Умный дом на Web3 технологиях

Павел Тарасов, инженер из Robonomics, во время Polkadot Weekend в Тбилиси провел лекцию про децентрализованный умный дом с конфиденциальностью данных, IPFS-хранением и локальным сервером. Мы сделали конспект с основными тезисами доклада!

Про проект Robomomics

Мы работаем над различными подходами подключения киберфизических систем и IoT-устройств к web3. Около года назад мы выиграли слот в Kusama, что открыло перед нами широкие возможности.

Что такое IoT (Internet of Things)?

Небольшой исторический экскурс: Советский математик и кибернетик, Виктор Глушков, в 1970х приложил руку к созданию ОГАС — общегражданской автоматизированной системы. Она должна была собирать данные от производителей и целых отраслей и передавать в центр обработки для повышения показателей или для более успешного планирования. Можно подумать об этом в контексте особенностей экономики в то время. Уже тогда люди понимали, что могут использовать данные от заводов и целых отраслей для улучшения производительности. Мы можем назвать ОГАС некоторым прототипом IoT.

Еще один пример из истории: вендинговые машины Coca-Cola были подключены к «прадедушке» Интернета — ARPANET. Они передавали телеметрию и количество оставшихся в аппарате ресурсов (бутылок с газировкой).

Существует огромное количество IoT-устройств и большое количество протоколов для их взаимодействия. Протоколы выбираются, исходя из среды, вариантов использования устройств:

• ZigBee
• Bluetooth
• WiFi
• LoRa
• и т.д.

Про устройство для умного дома

На рынке представлены, в основном, устройства компаний Xiaomi и Aqara. Стандартный тулкит для начала работы: несколько датчиков протечки, температуры, открытия/закрытия, движения и так далее. Плюс IoT-хаб. Сначала подключается хаб, потом сенсоры к нему — вот и готовая инфраструктура умного дома.

Большинство девайсов связывается между собой при помощи энергоэффективных протоколов. IoT-устройства не способны на серьезные вычисления, в основном они работают как сенсоры, которые собирают и передают информацию. Устройства связаны, как правило, в одной сети в рамках квартиры.

Вендоры IoT-устройств и конфиденциальность

Для удаленного управления устройством, нужно, чтобы хаб собрал всю необходимую информацию и отправил на сервер вендора и вы могли получить доступ к вашим устройствам таким образом через Интернет. Поэтому приходится взаимодействовать с облаком вендора и доверять свои данные. И здесь всплывает одна проблема. Ее хорошо иллюстрирует случай с Insteon, которые в один прекрасный день просто перестали работать. Проблема одной точки отказа стоит очень остро. К тому же, мы не знаем точно, как и какими именно данными мы делимся с вендором. Основные клауд-решения: Bosh, Google, Azure, AWS IoT. Но их подход не согласуется с идеей конфиденциальности. Вендоры собирают и анализируют информацию footprint/shadow. Часто данные используются для создания нового продукта или контекстной рекламы.

Децентрализованный умный дом

Но мы можем отказаться от использования облаков и вместо этого сами настроить локальную инфраструктуру дома. Три проекта, о которых я знаю: Majordomo, OpenHAB, Home Assistant. Мы выбрали Home Assistant потому, что это проект с открытым исходным кодом. В нем также легко реализовывать интеграции. Вам по-прежнему нужны датчики и концентратор. Но вместо стороннего облака нужно сделать локальный сервер. С такой системой все данные не покидают пределы дома.

Но как управлять такой системой удаленно? Можно настроить публичный IP-адрес. Но есть путь проще. Нужно приобрести SLS Gteway — он работает через ZigBee со всеми устройствами умного дома и с одноплатником, например, Raspberry Pi. Для глобального децентрализованного доступа можно воспользоваться сетью Robonomics и другими web3-сетями.

Про Web3-сети

Децентрализованные сети решают проблему с единой точкой отказа. Весь контроль над данными в наших руках, никакие корпорации не будут продавать наши данные третьим сторонам. Если какой-то узел отключится, вся сеть продолжит все равно работать. Robonomics последние несколько лет создает инфраструктуру с открытым исходным кодом для подключения IoT-устройств. Благодаря слоту в Kusama, проект стал эффективнее, транзакции дешевые и быстрые. Есть также несколько полезных функций:

• журнал данных / data log / extrinsic, который позволяет записать строчку до 512 символов в блокчейн. Все хранится в IPFS
• еще один extrinsic — команда launch для передачи данных и любой команды, несколько команд в одной;
• digital twin — позволяет записать несколько устройств в одну схему. Можно сохранить структуру всего дома в блокчейне;
• в Robonimics вместо платы за каждую транзакцию — подписка на блокчейн, которая обеспечивается за счет застейканных токенов. Это похоже на работу с облачными сервисами — тоже просто покупается доступ на месяц.

Про умный город с системой IoT

Давайте представим умный коворкинг, в котором есть возможность менеджерить участников: регистрировать, предоставлять или забирать доступ, отслеживать активности. Можно прокачать не только дом, но и офис, коливинг, умный город, в котором дома автоматически погашают свой углекислый след при помощи зеленой сертификации на блокчейне, или отправлять показания в умный ЖКХ.

Почему нужно так беспокоиться из-за конфиденциальности данных?

Но в чем беда, если корпорации узнают, когда мы выключаем свет? Как распространение этих данных навредит нам? Контекстная реклама предлагает нам то, что нужно именно нам — неужели это так плохо?

Ответ на этот вопрос точно знают владельцы iOS — каждое приложение их спрашивает — хотят ли они делиться данными на других сервисах. И если такой вопрос есть — значит есть достаточно большая группа юзеров, которые не хотят делиться своей информацией. К тому же существует проблема одной точки отказа.

Как защищены данные в блокейне Robonomics?

Естественная телеметрия требует обмена большими массивами ионформации, чтобы это было возможно, мы используем IPFS-хэши. Все эти данные зашифрованы при помощи приватного ключа. Расшифровать можно только при помощи сид-фразы. Также есть защита против спама транзакциями.

Есть ограничение — 512 символов — это связано со стоимостью транзакций, IPFS позволяет подключать одновременно до 10К устройств. Решение проблемы избыточности данных — в IPFS незапиненные данные чистятся ка кэш со временем. В самом блокчейне хранятся лишь хэш-файлы, телеметрия хранится в IPFS. Просто использовать IPFS без блокчейна можно, но потом сложно искать записи. Если отключится Интернет — сеть Robonomics не будет публиковать данные в интернет, но останется локальный доступ.