できるとは仮定していない。代わりに、TPMを使って各IoTノードのソフトウェアの整合性を信頼できるコンピューティング原則に基づいて常に確認する。

別の研究では、未知のデータソースの信頼性を評価するプライバシー保護されたインテリジェントクラウドソーシングスキームが提案されている。しかし、これは信頼性を計算するために確率的アプローチを使用している。対照的に、TDTはソフトウェアの整合性に基づく決定論的評価を提供している。

他の関連研究は、エッジコンピューティングアプリケーションにおける信頼評価の改善に焦点を当てている。しかし、これらのアプローチはIoTノードのソフトウェア整合性を考慮していないし、TPMやDLTも使っていない。

#TDTソリューションとその構成要素

TDTソリューションは、いくつかの主要な技術を取り入れている：

1. IOTA Tangle：これは、手数料なしで安全にデータを固定できるパブリックDLTだ。

2. ラッピング認証メッセージ（WAM）：このプロトコルはIOTA Tangle上のデータを構造化し、リアルタイムで消費できるようにする。

3. 信頼できるプラットフォームモジュール：このハードウェアコンポーネントはソフトウェア整合性を確認する。

4. リモート認証（RA）：このプロトコルは、IoTノードが動作している間にソフトウェアの整合性を確認できるようにする。

これらの構成要素は、それぞれIoTデータに安全で信頼できる環境を提供するのに重要な役割を果たしている。

#TDTシステムの動作原理

TDTシステムには、特定の役割を持つ複数のエージェントが含まれている：

• アテスター：このIoTノードはRAプロトコルを通じて自分の身元とソフトウェアの整合性を確認する。確認者にAttestation Report（AR）をリクエストして、有効なレポートを受け取ったら、自分のWAMチャネルにデータを送信し始める。

• 確認者：このエージェントはデジタルアイデンティティとソフトウェアの整合性をチェックする。有効であればARを生成、署名し、アテスターに送信する。

• 信頼する当事者：データを消費するエンティティ。この後者はARとデータの信頼性を確認してから、データを信頼する。

アテスターがデータを送信する時、新しいARをデータストリームに含めることができる。これでデータの真偽を確認できる。信頼する当事者は、データを受け取った後に確認を行い、信頼性を確保する。

#仮定と設定

TDTシステムは、TPMがサポートする任意の公開鍵署名スキームの使用を仮定している。導入前に、各IoTノードが設定され、ゴールデン値のデータベースが作成されるプロビジョニングフェーズがある。これにより、各デバイスで期待されるソフトウェアを決定するのに役立つ。

このフェーズでは、各デバイスのアイデンティティに関連ざるキー対が生成される。アテステーションキー（AK）は特に重要で、報告プロセス全体を通じて認証と整合性を確保するのに役立つ。

#TDTソリューションのプロトコル

TDTソリューションは、2つの主要なプロトコルから成り立っている：

1. リモートアテステーションプロトコル：このプロトコルはアテスターが確認者と一緒にソフトウェア整合性を確認するのを助ける。

2. データ交換プロトコル：これにより、アテスターと信頼する当事者間でWAMチャネルを通じた通信が可能になる。

RAプロトコルでは、アテスターが確認者にARをリクエストする。確認者はソフトウェアの整合性を確認し、問題がなければARを返す。このARはアテスターがデータを送信する時に使用される。

データ交換プロトコルでは、アテスターがARとデータをWAMチャネルに書き込む。信頼する当事者はこの情報にアクセスし、真偽を確認して、信頼性の基準を満たしていればデータを消費できる。

#重要なデザイン上の考慮事項

TDTソリューションを実装する際に考慮すべき重要なデザイン上の側面がいくつかある：

• ARの冗長性：ARの内容は合成的か冗長的かにできる。合成的ARは短くてリアルタイムのアプリケーションに適しているけど、冗長的ARは特定の状況で必要になる詳細情報を含むことができる。

• 定期的なチェックポイント：AR生成の頻度は固定または変動可能で、データが生成される頻度やシステムの要求に応じて変わる。

• 信頼する当事者の信頼ロジック：信頼する当事者は、受け取ったARに基づいてデータを消費するためのさまざまな方法を実装できる。これにより、データをバッファリングしたり、有効なARが見つかるまで無視したりすることができる。

#実証実験の結果

TDTシステムの実証実験（PoC）では、主なデバイスとしてRaspberry Pi 4を使用し、他のサポートインフラも活用した。

#リモートアテステーションプロトコルのパフォーマンス

RAプロトコルの実行パフォーマンスに焦点を当てた分析が行われた。結果は、AR生成に関連する操作がRAプロセス全体にかなりの影響を与えることを示した。特に、引用生成やデータ送信に関わるステップで顕著だった。

全体として、RAプロトコルの期待されるパフォーマンスは実用可能で、ほとんどの場合、全プロセスが半秒未満で済むことがわかった。

#データ交換プロトコルのパフォーマンス

データ交換プロトコルのパフォーマンスも調査された。結果は、WAMチャネルへのデータの書き込みが取得するよりも時間がかかることを示した。これは、データを書き込む際に必要な計算の複雑さによるものだ。

データサイズによって異なるパフォーマンス結果が得られた。小さなデータパケットでは書き込み時間が短かったが、大きなパケットは処理要求が増加するため、より時間がかかった。

データの読み取りに関しては、結果が大幅に速く、情報を消費する際のシステムの効率を示している。

#結論と今後の作業

まとめると、この記事ではIoTシステムのデータに対する信頼を確保するための新しいソリューションを提示してる。TDTアプローチは、データの検証と通信のための安全な方法を提供するために複数の技術を組み合わせている。実証実験の結果は、この解決策が実用的で、さまざまなアプリケーションで効果的に使用できそうだと示している。

今後の取り組みは、TDTソリューションのプロトタイプを開発し、実際の要件に基づいてデザインをカスタマイズし、さまざまなタイプのIoTデバイスに対してパフォーマンス評価を拡張することに焦点を当てている。