Hình 2.7 minh họa kiến trúc của ý tưởng cho phép chia sẻ phổ tần động và tương tác giữa hạ tầng và lát cắt mạng.
Phổ chia sẻ hoạt động trong một môi trường không tin cậy nơi mà mọi thực thể cạnh tranh để giành được các nguồn lực sẵn có. Đối với điều này, Blockchain cung cấp một vai trò quan trọng trong việc theo dõi sử dụng, sở hữu và quản lý các nguồn lực, các mối quan hệ và các tương tác giữa các thực thể theo cách hoàn toàn phi tập trung. Ứng dụng phi tập trung (Dapp-Decentralized application) được cung cấp trên cùng của mạng Blockchain có thể chứa tất cả các phổ tần có sẵn và các quy tắc liên quan chặt chẽ đến việc sử dụng từng phổ tần. Một nhà mạng có thể yêu cầu sử dụng phổ tần thông qua ứng dụng phi tập trung theo yêu cầu dài hạn hoặc theo yêu cầu. Dapp có thể giải quyết tất cả các khoản thanh toán một cách độc lập giữa chủ sở hữu phổ tần – đó là cơ quan quản lý và các nhà mạng sau khi hợp đồng thông minh
37
kết thúc. Trong khuôn khổ này, một nhà mạng đã thuê một phần của quang phổ cũng có thể cung cấp một lần nữa thông qua Dapp đã được triển khai.
2.4.1.3. Chuyển vùng quốc tế
Chuyển vùng là một trong những thách thức trong lĩnh vực viễn thông vì nó liên quan đến nhà môi giới và bên thứ ba để giải quyết các quy tắc thanh toán và chi phí. Trong 5G nhiều bên sẽ tham gia vào việc sử dụng mạng 5G có thể bao gồm: nhiều nhà mạng, sàn giao dịch trung gian quốc tế và mạng lưới trung gian. Trong mọi trường hợp, các kết nối chuyển vùng được giải quyết trực tiếp hoặc thông qua trung gian. Sàn giao dịch quốc tế có một số nhược điểm như: một điểm duy nhất của thất bại (SPOF) trong cấp độ trung gian, cắt giảm lợi nhuận (profit-cut), các hoạt động gian lận (điều này xảy ra nếu thuê bao chuyển vùng không trao đổi trực tiếp). Hợp đồng thông minh được triển khai để hoàn thành việc thanh toán dựa trên Blockchain và ghi lại những khoản phí và mức tiêu thụ mỗi lần sử dụng dịch vụ. Các khoản thanh toán được tự động phân tán trong hình thức tiền điện tử hoặc mã thông báo giữa các bên tham gia mà không cần sự tham gia của bên thứ ba. Hợp đồng thông minh ghi lại tất cả các điều kiện thỏa thuận và logic từ tất cả các bên, nó xác thực và chi phối tất cả các tương tác để có thể truy vết, theo dõi và kiểm tra bởi tất cả các bên tham gia theo cách tiết kiệm chi phí.
2.4.1.4. Lát cắt mạng
Trong 5G, một lát cắt mạng được định nghĩa như một thực thể hóa của cơ sở hạ tầng vật lý. Lát cắt mạng 5G cho phép nhà mạng phục vụ nhiều người dùng các dịch vụ và ứng dụng trên cùng một cơ sở hạ tầng. Lát cắt mạng 5G cũng tạo điều kiện cho nhà mạng chia sẻ cơ sở hạ tầng và phổ tần.
38
2.4.1.5. Quản lý và xác thực truyền thông máy số lượng lớn (mMTC), truyền thông độ trễ thấp và độ tin cậy cực kỳ cao (uRLLC) thông độ trễ thấp và độ tin cậy cực kỳ cao (uRLLC)
mMTC và uRLLC là hai trụ cột chính của mạng 5G, nơi hàng triệu thiết bị IoT được mong đợi kết nối đến với độ trễ dưới một phần nghìn giây. Việc kết hợp một số lượng lớn thiết bị như vậy sẽ mở ra khả năng cho các mô hình kinh doanh và dịch vụ mới được cung cấp cho khách hàng di động trong tương lai. 5G được dự đoán sẽ quản lý các thiết bị này một cách đáng tin cậy bởi các nhà khai thác tập trung trung gian. Nhà mạng dự kiến sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau: i) quản lý đăng ký, thanh toán và các gói dữ liệu để kích hoạt mMTC và uRLLC, ii) quản lý theo ngành dọc và nhiều doanh nghiệp, iii) quản lý xác thực thiết bị. Các hợp đồng thông minh của Blockchain với tính lưu trữ phi tập trung mạnh mẽ với các chức năng quản lý cũng được thực hiện một cách phi tập trung giúp tăng độ tin cậy, khả năng hiển thị, truy xuất nguồn gốc và thanh toán tự động.
