Sichern kritischer Daten mit IOTA

IOTA als Vertrauensanker im NEDO-Projekt

TL;DR:
Ein Forschungsprojekt, das von Japans größter öffentlicher Verwaltungsorganisation NEDO (The New Energy and Industrial Technology Development Organization) gesponsert wurde und an dem mehrere japanische Organisationen beteiligt waren, hat die Machbarkeit von IOTA als Infrastruktur für die Sicherung kritischer Industriedaten nachgewiesen. Im Rahmen des Projekts wurde Tangle von IOTA als Vertrauenssäule für risikobasierte Wartungssysteme getestet, die in Kraftwerken, Energieanlagen, Industrieanlagen, petrochemischen Anlagen und Ölraffinerien eingesetzt werden, wobei hervorragende Ergebnisse erzielt wurden, um die Machbarkeit von IOTA als Vertrauensanker für kritische Daten zu testen.

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Das im Oktober 2020 angekündigte große Forschungsprojekt zwischen der IOTA-Stiftung und NEDO wurde im Februar 2022 erfolgreich abgeschlossen. NEDO ist Japans größte öffentliche Verwaltungsorganisation, die Forschung und Entwicklung sowie den Einsatz von Industrie-, Energie- und Umwelttechnologien fördert. Ziel des Projekts war es, neuartige Technologien zu entwickeln und zu erproben, um die Sicherheit, Langlebigkeit und Beständigkeit kritischer Infrastrukturen wie Kraftwerke und Industrieanlagen in Japan und im Ausland zu verbessern. Mehrere bekannte japanische Unternehmen, die auf kritische Infrastrukturen spezialisiert sind, darunter OMC, IMC und Best Materia, nahmen an dem Projekt teil.

Der wichtigste Anwendungsfall, auf dem das Projekt aufbaut, ist die risikobasierte Wartung (RBM). RBM setzt Prioritäten bei der Zuweisung von Wartungsressourcen für Anlagen (z. B. Motoren, Turbinen oder Pumpen), die im Falle eines Ausfalls das größte Risiko darstellen. Die Instandhaltungsaktivitäten in einer Anlage werden optimiert, um das Ausfallrisiko zu verringern, das als Kombination aus der Ausfallwahrscheinlichkeit (PoF) und den Ausfallfolgen (CoF) gemessen wird.

Insbesondere werden Wartungsprozesse an kritischen Infrastrukturanlagen durchgeführt, die eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen und gleichzeitig die größten negativen Folgen eines Ausfalls riskieren; beispielsweise könnten Anlagen wie Dampferzeuger in Kernkraftwerken zu Risiken für Menschen oder wirtschaftlichen Verlusten führen.

Vertrauenswürdige Daten und der Tangle

Ein entscheidender Aspekt eines jeden KI-basierten Systems sind vertrauenswürdige Daten. Dies gilt insbesondere für das RBM-System von NEDO, das sich auf kritische Infrastrukturen konzentriert, wo die Folgen ungesicherter Daten katastrophal sein könnten. Wenn sich beispielsweise ein Hacker Zugang verschafft und die Daten verändert, sind die nächsten Vorhersagen des risikobasierten Instandhaltungssystems nicht mehr korrekt. Infolgedessen werden die Anlagen, die gewartet werden müssen, nicht gewartet, was das Ausfallrisiko drastisch erhöht.

In Szenarien wie diesen ist der Einsatz von IOTA in Verbindung mit einer KI und einem RBM eine wesentliche Lösung: IOTA fungiert als Vertrauensanker für die in die KI eingespeisten Anlagendaten und garantiert die Überprüfbarkeit, Unveränderbarkeit und Sicherheit der Daten.

Die wichtigsten Überlegungen für den Einsatz von IOTA im NEDO RBM-System sind:

• Da die Daten von mehreren Akteuren (Inspektoren, Betriebsleiter, Behörden usw.) bereitgestellt werden, muss ein dezentralisiertes System eingerichtet werden, das keine bestimmte Gruppe von Akteuren bevorzugt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde der IOTA Tangle aufgrund seiner Skalierbarkeit und Datenübertragungsfähigkeiten ausgewählt, die von anderen DLT-Produkten auf dem Markt nicht abgedeckt werden.
• Die Vermögensdaten einer Anlage sind hochsensibel und daher ein idealer Kandidat für eine private (oder „genehmigte“) Version des IOTA Tangle. Dieser private Tangle kann zusätzlich im öffentlichen Mainnet verankert werden, um die Datensicherheit zu erhöhen, ohne Informationen preiszugeben.
• Die Datenübertragungsfunktionen des Tangles ermöglichen den verschiedenen Beteiligten einen sicheren Zugang zu denselben unveränderlichen Daten, indem sie einfach einen Hornet-Knoten einrichten. Dies erleichtert die Erweiterung von Konsortien mit minimalem Aufwand und damit verbundenen Kosten.
• Da die Dauerhaftigkeit der Daten ein kritischer Faktor ist (in industriellen Fällen wie diesen müssen die Daten über Jahre hinweg archiviert werden), ist der Einsatz von IOTAs Chronicle-Permanode (basierend auf ScyllaDB) angebracht. Chronicle ist von Haus aus in der Lage, alle Datennachrichten, die den Tangle durchlaufen, zu indizieren und zu archivieren, unabhängig vom Datenvolumen. Bei Bedarf können die Daten auch neu indiziert werden, indem zusätzliche ScyllaDB-Keystores und -Tabellen angelegt werden.

