/koa_IoT_blockchain

Primary LanguageJavaScript

blockchain_IoT_AccessControl_koa2（高等軟體設計期末專案）

期末報告簡介

  • 目的 爲了解決IoT安全性與存取權限之問題，本專題以區塊鏈技術來實現OAuth2第三方登入機制，使IoT裝置能夠確認與驗證使用者存取IoT服務之權限
  • 問題
    • IoT近年來越來越重要，安全與認證問題將成爲重要的議題
    • 若所有IoT都需要獨立的認證，資源消耗與擴充性將會是很大的問題
    • 一般的OAuth2依賴於第三方服務，但會造成單點失敗的風險，這也威脅到其可用性。
      • 網路釣魚非常可能導致這種模式的失敗
  • 實現方法
    • 與區塊鏈智能合約實現第三方驗證機制
      • 驗證權限存取者之以太坊地址，並發送token至user與IoT方，以有利驗證
      • 透過token ，duration，public_key來包裝做驗證
    • IoT透過token認證使得使用者IP能夠存取IoT服務
    • (前面能不能加服務注冊-Edge如何安全存取IoT)
    • 若驗證成功，則發whisper的publice key給user已建立裝置之間的通訊

使用説明

  • 使用 http://localhost:3001/index.html 開啓前端界面，操作api

  • 使用 http://localhost:3001/IoT_owner.html 開啓IoT端操作界面

  • 部署合約 : 要先確認已經部署B_OAuth至contract

    • 使用deploy之api

  • 注冊IoT使用者： 需要確認以太坊公鑰已經在智能合約上面注冊

    • 若尚未注冊，則使用addParticipant()合約API透過 contract owner發出交易注冊
    • 使用addUser之API/或者使用IoT端之操作界面

Figure

區塊鏈第三方驗證之動態循序圖

  • 向智能合約發送權限認證API : ==透過USER端發出auth_req API== (localhost:3001/blockchain/auth_req)向智能合約求取IoT存取權限之token
    • 成功的話會重新將token&sender address儲存與本地端，并且重新導向/offchain/SAG 之地址，IoT也會同時訂閲到同一份
    • 失敗的話則丟出error結束授權過程
  • 將token簽章送至IoT端認證: User端透過user的私鑰將（token,duration,要存取的IP位址）簽章之後，包含duration送至IoT端認證
    • IoT透過簽章與自身的所儲存的DATA(token&sender address)使用ecrecover還原簽章之address，一方面確認簽章者身份為智能合約之授權方，一方面確認user所擁有的token是正確的
  • IoT發送核准認證，並核發Refresh token(下次使用者存取IoT資料是不必再透過區塊鏈求取access token)

user後端-Koa2之應用架構

  • app.js為後端入口文件
  • app.js使用Koa2 middleware來處理http request，並以aspect核心邏輯來應用所有middleware
  • 在此系統中，app.js包含4個子middleware

專案之文件目錄圖

系統部署圖

  • 使用者節點
    • 部署區塊鏈客戶端(geth)全節點，可參與區塊鏈驗證
    • 安裝有web3後端，透過該後端向區塊鏈智能合約發出鏈上之權限驗證
  • IoT節點
    • 部署區塊鏈客戶端(geth)輕節點，可訂閲智能合約所發出之Event
    • koa後端-可以透過Web3與區塊鏈溝通，並授權User IoT服務存取之權限
  • Blockchain Server
    • 去中心化區塊鏈節點，處理智能合約等運算
    • 處理區塊鏈交易驗證等等...
  • 傳輸方法
    • 區塊鏈節點之間透過devp2p傳輸。
    • 裝置之間透過Http協定傳輸。

User端Dapp之Class diagram

  • MVC架構
  • 在此專案中statics資料夾代表view
  • http經過router之後，透過controller，引用適當的module處理

API

User端API

deploy contract

  • 簡介：部署權限驗證合約至區塊鏈

api

HTTP Method: post
URL:http://localhost:3001/blockchain/deploy

auth_req

  • 簡介：向智能合約發送權限認證API

api

HTTP Method: post
URL:http://localhost:3001/blockchain/auth_req
Body(x-www-form-urlencoded):

account: string (發出交易之賬號,透過此賬號求取智能合約權限) auth_dur: int （預計存取時間）

send access grant

  • 簡介：將token簽章送至IoT端認證: User端透過user的私鑰將（token,duration,要存取的IP位址）簽章之後，包含duration送至IoT端認證
    • IoT透過簽章與自身的所儲存的DATA(token&sender address)使用ecrecover還原簽章之address，一方面確認簽章者身份為智能合約之授權方，一方面確認user所擁有的token是正確的

api

HTTP Method: post
URL:http://localhost:3001/IoT/SAG
Body(x-www-form-urlencoded):

account: string (發出交易之賬號,透過此賬號求取智能合約權限) auth_dur: int （預計存取時間）

IoT Device端 API

token_subscribe

  • 簡介：訂閲區塊鏈發出的token

api

HTTP Method: GET

URL:http://localhost:3002/IoT/subscribe_token

Body(x-www-form-urlencoded):

access_grant

  • 簡介：接收到user所發出的access grant請求後，比對智能合約的token資料

api

HTTP Method: POST

URL:http://localhost:3002/IoT/access_grant

Body(x-www-form-urlencoded):

signed_msg: string（whisperPK）
access_token: string
sender_address: string auth_dur: int
sender_ip:string

Install

專案安裝步驟（installation）

  • 下載專案
git clone https://github.com/kimlin20011/blockchain_IoT_AccessControl_koa2.git
  • install package
npm install
  • 安裝私有連(見下一節)
    • 或單元測試區塊鏈 ganache-cli（選擇性，或是直接假設以太坊私有鏈，需要至少2組賬號）
    • 若使用ganachi至./config/config.js 將 gethWebsocketUrl:ws://localhost:8546, 8546部分改爲8545
npm install -g ganache-cli
  • 需要新增.env檔
HOST = 'localhost'
password = '自行修改geth的設定密碼'
  • start project
npm start

區塊鏈安裝

安裝go(注意go 版本要在1.8以上)

$ wget https://dl.google.com/go/go1.10.1.linux-armv6l.tar.gz

$ sudo tar -C /usr/local -xzf go1.10.1.linux-armv6l.tar.gz

$ export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin

安裝geth

$ mkdir src

$ cd src

$ sudo apt-get install -y git build-essential libgmp3-dev golang

$ git clone -b release/1.8 https://github.com/ethereum/go-ethereum.git

$ cd go-ethereum

$ make

$ sudo cp build/bin/geth /usr/local/bin/

安裝私有鏈

先在一個empty 的資料夾建立一個genesis.json

  • 範例碼
{
  "config": {
    "chainId": 33,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0,
    "ByzantiumBlock": 0 
  },
  "nonce": "0x0000000000000033",
  "timestamp": "0x0",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "gasLimit": "0x8000000",
  "difficulty": "0x1",
  "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "coinbase": "0x3333333333333333333333333333333333333333",
  "alloc": {}
}
  • initialize -讀取genesis.json並初始化私有鏈鎖
geth --datadir ./data/ init genesis.json
  • 開啓geth with web socket
geth --datadir data --networkid 33 --ws --wsaddr "0.0.0.0" --wsapi "eth,web3,personal,debug,db,admin,miner,net,shh,txpool" --wsport 8546 --wsorigins "*" --rpc --shh --rpcport 8545 --rpccorsdomain "*" --rpcapi " eth,web3,personal,debug,db,admin,miner,net,shh,txpool " --nodiscover console

參考資料

IOT Access control and Authentication Management via blockchain/June 2018

tags: koajs