2.4.2. Thách thức
2.4.2.1. Khả năng mở rộng
Mục tiêu độ trễ đầu cuối trong mạng 5G là ít hơn 1mili giây cho gói dữ liệu được truyền đi. Yêu cầu nghiêm ngặt này đòi hỏi cấu hình và thiết lập giao dịch với tỉ lệ thông lượng rất cao. Hiện tại các mạng Blockchain công cộng như Bitcoins và Ethereum có thể xử lý 10-14 giao dịch mỗi giây (TPS - Transactions per Second), trong khi một số triển khai Blockchain riêng tư có thể đạt tới 3000 đến 20000 giao dịch mỗi giây. Do đó, kiến trúc Blockchain, kỹ thuật phân tích dữ liệu, tăng kích thước khối, thuật toán đồng thuận đang được nghiên cứu để tăng thông lượng cho các mạng Blockchain hiện nay [7].
2.4.2.2. Hợp đồng thông minh
Hiện nay có khoảng trên 10 triệu hợp đồng thông minh được triển khai trên Blockchain công cộng Ethereum. Thách thức chính là chuyển đổi số lượng lớn các
39
hợp đồng thành hợp đồng thông minh cho hệ sinh thái 5G. Đặc biệt khi xem xét mức độ tăng cao của các thiết bị IoT sẽ có mặt trong mạng 5G điển hình. Tính hợp pháp của các hợp đồng thông minh là một vấn đề khác. Thông thường, tình trạng pháp lý của các hợp đồng thông minh phụ thuộc vào việc có hợp đồng ràng buộc hay không và quyền tài phán gắn liền với nó. Bảo mật của mã hợp đồng thông minh là một vấn đề quan trọng khác. Mã hợp đồng thông minh cũng có thể chứa lỗi và lỗ hổng bảo mật có thể dẫn đến việc khai thác hợp đồng thông minh của tin tặc. Sự phát triển của mã an toàn và không có lỗ hổng cho các hợp đồng thông minh trở thành một nhiệm vụ quan trọng và các hợp đồng thông minh trong 5G không phải là một ngoại lệ. Hơn nữa, theo thiết kế các hợp đồng thông minh không thể sửa chữa hay nâng cấp được. Sau khi hợp đồng thông minh được tải lên và được sử dụng, nó không thể được cập nhật hoặc vá lỗi nếu một lỗ hổng bảo mật được tin tặc tìm thấy. Do đó, cần phải nghĩ ra các cách mới để nâng cấp các hợp đồng thông minh để khắc phục các sự cố trước đó và cần mô tả lỗi và lỗ hổng bảo mật để ban hành và tiêu chuẩn hóa.
2.4.2.3. Tiêu chuẩn hóa và quy định
Cho đến nay, Blockchain và hợp đồng thông minh chưa được tiêu chuẩn hóa và quy định cao ở cả cấp độ quốc gia và quốc tế. Để áp dụng Blockchain rộng rãi trong 5G và viễn thông công nghiệp ; tiêu chuẩn hóa, quy định và quản trị cục bộ và quốc tế phải được ban hành. Tiêu chuẩn hóa có thể xảy ra trong các nhóm tiêu chuẩn viễn thông để ứng dụng Blockchain cho các dịch vụ viễn thông hoặc có thể được cung cấp hoàn toàn độc lập cho các khía cạnh khác.
2.4.2.4. Chi phí giao dịch và cơ sở hạ tầng đám mây
Xây dựng và duy trì một mạng Blockchain riêng tư hay liên doanh phải tính đến chi phí cơ sở hạ tầng đám mây để lưu trữ các nút Blockchain và điều này có thể tốn kém nếu không được tối ưu hóa. Trong mạng lưới Blockchain công cộng như Ethereum, phí phải được trả bằng đơn vị GAS cho mỗi giao dịch. Một đơn vị GAS đại diện cho việc tính toán và năng lượng tiêu thụ của hợp đồng thông minh khi thực
40
thi bởi các nút khai thác. Phí giao dịch liên quan đến mã chức năng được thực thi bởi hợp đồng thông minh. Nếu các chức năng của hợp đông thông minh và mã tương ứng của chúng yêu cầu nặng tính toán hoặc không được viết một cách hiệu quả, lệ phí lớn có thể được phát sinh.
