طرق تعزيز الخصوصية عبر البلوكشين لبناء الثقة في بيئات إنترنت الأشياء

عندما نتحدث عن بيئات إنترنت الأشياء (IoT ecosystems)، فإننا نشير إلى شبكة هائلة من الأجهزة المختلفة التي تتحدث مع بعضها البعض. تخيل ثلاجتك الذكية ترسل رسالة إلى هاتفك الذكي لتخبرك بأنك نفذت من الحليب، أو منظم الحرارة الذكي يضبط درجة حرارة الغرفة بناءً على تفضيلاتك. يبدو مستقبلياً، أليس كذلك؟

ولكن هنا تكمن المشكلة: هذه الأجهزة، رغم أنها قد تبدو متقدمة، ليست قوية أو ذات موارد كافية مثل أجهزة الكمبيوتر التي نستخدمها يومياً. إنها مثل رسل صغار محدودو الطاقة، يعملون باستمرار.

لماذا تختلف أجهزة إنترنت الأشياء عن جهاز الكمبيوتر العادي الخاص بك

• موارد محدودة: على عكس الخوادم أو أجهزة الكمبيوتر الكبيرة والقوية التي اعتدنا عليها، غالباً ما تملك أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) ذاكرة وقوة معالجة ضئيلة فقط.
• قنوات اتصال مختلفة: بدلاً من القنوات الأكثر أماناً التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر لدينا، غالباً ما تتواصل أجهزة إنترنت الأشياء عبر قنوات لاسلكية أقل أماناً، مثل ZigBee أو LoRa. فكر في الأمر على أنه اختيار قفل دراجة هش بدلاً من قفل متين.
• لغة ووظائف فريدة: كل جهاز إنترنت الأشياء هو كيان فريد. لديهم وظائفهم، ويتواصلون بطرقهم الخاصة. إنه مثل وجود العديد من الأشخاص من دول مختلفة، كل منهم يتحدث لغته، يحاول إجراء محادثة. هذا يجعل من الصعب وضع بروتوكول أمني واحد يناسب الجميع.

لماذا هذه مشكلة؟

حسناً، بسبب هذه التحديات الفريدة، يمكن أن تكون أجهزة إنترنت الأشياء أهدافاً سهلة للهجمات الإلكترونية. إنها تشبه المدينة إلى حد ما. كلما كانت المدينة أكبر، زادت الفرص لحدوث شيء خاطئ. وتماماً كما هو الحال في مدينة كبيرة تضم العديد من أنواع الناس المختلفة، يجب على أجهزة إنترنت الأشياء من شركات مختلفة أن تجد طرقاً للتواصل مع بعضها البعض. في بعض الأحيان، يتطلب ذلك وسيطاً، طرفاً ثالثاً موثوقاً، لمساعدتها على فهم بعضها البعض.

علاوة على ذلك، نظراً لأن هذه الأجهزة محدودة الطاقة، فهي ليست مجهزة للدفاع بشكل كافٍ ضد التهديدات الإلكترونية المتطورة. إنه مثل إرسال شخص يحمل مقلاع للدفاع ضد جيش حديث.

تحليل الثغرات

يمكن تقسيم ثغرات إنترنت الأشياء إلى فئتين رئيسيتين

• ثغرات خاصة بإنترنت الأشياء: قضايا مثل هجمات استنزاف البطارية، والتحديات المتعلقة بالتوحيد القياسي، أو قضايا الثقة تنتمي إلى هذه الفئة. فكر فيها على أنها مشاكل تواجهها هذه الأجهزة فقط.
• ثغرات شائعة: هذه هي القضايا الموروثة من عالم الإنترنت الأوسع. المشاكل النموذجية التي تواجهها معظم الأجهزة المتصلة بالإنترنت.

فهم التهديدات الأمنية في إنترنت الأشياء

عند الغوص في عالم الأمن السيبراني، خاصة في مجال إنترنت الأشياء (IoT)، من الشائع سماع مصطلح مثلث CIA. لا يشير هذا إلى وكالة سرية، بل يقف على السرية (Confidentiality)، والنزاهة (Integrity)، والتوافر (Availability). هذه ثلاثة مبادئ تشكل أساس معظم جوانب الأمن السيبراني.

