BEvote: Bitcoin-Enabled E-Voting Scheme with Anonymity and Robustness

When building the large-scale distributed decision control system based on mobile terminal devices (MTDs), electronic voting (E-voting) is a necessary technique to settle the dispute among parties. Due to the inherent insecurity of Internet, it is difficult for E-voting to attain complete fairness and robustness. In this study, we argue that Bitcoin blockchain offers better options for a more practical E-voting. We first present a coin mixing-based E-voting system model, which can cut off the relationship between the voter’s real identity and its Bitcoin address to achieve strong anonymity. Moreover, we devise a secret sharing-based E-voting protocol, which can prevent voting number from being leaked ahead and further realize strong robustness. We establish the probable security theory to prove its security. In addition, we use the experimental evaluation to demonstrate its efficiency.

Synchronization of Local Plans for Cooperative Distributed Decision-Making

In cooperative decision-making, agents locally plan for a subset of all agents. Due to only local system knowledge of the agents, these local plans may be inconsistent to local plans of other agents. This inconsistency leads to infeasibility of the plans. This article introduces an algorithm for synchronizing local plans for cooperative distributed decision-making of multi-agent systems. The algorithm consists of two iterative steps: planning and synchronization. In the local planning step, the agents compute local decisions, referred to as plans. Subsequently, consistency of the local plans across agents is achieved using synchronization. The synchronized plans act as reference decisions to the local planning step in the next iteration. In each iteration, the local planning guarantees locally feasible plans, while the synchronization guarantees globally consistent plans in that iteration. The algorithm converges to globally feasible decisions if the coupling topology is feasible. We introduce requirements for the coupling topology to achieve convergence to globally feasible decisions and present the algorithm using a model predictive control example. Our evaluations with car-like robots show that feasible decisions are achieved.

Synchronization of Local Plans for Cooperative Distributed Decision-Making

In cooperative decision-making, agents locally plan for a subset of all agents. Due to only local system knowledge of the agents, these local plans may be inconsistent to local plans of other agents. This inconsistency leads to infeasibility of the plans. This article introduces an algorithm for synchronizing local plans for cooperative distributed decision-making of multi-agent systems. The algorithm consists of two iterative steps: planning and synchronization. In the local planning step, the agents compute local decisions, referred to as plans. Subsequently, consistency of the local plans across agents is achieved using synchronization. The synchronized plans act as reference decisions to the local planning step in the next iteration. In each iteration, the local planning guarantees locally feasible plans, while the synchronization guarantees globally consistent plans in that iteration. The algorithm converges to globally feasible decisions if the coupling topology is feasible. We introduce requirements for the coupling topology to achieve convergence to globally feasible decisions and present the algorithm using a model predictive control example. Our evaluations with car-like robots show that feasible decisions are achieved.

Introduction to local certification

A distributed graph algorithm is basically an algorithm where every node of a graph can look at its neighborhood at some distance in the graph and chose its output. As distributed environment are subject to faults, an important issue is to be able to check that the output is correct, or in general that the network is in proper configuration with respect to some predicate. One would like this checking to be very local, to avoid using too much resources. Unfortunately most predicates cannot be checked this way, and that is where certification comes into play. Local certification (also known as proof-labeling schemes, locally checkable proofs or distributed verification) consists in assigning labels to the nodes, that certify that the configuration is correct. There are several point of view on this topic: it can be seen as a part of self-stabilizing algorithms, as labeling problem, or as a non-deterministic distributed decision. This paper is an introduction to the domain of local certification, giving an overview of the history, the techniques and the current research directions.

