Детальная информация

Тема выпускной квалификационной работы: «Обеспечение целостности группы дронов и валидация передачи данных на основе смарт-контрактов». Работа посвящена разработке и экспериментальной проверке такой системы на платформе Ethereum для группы беспилотных летательных аппаратов (далее дроны). Задачи: (1) анализ современных подходов и систематизация рисков по модели STRIDE; (2) обоснование выбора Ethereum, формализация механизмов консенсуса и валидации; (3) разработка модели смарт-контракта DroneRegistry (регистрация участников, валидация телеметрии, сортируемая очередь заявок, публичный аудит попыток); (4) формула приоритетной оценки на основе энергетического и логистического рисков с доказательством корректности; (5) реализация прототипа (смарт-контракт на Solidity, симулятор 10 дронов на Python, веб-интерфейс) в локальной сети Hardhat 2.28; (6) пять обязательных сценарных тестов безопасности; (7) получение количественных зависимостей характеристик от числа дронов при N=5…50 с трёхкратным повторением. Время подтверждения не превышает 0,55 с до N=30, при N=50 скачок до 1,5 с (выход за лимит блока). Расход газа на заявку растёт от 153 до 251 тыс. ед. Все пять сценарных тестов пройдены, события безопасности публично зафиксированы. Значимость работы в том, что одним механизмом (единыс смарт-контрактом) решаются сразу две задачи группового взаймодействия: безопасности группы и консенсуса по приоритету.

Topic of final qualifying work: «Ensuring the integrity of a UAV swarm and validating data transmission based on smart contracts». The work develops and experimentally verifies such a system on the Ethereum platform. Tasks: (1) analysis of modern approaches and systematization of risks by the STRIDE model; (2) justification of Ethereum and formalization of consensus and validation mechanisms; (3) development of the DroneRegistry smart contract (member registration, telemetry validation, priority-sorted queue, public audit of attempts); (4) a priority-score formula combining energy and logistics risks, with a correctness proof; (5) prototype implementation (a Solidity smart contract, a 10-drone Python simulator, and a web server with 3D visualisation and a test panel) on a local Hardhat 2.28 network; (6) five mandatory security scenario tests; (7) measurement of confirmation-time and overhead dependencies on the number of drones at N=5…50 with three repetitions per setting. Confirmation time stays under 0,55 s up to N=30, jumps to 1,5 s at N=50 (gas exceeds block limit). Gas per claim grows from 153k to 251k units. All five tests passed; security events publicly recorded. The significance is combining priority consensus and outsider rejection in a single compact contract with quantitative dependencies on group size.

• РЕФЕРАТ
• ABSTRACT
• СОДЕРЖАНИЕ
• ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
  • 1.1 Группы дронов как объект исследования
  • 1.2 Задачи координации и взаимодействия в роях дронов
  • 1.3 Риски целостности группы и валидации данных
  • 1.4 Существующие подходы к решению
    • 1.4.1 Централизованная диспетчеризация
    • 1.4.2 Сети FANET и mesh-маршрутизация
    • 1.4.3 PKI-инфраструктура
    • 1.4.4 Блокчейн и смарт-контракты
  • 1.5 Сравнительная характеристика существующих подходов
  • 1.6 Анализ выявленных недостатков и постановка задач
  • Выводы по главе 1
• ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
  • 2.1 Концепция распределённого реестра и смарт-контракта
  • 2.2 Сравнение платформ распределённого реестра
  • 2.3 Обоснование выбора Ethereum
  • 2.4 Архитектура Ethereum
  • 2.5 Алгоритмы консенсуса
  • 2.6 Криптографические основы безопасности
  • 2.7 Принципы валидации в смарт-контракте
  • Выводы по главе 2
• ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГРУППЫ ДРОНОВ НА ОСНОВЕ СМАРТ-КОНТРАКТОВ
  • 3.1 Постановка задачи и допущения
  • 3.2 Архитектура системы
  • 3.3 Структура смарт-контракта DroneRegistry
    • 3.3.1 Состояние
    • 3.3.2 Внешние функции
    • 3.3.3 События
  • 3.4 Алгоритм консенсуса по приоритету ресурса
  • 3.5 Формула приоритетной оценки
  • 3.6 Механизм отклонения посторонних участников
  • 3.7 Жизненный цикл дрона
  • 3.8 Программная реализация
  • 3.9 Визуализация работы системы
  • 3.10 Анализ корректности и устойчивости модели
  • Выводы по главе 3
• ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
  • 4.1 Описание экспериментального стенда
  • 4.2 Методика тестирования
  • 4.3 Результаты тестов безопасности
  • 4.4 Покрытие модели рисков сценарными тестами
  • 4.5 Исследование масштабируемости
  • 4.6 Сравнение с альтернативными подходами
    • 4.6.1 Качественное сравнение
    • 4.6.2 Количественное сравнение с известными работами
  • 4.7 Анализ эффективности
  • 4.8 Анализ ограничений
  • Выводы по главе 4
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Структуры данных и переменные состояния контракта DroneRegistry
• ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Ключевые функции контракта (приём телеметрии и подача заявки)
• ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Конфигурация модели (config/config.yaml)
• ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Структура программных модулей симулятора
• ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Журналы прогонов сценарных тестов безопасности