الأول، السرية، يتعلق بضمان بقاء بياناتك الخاصة كما هي: خاصة. فكر في الأمر كمفكرة تحتفظ بها تحت سريرك. يجب أن يكون المفتاح بيدك فقط (وربما عدد قليل من الموثوقين). في العالم الرقمي، يترجم هذا إلى معلومات شخصية، صور، أو حتى محادثة تجريها مع صديق عبر جهاز ذكي.

النزاهة، من ناحية أخرى، هي ضمان بقاء ما كتبته في تلك المفكرة كما تركته. يعني ذلك أن بياناتك، سواء كانت رسالة، أو فيديو، أو مستنداً، لا يتم تعديلها من قبل شخص آخر دون علمك.

أخيراً، هناك التوافر. يشبه هذا المبدأ دائماً امتلاك مفكرتك متاحة عندما تريد تدوين أفكارك. في المجال الرقمي، يمكن أن يعني ذلك الوصول إلى موقع ويب عند الحاجة أو استعادة إعدادات منزلك الذكي من السحابة الإلكترونية.

مع وضع هذه المبادئ في الاعتبار، دعنا نتعمق أكثر في التهديدات التي تواجه إنترنت الأشياء. عندما يتعلق الأمر بإنترنت الأشياء، فإن أجهزتنا اليومية، مثل الثلاجات، ومنظمات الحرارة، وحتى السيارات، متصلة ببعضها البعض. وبينما يجلب هذا الاتصال المريح، فإنه يمهد أيضاً لظهور ثغرات فريدة.

تهديد شائع هو هجوم حجب الخدمة (DoS). تخيل هذا: أنت في حفل موسيقي، وتحاول المرور عبر باب، لكن مجموعة من المماطلين تحجب الطريق باستمرار، ولا تسمح لأي شخص بالمرور. هذا ما يفعله هجوم DoS بالشبكات. إنه يثقل كاهلها بطلبات مزيفة بحيث لا يمكن للمستخدمين الحقيقيين مثلك ومثلي الدخول. نسخة أكثر خطورة هي هجوم حجب الخدمة الموزع (DDoS) حيث لا تحجب مجموعة واحدة الباب فحسب، بل تحجب مجموعات متعددة عدة أبواب في نفس الوقت.

تهديد آخر خادع هو هجوم الرجل في الوسط (MiTM). يشبه ذلك شخصاً يستمع سراً إلى مكالمتك الهاتفية، وأحياناً حتى يتظاهر بأنه الشخص الذي تعتقد أنك تتحدث معه. في الفضاء الرقمي، يقوم هؤلاء المهاجمون بإعادة توجيه الاتصال سراً وقد يغيرونه بين طرفين.

ثم لدينا البرمجيات الخبيثة (malware)، وهي المكافئ الرقمي لنزلة البرد ولكن غالباً ما تكون نواياها أكثر ضرراً. هذه برمجيات مصممة للتسلل وإتلاف أجهزتنا أحياناً. مع امتلاء عالمنا بمزيد من الأجهزة الذكية، يزداد خطر الإصابة بالبرمجيات الخبيثة.

ولكن هنا تكمن الناحية الإيجابية: رغم كثرة هذه التهديدات، يعمل الخبراء في جميع أنحاء العالم بلا كلل لمكافحتها. إنهم يستخدمون تقنيات متقدمة، مثل الذكاء الاصطناعي، للكشف عن هذه الهجمات ومكافحتها. كما أنهم يحسنون طريقة تواصل أجهزتنا، لضمان قدرتها على التعرف على بعضها البعض والثقة بها حقاً. لذلك، بينما يواجه العصر الرقمي تحدياته، فإننا لا نتنقل فيها بعيون مقفلة.

الخصوصية 

بالإضافة إلى التهديدات الأمنية المذكورة أعلاه، تواجه أجهزة إنترنت الأشياء والبيانات التي تتعامل معها مخاطر مرتبطة بالخصوصية، بما في ذلك تنصت البيانات، وكشف هوية البيانات المجهولة (de-anonymization)، واستخلاص الاستنتاجات بناءً على تلك البيانات (هجمات الاستدلال). تستهدف هذه الهجمات بشكل أساسي سرية البيانات، بغض النظر عما إذا كانت مخزنة أو قيد النقل. يستكشف هذا القسم هذه التهديدات المتعلقة بالخصوصية بالتفصيل.

