Proposta de arquitetura de conexão físico-digital com validação em blockchain

Abstract

Este trabalho propõe uma arquitetura de conexão físico-digital com validação em block chain que apresenta uma mudança de paradigma na autenticação, em que, ao invés de manter uma conta distinta para cada aplicação, o usuário possui uma conta única que centraliza os acessos a diferentes sistemas por meio de itens que representam cada acesso individual. O problema central abordado é a complexidade e o excesso de processos de autenticação em sistemas tradicionais, resultando em baixa eficiência e dificuldades de integração entre plataformas. A solução proposta se destaca por integrar a tecnologia blockchain de forma segura, escalável e descentralizada, aplicando-a para a verificação e validação de informações de autenticação de usuários em dispositivos IoT. A arquitetura desenvolvida utiliza sistemas embarcados, como o Raspberry Pi, para realizar a comu nicação eficiente com a blockchain e garantir a atuação no meio físico, assegurando a autenticação em tempo real e a integridade dos dados de forma descentralizada. A autenti cação é realizada por meio de tokens digitais baseados no padrão ERC-721, permitindo que apenas usuários que possuam o token possam acessar os ativos a partir dos dispositivos IoT, garantindo rastreabilidade, transparência e segurança. O uso de contratos inteligentes na blockchain valida, de forma automatizada, a interação entre os dispositivos IoT e a rede, assegurando a integridade das transações e a descentralização do processo de autenticação. Além da definição da arquitetura, foram implementados uma prova de conceito e um MVP, validando a viabilidade da solução e evidenciando seu potencial de escalabilidade futura. A solução também permite a consulta em tempo real de carteiras digitais a partir da blockchain, garantindo um processo de validação rápido e seguro. O trabalho explora possíveis melhorias futuras, incluindo a integração de métodos de autenticação biométrica e a otimização do tempo de resposta nas consultas à blockchain, além de uma possível expansão para sistemas IoT mais complexos e redes de maior escala, aumentando a es calabilidade e robustez do sistema para atender a necessidades mais exigentes, como em ambientes industriais ou cidades inteligentes, utilizando MQTT.

This work proposes a physical-digital connection architecture with blockchain validation that introduces a paradigm shift in authentication. Instead of maintaining a separate account for each application, the user has a single account that centralizes access to different systems through items that represent each individual access. The central problem addressed is the complexity and excessive number of authentication processes in traditional systems, resulting in low efficiency and difficulties in platform integration. The proposed solution stands out by securely, scalably, and decentrally integrating blockchain technology, applying it to the verification and validation of user authentication information in IoT devices. The developed architecture uses embedded systems, such as the Raspberry Pi, to efficiently communicate with the blockchain and ensure interaction with the physical environment, enabling real-time authentication and decentralized data integrity. Authentication is performed through digital tokens based on the ERC-721 standard, allowing only users who possess the token to access assets via IoT devices, ensuring traceability, transparency, and security. The use of smart contracts on the blockchain automatically validates the interaction between IoT devices and the network, ensuring the integrity of transactions and the decentralization of the authentication process. In addition to defining the architecture, a proof of concept and an MVP (Minimum Viable Product) were implemented, validating the feasibility of the solution and demonstrating its potential for future scalability. The solution also enables real-time querying of digital wallets via the blockchain, ensuring a fast and secure validation process. The work explores possible future improvements, including the integration of biometric authentication methods and the optimization of response times in blockchain queries, as well as a potential expansion to more complex IoT systems and larger-scale networks, increasing the system’s scalability and robustness to meet more demanding needs, such as in industrial environments or smart cities, using MQTT.