Secure D2Dcaching framework based on trust management and blockchain for mobile edge caching - a multi domain approach

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dc.contributor.advisor-co1Pinheiro, Billy Anderson
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1882589984835011
dc.contributor.advisor1Borges, Vinicius da Cunha Martins
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6904676677900593
dc.contributor.referee1Borges, Vinicius da Cunha Martins
dc.contributor.referee2Pinheiro, Billy Anderson
dc.contributor.referee3Cordeiro, Weverton Luis da Costa
dc.contributor.referee4Carvalho, Sérgio Teixeira de
dc.creatorRocha, Acquila Santos
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7177151113942814
dc.date.accessioned2023-10-26T11:13:12Z
dc.date.available2023-10-26T11:13:12Z
dc.date.issued2023-08-18
dc.description.abstractDevice–to-Device communication (D2D), combined with edge caching and mobile edge computing, is a promising approach that allows offloading data from the wireless mobile network. However, user security is still an open issue in D2D communication. Security vulnerabilities remain possible owing to easy, direct and spontaneous interactions between untrustworthy users and different degrees of mobility. This dissertation encompasses the designing of a multi-layer framework that combines diverse technologies inspired in blockchain to come up with a secure multi domain D2D caching framework. Regarding the intra-domain aspect we establish Secure D2D Caching framework inspired on trUst management and Blockchain (SeCDUB) to improve the security of D2D communication in video caching, through the combination of direct and indirect observations. In addition, blockchain concepts were adapted to the dynamic and restricted scenario of D2D networks to prevent data interception and alteration of indirect observations. This adaptation considered the development of a Clustering Approach (CA) that enables scalable and lightweight blockchain for D2D networks. Two different uncertainty mathematical models were used to infer direct and indirect trust values: Bayesian inference and the Theory Of Dempster Shafer (TDS) respectively. Regarding the inter-domain approach we developed Trust in Multiple Domains (TrustMD) framework. This approach combines edge trust storage with blockchain for distributed storage management in a multi layer architecture, designed to efficiently store trust control data in edge across different domains. Regarding the collected results, we performed simulations to test SecDUB’s intra-domain approach. The proposed clustering approach plays a key role to mitigate the SecDuB overhead as well as the consensus time. TrustMD results demonstrated a significant enhancement in goodput, reaching at best, 95% of the total network throughput, whicle SecDUB achieved approximately 80%. Even though there was a 7% increase in D2D overhead, TrustMD effectively keep control of latency levels, resulting in a slight decrease of 1.3 seconds. Hence, the achieved results indicates that TrustMD efficiently manages securitywithout compromising network performance reducing false negative rate up to 31% on the best case scenario. Actually, the combination of SecDUB and TrustMD offers a scalable and effective security solution that boosts network performance and ensures robust protection.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Dayane Basílio (dayanebasilio@ufg.br) on 2023-10-23T16:24:35Z workflow start=Step: editstep - action:claimaction No. of bitstreams: 2 Dissertação - Acquila Santos Rocha - 2023.pdf: 2110831 bytes, checksum: 07fe0519da679d2e74fa88ab9c0c577b (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
dc.description.provenanceStep: editstep - action:editaction Approved for entry into archive by Luciana Ferreira(lucgeral@gmail.com) on 2023-10-26T11:13:12Z (GMT)en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2023-10-26T11:13:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Acquila Santos Rocha - 2023.pdf: 2110831 bytes, checksum: 07fe0519da679d2e74fa88ab9c0c577b (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5) Previous issue date: 2023-08-18en
dc.description.resumoComunicação Dispositivo-a-Dispositivo (D2D), combinado com cache de borda e computação de borda móvel, é uma abordagem promissora que permite a transferência de dados da rede móvel sem fio. No entanto, a segurança do usuário ainda é uma questão em aberto na comunicação D2D. Vulnerabilidades de segurança ainda são possíveis devido às interações diretas, espontâneas e fáceis entre usuários não confiáveis e diferentes graus de mobilidade. Esta dissertação abrange o design de um framework multicamada que combina diversas tecnologias inspiradas na blockchain para criar um framework de cache D2D multidomínio seguro. No que diz respeito ao aspecto intradomínio, estabelecemos o framework de cache D2D seguro inspirado em gerenciamento de confiança e blockchain (SeCDUB) para melhorar a segurança da comunicação D2D no cache de vídeo, por meio da combinação de observações diretas e indiretas. Além disso, os conceitos de blockchain foram adaptados ao cenário dinâmico e restrito das redes D2D para impedir a interceptação e alteração de dados de observações indiretas. Essa adaptação considerou o desenvolvimento de uma Abordagem de Clusterização (CA) que permite um blockchain escalável e leve para redes D2D. Foram usados dois modelos matemáticos de incerteza diferentes para inferir valores de confiança direta e indireta: inferência bayesiana e a Teoria de Dempster Shafer (TDS), respectivamente. No que diz respeito à abordagem interdomínio, desenvolvemos o framework Trust in Multiple Domains (TrustMD). Essa abordagem combina o armazenamento de confiança de borda com a blockchain para o gerenciamento de armazenamento distribuído em uma arquitetura de várias camadas, projetada para armazenar eficientemente dados de controle de confiança na borda em diferentes domínios. Quanto aos resultados coletados, realizamos simulações para testar a abordagem intradomínio do SecDUB. A abordagem de clusterização proposta desempenha um papel fundamental na mitigação do overhead do SecDuB, bem como no tempo de consenso. Os resultados do TrustMD demonstraram um aumento significativono goodput, atingindo 95% do throughput total da rede quando comparado com a abordagem que emprega apenas o SecDUB. Mesmo que tenha havido um aumento de 7% no overhead D2D, o TrustMD controla efetivamente os níveis de latência, resultando em uma ligeira diminuição de 1, 3 segundos.Portanto, os resultados alcançados indicam que o TrustMD gerencia a segurança de forma eficiente sem comprometer o desempenho da rede, reduzindo a taxa de falsos negativos em até 31% no melhor cenário. Na verdade, a combinação do SecDUB e do TrustMD oferece uma solução de segurança escalável e eficaz que impulsiona o desempenho da rede e garante proteção robusta.
dc.identifier.citationROCHA, A. S. Secure D2D caching framework based on trust management and blockchain for mobile edge caching - a multi domain approach. 2023. 105 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Instituto de Informática, Universidade Federal de Goiás, 2023.
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/13092
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Goiás
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.departmentInstituto de Informática - INF (RMG)
dc.publisher.initialsUFG
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Ciência da Computação (INF)
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectD2D cachingpor
dc.subjectGestão de confiançapor
dc.subjectBlockchainpor
dc.subjectSegurançapor
dc.subjectRedes 5Gpor
dc.subjectComputação de borda móvelpor
dc.subjectMulti-domíniopor
dc.subjectTrust managementeng
dc.subjectSecurityeng
dc.subject5G networkseng
dc.subjectMobile edge computingeng
dc.subjectMulti-domaineng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.titleSecure D2Dcaching framework based on trust management and blockchain for mobile edge caching - a multi domain approach
dc.title.alternativeEstrutura de cache D2D segura baseada em gerenciamento de confiança e blockchain para cache de borda móvel - uma abordagem multi domíniopor
dc.typeDissertação

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