هجوم الرجل في الوسط في سياق الخصوصية

يُقترح أن هجمات الرجل في الوسط (MiTM) يمكن تقسيمها إلى فئتين: هجمات الرجل في الوسط النشطة (AMA) وهجمات الرجل في الوسط السلبية (PMA). تتضمن هجمات الرجل في الوسط السلبية مراقبة تبادل البيانات بين الأجهزة بشكل خفي. قد لا تتلاعب هذه الهجمات بالبيانات، لكنها يمكن أن تضر بالخصوصية. فكر في شخص لديه القدرة على مراقبة جهاز سراً؛ يمكنه القيام بذلك لفترة طويلة قبل شن هجوم. نظراً لانتشار الكاميرات في أجهزة إنترنت الأشياء التي تتراوح بين الألعاب والهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء، فإن العواقب المحتملة للهجمات السلبية، مثل التنصت أو تنصت البيانات، كبيرة. على العكس من ذلك، تلعب هجمات الرجل في الوسط النشطة دوراً مباشراً أكثر، حيث تستخدم البيانات المكتسبة للتفاعل بشكل خادع مع مستخدم أو للوصول إلى ملفات تعريف المستخدمين دون إذن.

خصوصية البيانات ومخاوفها

مشابهة لإطار عمل الرجل في الوسط، يمكن أيضاً تصنيف تهديدات خصوصية البيانات إلى هجمات خصوصية البيانات النشطة (ADPA) وهجمات خصوصية البيانات السلبية (PDPA). تلامس المخاوف المتعلقة بخصوصية البيانات قضايا مثل تسرب البيانات، والتعديلات غير المصرح بها على البيانات (تلاعب البيانات)، وسرقة الهوية، وعية كشف هوية البيانات التي تبدو مجهولة (إعادة التعريف). على وجه التحديد، تدور هجمات إعادة التعريف، التي تُعرف أحياناً بهجمات الاستدلال، حول طرق مثل إزالة التجريد، وتحديد المواقع، وتراكم البيانات من مصادر متنوعة. الهدف الأساسي من مثل هذه الهجمات هو تجميع البيانات من أماكن مختلفة لكشف هوية فرد. قد يتم بعد ذلك استخدام هذه البيانات المجمعة للتظاهر بهوية الفرد المستهدف. تدخل الهجمات التي تعدل البيانات مباشرة، مثل تلاعب البيانات، تحت فئة ADPA، في حين أن تلك المرتبطة بإعادة التعريف أو تسرب البيانات تعتبر PDPA.

البلوكشين كحل محتمل

البلوكشين، الذي يُختصر عادةً إلى BC، هو شبكة مرنة تتميز بالشفافية، وتحمل الأعطال، والقدرة على التحقق منها ومراجعتها. غالباً ما توصف بمصطلحات مثل لامركزية، ونظير إلى نظير (P2P)، وشفافة، وخالية من الثقة، وغير قابلة للتغيير، ويبرز البلوكشين كبديل موثوق مقارنة بنماذج الخوادم والخوادم المركزية التقليدية. ميزة بارزة داخل البلوكشين هي

جهود تعزيز الأمان

تم اقتراح استراتيجيات مختلفة قائمة على البلوكشين لمجالات متنوعة مثل سلاسل التوريد، وإدارة الهوية والوصول، و، بشكل خاص، إنترنت الأشياء. ومع ذلك، تفشل بعض النماذج الحالية في الوفاء بالقيود الزمنية ولا يتم تحسينها للأجهزة محدودة الموارد في إنترنت الأشياء. على النقيض من ذلك، ركزت بعض الدراسات بشكل أساسي على تحسين وقت استجابة أجهزة إنترنت الأشياء، متجاهلة اعتبارات الأمان والخصوصية. قدمت دراسة أجراها ماخادو وزملاؤه بنية بلوكشين مقسمة إلى ثلاثة أجزاء: إنترنت الأشياء، الضباب (Fog)، والسحابة. ركزت هذه البنية على إنشاء الثقة بين أجهزة إنترنت الأشياء باستخدام بروتوكولات تعتمد على طرق الإثبات، مما أدى إلى سلامة البيانات وإجراءات الأمان مثل إدارة المفاتيح. ومع ذلك، لم تتناول هذه الدراسات مخاوف خصوصية المستخدم مباشرة.

