Blockchain-based and energy-aware adaptive trust mechanisms for IoT
IoT için blok zinciri tabanlı ve enerji farkındalıklı uyarlanabilir güven mekanizmaları
- Tez No: 981739
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KÜBRA KALKAN ÇAKMAKCİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Ağ güvenliği, Network security
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Modern Internet of Things (IoT) increasingly rely on distributed decision-making, computation, and communication between independent nodes. As these systems expand and diversify, particularly when central coordination is not possible or not acceptable, decentralization becomes the primary concept. Decentralized systems eliminate dependence on central authority or trusted third parties by distributing decision-making and verification tasks among independent members of a network. While this shift promises greater scalability and fault tolerance, it introduces a critical challenge: establishing trust among resource-constrained and anonymous devices with no prior relationship or shared context. Blockchain technology has emerged to create a fundamental infrastructure to address this challenge by enabling transparent, auditable, and tamper-resistant management of data and consensus management in decentralized environments. Its distributed ledger mechanism ensures that transactions and state changes are immutably recorded, ensuring accountability in trustless networks. However, the presence of blockchain alone does not guarantee trustworthiness, especially when consensus mechanisms fail to account for the behavior, honesty, or sustainability of participating nodes. In this context, trust management becomes essential to maintaining the security and reliability of decentralized IoT networks. Trust can generally be broadly defined as the confidence in an entity's behavior based on past interactions, feedback, and reliability in service delivery. Modern trust models, ranging from reputation-based to computational and voting-based schemes, attempt to quantify this notion, yet most fall short in dynamic and malicious conditions. Despite extensive research, many existing trust models rely on static scores, stake-based voting, or unweighted historical data, making them vulnerable to adaptive adversaries and resource exhaustion. Especially for large-scale and heterogeneous IoT networks, lack of adaptive and behavior-aware trust evaluation diminishes the overall security and reliability. To address these limitations, this thesis introduces a series of progressively enhanced trust-aware models, each developed based on the insights gained from its predecessors: TrustVista introduces a layered trust evaluation model that calculates trust at the node, group, and community perspectives. It emphasizes recent behavior by using a weighted average that gives more importance to recent interactions, and applies statistical techniques to detect abnormal or potentially malicious behavior. By evaluating trust not just individually, but in a collaborative and structural context, TrustVista improves the speed and accuracy of identifying harmful participants. During this stage, it was observed that mechanisms like Delegated Proof of Stake (DPoS) could be a viable consensus mechanism for IoT, yet lacked any awareness of nodes' energy capacity. Based on this insight, EDPoS was developed to extend classical DPoS by incorporating energy-awareness. EDPoS enhances the classical DPoS mechanism by introducing energy-awareness into the consensus process. It dynamically adjusts how many nodes can become validators, how much data is included in each block, and which nodes are eligible to participate, based on how much energy nodes have and how efficiently they've used it in the past. This reduces the likelihood of block validation failures due to node dropouts and extends the overall system lifetime in IoT environments where resources are limited. Building on EDPoS, TEDPoS further integrates behavioral trust into the energy-aware DPoS framework. TEDPoS proposes a dynamic validator scoring method that combines three key factors: a node's trust level based on its behavior, its available energy, and the level of community support it receives through voting. Unlike traditional DPoS, TEDPoS adapts its selection process based on real-time network conditions, favoring nodes that are both trustworthy and resource-sufficient. This enables robust, context-aware, and attack-resilient delegate selection in decentralized IoT environments. As a supplementary use-case, TEMBUV, presented in Appendix~\ref{app:tembuv}, presents how trust and blockchain can jointly support secure operations in post-disaster communication networks. While not simulated in OMNeT++, this model offers a mathematical abstraction of trust-based decision-making in UAV and VANET-integrated domains. All proposed models are implemented and and tested against various adversarial conditions, including camouflage, bad-mouthing, and self-promotion attacks. Experimental results demonstrate clear improvements in malicious node detection, energy efficiency, and consensus reliability compared to baseline models. Collectively, the frameworks presented in this thesis contribute to the development of adaptive, secure, and scalable trust mechanisms for decentralized and heterogeneous IoT systems.
Benzer Tezler
- A comparative study of bitcoin and alternative cryptocurrencies
Bitcoin ve alternatif kriptoparaların karşılaştırılmalı çalışması
CAVİDAN YAKUPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldırım Beyazıt ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH VEHBİ ÇELEBİ
PROF. DR. ALİ AYDIN SELÇUK
- Varikoselektomi hastalarında ultrason rehberliğinde yapılan transversus abdominis plan bloğu ve ilioinguinal- iliohipogastrik bloğun karşılaştırılması
Comparison of ultrasound guided transversus abdominis plane block and i̇lioinguinal i̇liohypogastric block i̇n varicocelectomy patients
DEFNE ÇİFTÇİOĞLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2012
Anestezi ve ReanimasyonKocaeli ÜniversitesiAnesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT TEKİN
- Dış ticarette yeni ödeme şekli banka ödeme yükümlülüğü BPO-etkinlik analizi
Başlık çevirisi yok
ORKUN BAYRAM
Doktora
Türkçe
2017
Hukukİstanbul Ticaret ÜniversitesiUluslararası Ticaret Hukuku ve Avrupa Birliği Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. İSMET KAHRAMAN ARSLAN
PROF. DR. CEVAT GERNİ
- Elektronik ödemelerde blok zinciri sistematiği ve uygulamaları
The blockchain systematics and applications in electronic payments
İMPARATOR SERHAT KARAKÖSE
- The adoption of innovation in Turkish accounting profession
Türk muhasebe mesleğinde yenilikçiliğin benimsenmesi
ENİS ALUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
İşletmeYeditepe Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CAN TANSEL KAYA