PCBChain: Lightweight Reconfigurable Blockchain Primitives for Secure IoT Applications

计算机科学 瓶颈 块链 分布式计算 散列函数 密码原语 密码学 工作证明制度 协议(科学) 嵌入式系统 计算机安全 密码协议 医学 替代医学 病理
作者
Wei Yan,Ning Zhang,Laurent Njilla,Xuan Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Very Large Scale Integration Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (10): 2196-2209 被引量:25
标识
DOI:10.1109/tvlsi.2020.3014155
摘要

In the era of ubiquitous intelligence, the Internet of Things (IoT) holds the promise as a breakthrough technology to enable diverse applications that benefit societal problems. Yet interconnecting myriad heterogeneous IoT devices across various application domains remain a security challenge. Decentralized technology has recently emerged as a powerful primitive in building distributed applications to facilitate secure transactions between mutually distrustful parties in a trustworthy manner. Unfortunately, these decentralized protocols demand computing resources and power far beyond the reach of resource-constrained IoT devices, preventing the full adoption of distributed consensus platform in the IoT setting. In this article, we address the key bottleneck to enable blockchain in resource-constrained IoT devices. We propose a lightweight implementation of proof-of-work (PoW) mining with reconfigurable hardware primitives. By replacing the hash and cryptographic functions in classic blockchain protocol with secure and efficient hardware implementations, our proposed solution can significantly reduce hardware resources and power overheads of PoW mining, while improving the transaction speed of large-scale IoT systems. Finally, we demonstrate the algorithm by proposing an antispoofing solution for GPS navigation among lightweight IoT devices. As a replacement for position computation, a mining process generates the expected coordinates with the correct initial value and function configuration.

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