دراسة أخرى استكشفت مفهوم

البلوكشين كدرع لأجهزة إنترنت الأشياء

مع استمرار تقدم التكنولوجيا، تزداد قابلية الأنظمة للهجوم، مثل هجمات حجب الخدمة (DoS). مع انتشار الأجهزة الرخيصة لإنترنت الأشياء، يمكن للمهاجمين التحكم في أجهزة متعددة لإطلاق هجمات إلكترونية قوية. يمكن اختراق الشبكات المعرفة برمجياً (SDN)، رغم ثورتها، من خلال البرمجيات الخبيثة، مما يجعلها عرضة لهجمات متنوعة. يدافع بعض الباحثين عن استخدام البلوكشين لحماية أجهزة إنترنت الأشياء من هذه التهديدات، مستشهدين بطبيعتها اللامركزية وغير القابلة للتلاعب. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن العديد من هذه الحلول لا تزال نظرية، تفتقر إلى التنفيذ العملي.

هدفت دراسات أخرى إلى معالجة الثغرات الأمنية في قطاعات مختلفة باستخدام البلوكشين. على سبيل المثال، للتعامل مع التلاعب المحتمل في نظام الشبكة الذكية، اقترحت دراسة واحدة استخدام نقل البيانات المشفر مقترناً بالبلوكشين. دعت دراسة أخرى إلى نظام إثبات التسليم باستخدام البلوكشين، مما يبسط عملية اللوجستيات. أثبت هذا النظام مرونته ضد الهجمات الشائعة مثل الرجل في الوسط وحجب الخدمة، لكنه كان يعاني من قصور في إدارة هوية المستخدم وخصوصية البيانات.

البنية السحابية الموزعة

بالإضافة إلى معالجة التحديات الأمنية المألوفة مثل سلامة البيانات، والرجل في الوسط، وحجب الخدمة، استكشفت جهود بحثية متعددة حلولاً متعددة الأوجه. على سبيل المثال، قدمت ورقة بحثية من قبل شارما وفريقه تقنية بلوكشين فعالة من حيث التكلفة وآمنة ومتاحة دائماً للبنية السحابية الموزعة، مع التركيز على الأمان وتقليل تأخيرات النقل. ومع ذلك، كانت هناك مجالات إهمال، بما في ذلك خصوصية البيانات وإدارة المفاتيح.

الموضوع المتكرر في هذه الدراسات هو الاستخدام السائد لإثبات العمل (PoW) كآلية إجماع، والتي قد لا تكون الأكثر كفاءة لتطبيقات إنترنت الأشياء في الوقت الفعلي بسبب طبيعتها كثيفة استهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، تجاهل عدد كبير من هذه الحلول جوانب حيوية مثل إخفاء هوية المستخدم وسلامة البيانات الشاملة.

تحديات تنفيذ البلوكشين في إنترنت الأشياء

التأثير والكفاءة

بينما كانت تقنية البلوكشين (BC) موجودة لأكثر من عشر سنوات، لم يتم استغلال مزاياها الحقيقية إلا مؤخراً. هناك العديد من المبادرات الجارية لدمج البلوكشين في مجالات مثل اللوجستيات، والغذاء، والشبكات الذكية، وشبكات المركبات المتصلة (VANET)، و5G، والرعاية الصحية، وإحساس الحشود. ومع ذلك، لا تعالج الحلول السائدة التأخير الجوهري للبلوكشين ولا تناسب أجهزة إنترنت الأشياء محدودة الموارد. آلية الإجماع السائدة في البلوكشين هي إثبات العمل (PoW). على الرغم من انتشاره الواسع، فإن إثبات العمل أبطأ نسبياً (معالجة سبع معاملات في الثانية فقط مقارنة بمتوسط فيزا البالغ ألفين في الثانية) وهو كثيف استهلاك الطاقة.

