[论文解读] Blockchain to Improve Security, Knowledge and Collaboration Inter-Agent Communication over Restrict Domains of the Internet Infrastructure

Julião Braga, João Nuno Silva+3 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 19被引用 5

一句话总结

本文提出 IIBlockchain，一种平台无关的区块链架构，旨在增强受限互联网基础设施领域（如自治系统）中自主代理（智能单元）之间的安全性、知识共享与协作。通过利用密码学哈希实现不可篡改性与去中心化信任，IIBlockchain 在不修改现有 IRR 系统的前提下，实现安全、可审计的跨代理通信，实现全球 IRR 对象表示的总存储量估计为 5 GB，空间复杂度为 O(1) 至 O(n)，操作时间复杂度为 O(n)。

ABSTRACT

This paper describes the deployment and implementation of a blockchain to improve the security, knowledge, intelligence and collaboration during the inter-agent communication processes in restrict domains of the Internet Infrastructure. It is a work that proposes the application of a blockchain, platform independent, on a particular model of agents, but that can be used in similar proposals, once the results on the specific model were satisfactory.

研究动机与目标

• 通过用自主代理替代人工更新，解决维护互联网路由注册表（IRR）数据过程中的人为错误与不一致问题。
• 改善互联网基础设施受限领域中智能单元（IEs）之间的跨代理通信与协作。
• 在不改变现有 IRR 基础设施或协议的前提下，提升路由策略管理中的安全性、知识共享与信任。
• 设计一种与现有平台无关、专为网络环境中基于代理的系统量身定制的区块链解决方案。
• 通过密码学哈希与数字签名，确保路由策略更新的数据完整性与可追溯性。

提出的方法

• 设计一种使用密码学哈希确保数据不可篡改与完整性的平台无关区块链（IIBlockchain）。
• 实现一种链式结构，其中每个区块包含唯一哈希、时间戳、区块序列号以及用于验证真实性的数字签名。
• 采用公共区块链模型结合私有信任验证：通过哈希完整性与 AS 原始数字签名对区块进行验证。
• 将区块链集成到 A2RD（受限域上的自主架构）模型中，基于路由策略规范语言（RPSL）规则自动创建 IRR 对象。
• 支持人机协作，处理无法自动生成的 IRR 对象，同时保持与现有 IRR 工具的向后兼容性。
• 设计一种机制，通过创建独立的废弃区块链来处理过时区块，通过重新哈希与指针更新维持不可篡改性。

实验结果

研究问题

• RQ1 区块链技术如何提升在受限互联网基础设施领域中管理路由策略的自主代理之间的信任与协作？
• RQ2 在多个自治系统中维护 IRR 对象更新的区块链，其存储与性能开销如何？
• RQ3 在不依赖中心化权威机构的前提下，如何确保跨代理通信中的数据完整性和真实性？
• RQ4 需要何种机制来处理过时或无效区块，同时保持区块链的不可篡改性与一致性？
• RQ5 是否可以实现一种独立于现有区块链平台的基于区块链的系统，同时在网络环境中保持安全与可扩展性？

主要发现

• 基于 59,789 个 ASNs 与每个 ASN 10 个 IRR 对象的估算，IIBlockchain 架构在全球自治系统中表示 IRR 对象的总存储空间约为 5 GB。
• 由于高效使用区块引用与哈希，IIBlockchain 的空间复杂度为 O(1) 至 O(n)，操作无需额外存储。
• 操作的时间复杂度在最坏情况下为 O(n)，主要由于在数组或链表中线性搜索以检索区块。
• 系统通过区块内容的密码学哈希与数字签名确保数据完整性，验证 AS 对信息的所有权。
• 若区块发生损坏或无效，系统将触发警报并自动回退至上一版本区块，从而保持信任与连续性。
• 该设计支持未来扩展，通过废弃区块链机制，将过时区块移除并重新哈希，以维持不可篡改性与链的完整性。