АРХІТЕКТУРНА МОДЕЛЬ ВІДМОВОСТІЙКОЇ ІНТЕГРАЦІЇ ПЕРИФЕРІЙНИХ IOT-МЕРЕЖ ІЗ БЛОКЧЕЙН-РЕЄСТРАМИ НА БАЗІ ПОРОГОВОЇ КРИПТОГРАФІЇ

Анотація

У статті розроблено та математично обґрунтовано новітню архітектурну модель інтеграції децентралізованих периферійних мереж Інтернету речей (Edge IoT) із розподіленими блокчейн-реєстрами. Актуальність дослідження зумовлена тим, що глобальна цифровізація критичної інфраструктури та екологічного моніторингу вимагає надійної безперебійної взаємодії IoT та блокчейну. Проте класичні парадигми прямої взаємодії генерують критичні системні проблеми: незворотну фіксацію скомпрометованих даних, відому як «Garbage In, Garbage Out» (GIGO), неможливість горизонтального масштабування через жорсткі ліміти смарт-контрактів, а також абсолютну вразливість системи до масованих візантійських маніпуляцій та прихованих градієнтних атак. Метою дослідження є створення комплексної моделі, здатної автономно фільтрувати аномалії на периферії та гарантувати безпечний запис достовірного консенсусу. Для подолання виявлених обмежень запропоновано трирівневу архітектуру, ядром якої є синергія криптографічного протоколу порогового підпису (Threshold Signature Scheme, TSS) та робастного алгоритму агрегації TWTMOM. Запропонована модель повністю відмовляється від централізованих вразливих шлюзів і використовує Off-chain агрегацію на основі поліноміального розподілу секрету Шаміра та довідної схеми Фельдмана (Verifiable Secret Sharing) над еліптичною кривою secp256k1. Первинна апаратна фільтрація шумів здійснюється за допомогою квадратичної форми відстані Махаланобіса. Для підтвердження ефективності математичної моделі проведено масштабне емпіричне моделювання методом Монте-Карло у симульованому висококонкурентному середовищі на 1000 вузлів. Результати експерименту беззаперечно довели, що делегування перевірки агрегованого порогового підпису стандартному прекомпілятору ecrecover у віртуальній машині EVM дозволяє повністю відмовитися від ресурсомістких циклічних структур On-chain, алгоритмічно стискаючи тисячі розрізнених транзакцій в одну з константною обчислювальною вартістю O(1). Отримані графіки щільності розподілу помилок підтверджують, що завдяки застосуванню методів просторового групування (Median-of-Means) та марковського довірчого зважування, система успішно утримує асимптотичне плато стійкості та зберігає мінімальну дисперсію помилки консенсусу навіть за умови одночасної жорсткої візантійської компрометації до 49% датчиків у мережі. Крім того, математично та практично доведено здатність розробленої моделі до імунного самоочищення під час довготривалих прихованих градієнтних атак (Stealth Attacks) завдяки інтеграції механізму експоненційного згасання репутації зловмисних вузлів. Підсумовуючи, розроблена архітектура формує стійкий і фінансово доцільний науково-технологічний фундамент для безпечного впровадження Web3-технологій у високонавантажені децентралізовані системи критичної інфраструктури, де пріоритетом є безкомпромісна цілісність даних.

Ключові слова: Інтернет речей, блокчейн, смарт-контракти, порогова криптографія, TSS, візантійська відмовостійкість, Edge-обчислення, TWTMOM, ECDSA.