Distributed decision making frameworks for resource allocation in cyber-physical systems

Στην προσπάθεια υλοποίησης της πέμπτης γενιάς (5G) ασυρμάτων δικτύων, του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things) και του Απτού Διαδικτύου (Tactile Internet), η ανάπτυξη έξυπνων μεθόδων επικοινωνίας και υπολογισμού είναι κομβικής σημασίας. Η επόμενη γενιά ασύρματων δικτύων θα χαρακτηρίζεται από περιορισμένη διαθεσιμότητα πόρων, και έτσι στην παρούσα διατριβή προσπαθούμε να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα της αποτελεσματικής διάθεσης αυτών των υπολογιστικών και επικοινωνιακών πόρων, επιτυγχάνοντας παράλληλα υψηλή ποιότητα υπηρεσιών και εμπειρίας για τις συσκευές και τους χρήστες. Λαμβάνοντας υπόψιν την αλληλεξάρτηση των συσκευών, καθώς έχουν πρόσβαση και μοιράζονται κοινούς πόρους, αλλά και λόγω της αυξανόμενης νοημοσύνης που διαθέτουν, η οποία τους επιτρέπει να κάνουν οι ίδιες επιλογές με στόχο το προσωπικό τους όφελος, φαίνεται φυσική η υιοθέτηση μιας πιο ατομοκεντρικής προσέγγισης, η οποία οδηγεί σε πιο αποκεντρωμένες λύσεις. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάσαμε τη δημιουργία πλαισίων λήψης αποφάσεων, όπου οι συσκευές εκμεταλλεύονται τις δυνατότητες του δικτύου προκειμένου να μειώσουν την κατανάλωση πόρων τους και να εκτελέσουν αποτελεσματικότερα τις εργασίες τους. Αρχικά, εξετάσαμε την επέκταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας κινητών συσκευών σε περιβάλλοντα επικοινωνίας μηχανή με μηχανή, προκειμένου να διασφαλιστεί η λειτουργία του συστήματος Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, λαμβάνοντας υπόψη τη διαχείριση πληροφοριών παρόμοιου περιεχομένου και εστιάζοντας στη χρήση κοινωνικών ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών των συσκευών. Για το λόγο αυτό, προτείναμε έναν μηχανισμό συσταδοποίησης που λαμβάνει υπόψη τόσο την φυσική απόσταση και την ενεργειακή διαθεσιμότητα, όσο και το περιεχόμενο των δεδομένων που διαθέτουν, έτσι ώστε να πετύχουμε αποδοτική ομαδοποίηση των συσκευών, καθώς και να ορίσουμε έναν υψηλής ενεργειακής διαθεσιμότητας εκπρόσωπο για κάθε ομάδα. Ο εκπρόσωπος αυτός είναι υπεύθυνος για να παρέχει στις υπόλοιπες συσκευές αρκετή ισχύ για την αποστολή των δεδομένων τους μέσω ασύρματης μεταφοράς ενέργειας (Wireless Energy Transfer), τη συλλογή όλων των πληροφοριών από τις συσκευές της ομάδας του και την προώθησή τους στον σταθμό βάσης για περαιτέρω επεξεργασία. Στη συνέχεια επικυρωθήκαμε στα περιβάλλοντα Υπολογισμού στα Άκρα Πολλαπλής Πρόσβασης (Multi-access Edge Computing), όπου οι διακομιστές προσφέρουν υπολογιστικούς πόρους στους τελικούς κινητούς χρήστες. Μελετήθηκε ένα σενάριο πολλαπλών χρηστών και πολλαπλών διακομιστών στο οποίο οι χρήστες επιθυμούν να αποφορτίσουν μέρος των υπολογιστικών τους εργασιών και οι διακομιστές ορίζουν μια τιμή για την παροχή της υπηρεσίας τους. Ο χρήστης είναι σε θέση να επιλέξει τον διακομιστή στον οποίο θα στείλει τα δεδομένα του, καθώς και τον όγκο των δεδομένων που θα στείλει, ενώ ο διακομιστής θα επιλέξει την τιμή που θα χρεώσει για κάθε εργασία. Για να πετύχουμε την βέλτιστη επιλογή διακομιστή, υιοθετούμε ένα πλαίσιο ενισχυτικής μάθησης βασισμένο στα στοχαστικά αυτόματα, ενώ ο όγκος των δεδομένων καθορίζεται μέσω ενός μη-συνεργατικού παιγνίου