2.4.2.5. Bảo mật dữ liệu
Quyền riêng tư dữ liệu đã trở thành mối quan tâm chính đối với chính phủ, doanh nghiệp và cá nhân. Nó quan trọng hơn đối với các nhà khai thác 5G nắm giữ các thông tin khách hàng nhạy cảm bao gồm : thông tin cá nhân và chi tiết nhận dạng, thẻ tín dụng, địa chỉ chi tiết, dịch vụ và hồ sơ sử dụng, lịch sử thanh toán. Với sự ra đời của chính sách EU GDPR, các yêu cầu về quyền riêng tư đã trở nên nghiêm ngặt hơn trong hồ sơ bảo vệ và quyền sở hữu dữ liệu đối với người dùng. Theo thiết kế, dữ liệu được lưu trữ hoặc được ghi lại trên một chuỗi khối không thể bị xóa hoặc bị quên, vì dữ liệu Blockchain là bất biến. Mặt khác, khi xem xét thiết kế quyền riêng tư của Blockchain, sẽ không có dữ liệu cá nhân được lưu trữ trong Blockchain mà chỉ có con trỏ của thông tin đó được lưu trữ.
2.4.2.6. Khả năng tương tác
Khả năng tương tác liền mạch giữa các nền tảng Blockchain khác nhau vẫn là một vấn đề đầy thách thức. Có rất nhiều loại nền tảng Blockchain có sẵn hiện nay trong đó các bên liên quan mạng 5G có thể được kết nối. Đây là một thách thức cần được giải quyết và vượt qua bởi các nhà nghiên cứu. Hơn nữa, khả năng tương tác trong các mạng 5G là một thách thức khác. Mạng 5G đi kèm với một loạt các công nghệ như sóng milimet, các cell nhỏ, MIMO cỡ lớn, song công toàn phần, mạng định nghĩa bằng phần mềm – SDN và điều hướng chùm sóng. Mỗi công nghệ này lại hoạt động trong một kiểu khác nhau.
2.4.2.7. Đặt tên, đăng ký và danh tiếng
Để quản lý nhiều thực thể và thành phần tham gia là một phần của Blockchain và hệ sinh thái 5G, một hệ thống đăng ký phi tập trung với độ tin cậy, khả năng mở
41
rộng, hiệu suất và hiệu quả là cần thiết. Một hệ thống như vậy có thể được xây dựng với việc sử dụng hợp đồng thông minh và lưu trữ phi tập trung. Hơn nữa, hệ thống đăng ký danh tính phi tập trung là cần thiết để liên kết các địa chỉ Blockchain, khóa công khai và tài khoản xác thực hợp pháp của các thành phần tham gia trong mạng 5G. Các thành phần tham gia được liên kết với một hệ thống danh tiếp phi tập trung, cái mà có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các hợp đồng thông minh và nó sẽ tích lũy điểm danh tiếng đối với tất cả các thành phần tham gia và uy tín dựa trên lịch sử hành vi và dịch vụ cung cấp. Điểm danh tiếng có thể được báo cáo bởi người sử dụng dịch vụ về một hợp đồng thông minh danh tiếng, từ đó sẽ tính toán điểm tích lũy để kích hoạt, cho phép và xác thực người dùng cuối 5G [7].
2.5. Kết luận chương 2
Nội dung chương 2 trình bày tổng quan các giao thức, cách thức hoạt động, các mô hình tấn công và lỗ hổng về giao thức 5G-AKA. Đặc biệt về ứng dụng công nghệ Blockchain cùng các tính năng chính và các yếu tố hỗ trợ như hợp đồng thông minh, lưu trữ phi tập trung và oracles tin cậy, tất cả đều có thể được tận dụng để hỗ trợ các ứng dụng, dịch vụ và hệ sinh thái 5G phi tập trung. Chương 2 cũng đã chỉ ra các cơ hội và các trường hợp sử dụng khác nhau cho Blockchain trong 5G, đồng thời cũng xác định một số thách thức nghiên cứu mở cần được giải quyết để sử dụng và tích hợp hiệu quả Blockchain trong mạng 5G.
42
CHƯƠNG III: XÁC THỰC VÀ THỎA THUẬN KHÓA CHO 5G DỰA TRÊN BLOCKCHAIN
3.1. Kiến trúc tổng quan của mô hình giao thức AKA dựa trên Blockchain
Blockchain có thể đóng vai trò như một rào cản giữa HN và SN và có thể cung cấp một kênh chung để trao đổi thông điệp. Đây là mô hình phù hợp cho chuyển vùng, nơi mà UE sử dụng một mạng khác với mạng thường trú. Với số lượng khách hàng đáng kể, nhà mạng sẽ mất nhiều khách hàng trong vài năm nếu không hiểu lý do khách hàng bị xáo trộn trong khoảng thời gian đó. Việc chấp nhận thuê bao mới từ các nhà mạng khác cũng sẽ tốn kém cho cả hai bên. Do đó, sẽ tốt hơn cho nhà mạng nếu giữ được khách hàng và đảm nhận dịch vụ chuyển vùng [5].
Ngoài gánh nặng chi phí cho cả hai nhà mạng, sự di trú thuê bao cũng cũng gây ra sự không hài lòng cho khách hàng. Việc cung cấp dịch vụ tới thuê bao theo cách mà các nhà mạng giữ chân khách hàng sẽ đem lại sự hài lòng cho tất cả các bên.
43