الحوسبة، ومعالجة البيانات، والتخزين

يتطلب تشغيل البلوكشين موارد حوسبية وطاقة وذاكرة كبيرة، خاصة عندما ينتشر عبر شبكة نظيرية واسعة. كما سلط سونغ وآخرون الضوء على أن حجم دفتر حسابات بيتكوين تجاوز 196 جيجابايت بحلول مايو 2018. تثير هذه القيود مخاوف بشأن قابلية التوسع وسرعة المعاملات لأجهزة إنترنت الأشياء. يمكن أن يكون أحد الحلول المحتملة هو تفويض مهامهم الحسابية إلى السحابات المركزية أو خوادم الضباب شبه اللامركزية، لكن هذا يؤدي إلى تأخيرات شبكية إضافية.

التوحيد القياسي والموحدة

مثل جميع التقنيات الناشئة، يعد توحيد معايير البلوكشين تحدياً قد يتطلب تعديلات تشريعية. يظل الأمن السيبراني تحدياً هائلاً، ومن المفرط في التفاؤل توقع معيار واحد يمكنه التخفيف من جميع مخاطر التهديدات الإلكترونية ضد أجهزة إنترنت الأشياء في المستقبل القريب. ومع ذلك، يمكن لمعيار الأمان أن يضمن التزام الأجهزة بمعايير أمان وخصوصية مقبولة معينة. يجب أن يتضمن أي جهاز إنترنت الأشياء مجموعة من ميزات الأمان والخصوصية الأساسية.

مخاوف الأمان

على الرغم من أن البلوكشين (BC) يتميز بأنه غير قابل للتغيير، وغير موثوق به، لامركزي، ومقاوم للتلاعب، فإن أمان الإعداد القائم على البلوكشين لا يكون قوياً إلا بقدر نقطة الدخول الخاصة به. في الأنظمة المبنية على البلوكشين العام، يمكن لأي شخص الوصول إلى البيانات وفحصها. وعلى الرغم من أن البلوكشين الخاص قد يكون حلاً لهذه المشكلة، إلا أنه يطرح تحديات جديدة مثل الاعتماد على وسيط موثوق، واللامركزية، والقضايا التشريعية المتعلقة بالتحكم في الوصول. وفي الأساس، يجب أن تفي حلول إنترنت الأشياء (IoT) التي تتيحها البلوكشين بمعايير الأمان والخصوصية. وتشمل هذه المعايير ضمان توافق تخزين البيانات مع احتياجات السرية والنزاهة؛ وضمان نقل البيانات بأمان؛ وتسهيل مشاركة البيانات بشكل شفاف وآمن وخاضع للمساءلة؛ والحفاظ على الأصالة وعدم القابلية للنزاع؛ وضمان منصة تتيح الإفصاح الانتقائي عن البيانات؛ والحصول دائماً على موافقة صريحة للمشاركة من الكيانات المشاركة.

الخلاصة

البلوكشين، وهي تقنية ذات إمكانات واعدة هائلة، قد تم الإشادة بها كأداة تحويلية لمختلف القطاعات، بما في ذلك المشهد الواسع والمتطور باستمرار لإنترنت الأشياء (IoT). وبفضل طبيعتها اللامركزية، يمكن للبلوكشين توفير أمان محسّن وشفافية وقابلية للتتبع – وهي ميزات مطلوبة بشدة في تطبيقات إنترنت الأشياء. ومع ذلك، كما هو الحال مع أي اندماج تكنولوجي، فإن دمج البلوكشين مع إنترنت الأشياء لا يخلو من التحديات. فمن مشكلات السرعة والحوسبة والتخزين، إلى الحاجة الملحة للتوحيد القياسي ومعالجة نقاط الضعف، هناك جوانب متعددة تتطلب الانتباه. ومن الضروري أن يتعامل أصحاب المصلحة في كل من نظامي البلوكشين وإنترنت الأشياء مع هذه التحديات بشكل تعاوني وابتكاري لاستغلال الإمكانات التآزرية الكاملة لهذا الاتحاد.