μεταξύ των χρηστών, και η βέλτιστη τιμολόγηση καθορίζεται μέσω ενός προβλήματος βελτιστοποίησης. Η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ χρηστών και διακομιστών διευκολύνεται από έναν ελεγκτή Δικτύωσης Καθορισμένης από Λογισμικό (Software Defined Networking). Στην υπόλοιπη διατριβή, εισάγαμε την έννοια των συμπεριφορικών χαρακτηριστικών των χρηστών, προκειμένου να αποτυπώσουμε το γεγονός ότι οι χρήστες δε λειτουργούν ως ουδέτεροι μεγιστοποιητές, αλλά αντίθετα επιδεικνύουν πιο περίπλοκη συμπεριφορά σε συνθήκες αβεβαιότητας. Μελετάμε ένα περιβάλλον Υπολογισμού στα Άκρα Πολλαπλής Πρόσβασης με πολλούς χρήστες και έναν διακομιστή, ο οποίος θεωρείται ως εύθραυστη πηγή κοινόχρηστων πόρων, και έτσι με βάση τη χρήση του ορίζεται και η πιθανότητα αποτυχίας εκτέλεσης των εργασιών που έχει αναλάβει, με αντίστοιχες απώλειες για τους χρήστες. Το πρόβλημα διαμορφώνεται ως ένα μη-συνεργατικό παίγνιο μεταξύ των χρηστών, με το οποίο οι χρήστες επιλέγουν τον όγκο δεδομένων που θα αποφορτώσουν στον διακομιστή. Προκειμένου να μοντελοποιηθούν αυτά τα συμπεριφορικά χαρακτηριστικά, υιοθετήσαμε τις αρχές της Θεωρίας Προοπτικής και επιλέχθηκε μια πολιτική τιμολόγησης που βασίζεται στη χρήση του διακομιστή από τους χρήστες, με σκοπό να αποτρέπεται η αλόγιστη χρήση του και να μειωθεί η πιθανότητα αποτυχίας του. Τέλος επεκτείναμε την παραπάνω ιδέα σε ένα περιβάλλον πολλαπλών χρηστών και πολλαπλών διακομιστών, όπου εμφανίζονται δυο επιπλέον προβλήματα, το πρόβλημα της επιλογής διακομιστή από τους χρήστες και την επιλογή τιμών από τους διακομιστές. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί πιο ολιστικά το πρόβλημα, ορίσαμε την επιλογή διακομιστή και την επιλογή όγκου εκφόρτωσης ως ένα κοινό πρόβλημα βελτιστοποίησης, επιτρέποντας στους χρήστες να επιλέξουν τον συνδυασμό που μεγιστοποιεί την αντιλαμβανόμενη ωφελιμότητά τους. Για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της επιλογής τιμολόγησης των υπηρεσιών, προτείναμε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις, μια βασισμένη στη Θεωρία Παιγνίων, και μια στην ενισχυτική μάθηση, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα πληροφορίας στο σύστημα. Το συνολικό πρόβλημα διαμορφώθηκε ως ένα παίγνιο Stackelberg όπου οι διακομιστές έχουν τον ρόλο του ηγέτη, παίρνοντας αποφάσεις για την τιμολόγηση, και οι χρήστες θεωρούνται ως ακόλουθοι, λαμβάνοντας τις αποφάσεις εκφόρτωσης των δεδομένων τους με βάση τη Θεωρία Προοπτικής.

Trusted computing in power distribution IoT: A fuzzy set theory based analysis

As emerging technologies in information security protection, trusted computing and blockchain can guarantee a safe and reliable operating environment and management mechanism in the Power Distribution IoT. Relying on the comprehensive evaluation algorithm of fuzzy mathematics set theory in this paper, a blockchain-based distributed decision-making and collaborative autonomy model for the power distribution IoT is built, and the “manageable and controllable, precise protection, visible and credible, and smart defense” security protection model is established to carry out trusted computing and privacy protection of computer blockchain IoT nodes, and the information security defense level of the distribution network is improved comprehensively.