Einrichtung der Architektur

Die Abbildung oben zeigt die Architektur des im Rahmen des NEDO-Forschungsprojekts entwickelten Versuchsprototyps. Unter der technischen Leitung der IOTA-Stiftung wurde der Prototyp von Fujisoft, dem Referenzpartner der IOTA-Stiftung in Japan, entwickelt. Der Prototyp hat die Machbarkeit des architektonischen Ansatzes bewiesen und wurde von IMC und OMC, den japanischen Unternehmen, die als Endnutzer im Projekt fungieren, funktional validiert.

Die vier Elemente des Versuchsprototyps sind:

1. Die RBM-Datenerfassungssysteme: Dies sind die Systeme, die die Anlagendaten liefern.
2. Die ETL-Prozesse (Extract Transform and Load): Dies sind ETLs, die die Daten aus den RBM Data Capture Systemen nehmen und sie in IOTA Tangle verankern. Dieser Prototyp verwendet IOTA Streams und die Anchors-Bibliothek als Verankerungsmechanismus. Mit IOTA Streams stellen wir sicher, dass die Daten ordnungsgemäß verschlüsselt werden, während gleichzeitig gewährleistet ist, dass nur autorisierte Teilnehmer Zugriff auf die Daten erhalten.
3. Hornet-Knoten, die mit einem privaten Tangle verbunden sind, das auf der AWS-Infrastruktur in Japan läuft: Die Einrichtung des privaten Tangle wurde mit den IOTA „one-click Tangle“ Tools durchgeführt. In Zukunft könnte dieses private Tangle mit Hilfe eines Assembly Smart Contracts im Mainnet verankert werden.
4. Der Chronicle Permanode: Chronicle ermöglicht die Dauerhaftigkeit von Daten, indem alle über das Tangle übertragenen Datennachrichten in einem auf AWS bereitgestellten ScyllaDB-Cluster persistiert werden. Chronicle empfängt einfach MQTT-Benachrichtigungen von Hornet-Knoten und persistiert die Daten. Derselbe Mechanismus kann verwendet werden, um die Daten auf einer benutzerdefinierten Basis zu indizieren, sollten zukünftige Anwendungen diesen Bedarf haben.

Diese vier Säulen stellen sicher, dass alle RBM-Daten erfasst und verankert werden, so dass sie sicher und unveränderlich gespeichert sind. Von diesem Punkt an nimmt das KI-System die Daten, z. B. mit Hilfe eines anderen ETL, prüft sie durch IOTA und führt die KI-Algorithmen aus, um die zu wartenden Anlagen zu bestimmen. In Zukunft könnten diese KI-Ausführungen auch über IOTA auditierbar gemacht werden, was die Transparenz, Auditierbarkeit und Rückverfolgbarkeit der RBM-Prozesse erhöht und es ermöglicht, die Solidität der KI zu überprüfen und jede Nichtkonformität im Falle eines Fehlers nachzuvollziehen.

Laut Tsunehisa Nakajima, Chief Operating Officer von Fujisoft America, Inc: „Fujisoft America und Fujisoft Japan haben sich diesem NEDO-Projekt als IOTA-Partner angeschlossen. Als einer der vertrauenswürdigen Systemintegratoren in Japan haben wir genau beobachtet, dass große japanische Unternehmen in den letzten Jahren ein starkes Interesse an der Blockchain-Technologie gezeigt haben. Die geringen Ressourcenanforderungen des IOTA Tangles, die Gebührenfreiheit und die schnellen Transaktionen haben die Hindernisse beseitigt, die viele japanische Unternehmen bei der Einführung der Blockchain-Technologie hatten. Wir sind fest davon überzeugt, dass die hervorragende Leistung dieses NEDO-Projekts die Einführung von IOTA auf dem japanischen Markt fördern wird.“

Schlussfolgerung

Das NEDO-Projekt war eine fantastische Gelegenheit, die Tragfähigkeit von IOTA als Vertrauensanker für kritische Daten zu testen. Die Ergebnisse der Experimente sind vielversprechend und werden einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung und Einrichtung von Referenzarchitekturen für Datenanwendungen mit IOTA leisten. Und nicht zuletzt hat es die IOTA-Gemeinschaft auf Japan ausgeweitet und damit die Türen für zukünftige Möglichkeiten in diesem Land geöffnet. Wir freuen uns daher auf die Zusammenarbeit mit der IOTA-Community in Japan und auf der ganzen Welt bei Forschungs- und Innovationsprojekten, um die Einführung von DLT- und IOTA-Technologien zu fördern.

original by IOTA Foundation: https://blog.iota.org/securing-critical-data-with-iota/