Μηχανική συστημάτων γεωπληροφορικής με χρήση αρχιτεκτονικών blockchain για εφαρμογές κρίσιμης αποστολής

Abstract

Blockchain's innovative properties make it suitable not only for use in cryptocurrency development and financial applications, but also for general purpose applications such as supply chains or services. Observing these properties, one can claim that Blockchain systems that are closed and permissioned (private, permissioned) can meet the integrity and privacy requirements of various mission-critical applications, in addition to business applications. Such are those related to crisis management, which is a broader application area that requires the coordination of different agencies with heterogeneous and binding closed systems, as well as the exchange of large volumes of data such as spatially referenced data (high spatial resolution maps , weather forecasts, etc.)However, Blockchain also has inherent weaknesses such as managing the storage of large amounts of data, performing demanding calculations, and interacting with closed external systems that are not amenable to change in the way that, e.g., business applications can change. These weaknesses define an important field of research questions regarding its use in critical mission applications. In this thematic field, at the level of system architecture and Software Technology, a significant obstacle to the adoption of Blockchain-based solutions is the need to maintain and operate the existing (legacy) systems, as well as their autonomy, the requirement of which may be non-negotiable .A particular case, which was the motivation for this research, is the applications used in critical missions, in which integrity, timing and security, central features of Blockchain, are a condition for communication and cooperation, with in any way, heterogeneous information systems. Such are those related to crisis management with the cooperation of strategic security and defense organizations. It is noted that, not by chance, these organizations from the beginning gave a very important boost to the development of Software Technology itself and its related standards.The main objective of the research is to investigate the research questions mentioned, with the aim of creating a decentralized system of access control and coordination of heterogeneous and potentially competing organizations, which allows these organizations to share digital resources and implement defined access privileges and functions, beyond across organizational boundaries and without the need for a central certification authority to exchange critical business data.

Οι καινοτόμες ιδιότητες του Blockchain το καθιστούν κατάλληλο όχι μόνο για χρήση στην ανάπτυξη κρυπτονομισμάτων και οικονομικές εφαρμογές, αλλά και για εφαρμογές γενικού σκοπού, όπως αλυσίδες εφοδιασμού ή υπηρεσίες. Παρατηρώντας τις ιδιότητες αυτές, μπορεί κανείς να ισχυριστεί ότι συστήματα Blockchain που είναι κλειστά και αδειοδοτούμενα (private, permissioned) μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις ακεραιότητας και απορρήτου διαφόρων εφαρμογών κρίσιμης αποστολής, πέραν των επιχειρηματικών εφαρμογών. Τέτοιες είναι όσες σχετίζονται με τη διαχείριση κρίσεων, η οποία είναι μια ευρύτερη περιοχή εφαρμογών που απαιτεί το συντονισμό διαφορετικών φορέων με ετερογενή και με δεσμευτικό τρόπο κλειστά συστήματα, καθώς και την ανταλλαγή δεδομένων μεγάλου όγκου όπως είναι τα δεδομένα με χωρική αναφορά (χάρτες υψηλής χωρικής ανάλυσης, προγνώσεις καιρού, κ.ά.)Ωστόσο, το Blockchain έχει και εγγενείς αδυναμίες όπως το να διαχειριστεί την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων, την εκτέλεση απαιτητικών υπολογισμών και την αλληλεπίδραση με κλειστά εξωτερικά συστήματα που δεν επιδέχονται μεταβολές με τον τρόπο που, λ.χ., επιχειρηματικές εφαρμογές μπορούν να αλλάξουν. Οι αδυναμίες αυτές ορίζουν ένα σημαντικό πεδίο ερευνητικών ερωτημάτων σχετικά με τη χρήση του σε εφαρμογές κρίσιμης αποστολής (critical mission). Στο θεματικό πεδίο αυτό, σε επίπεδο αρχιτεκτονικής συστημάτων και Τεχνολογίας Λογισμικού, ένα σημαντικό εμπόδιο στην υιοθέτηση λύσεων που βασίζονται σε Blockchain είναι η ανάγκη διατήρησης και λειτουργίας των υπαρχόντων (legacy) συστημάτων, καθώς και της αυτονομίας τους, η απαίτηση της οποίας ενδέχεται να είναι αδιαπραγμάτευτη.Μια ιδιαίτερη περίπτωση, η οποία αποτέλεσε το κίνητρο για τη διατριβή αυτή είναι οι εφαρμογές που χρησιμοποιούνται σε ευαίσθητες καταστάσεις, στις οποίες η ακεραιότητα, ο χρονισμός και η ασφάλεια, κεντρικά επί της αρχής χαρακτηριστικά του Blockchain, είναι όρος για την επικοινωνία και συνεργασία, με οποιονδήποτε τρόπο, ετερογενών πληροφοριακών συστημάτων. Τέτοια είναι αυτά που σχετίζονται με τη διαχείριση κρίσεων με τη συνεργασία στρατηγικών οργανισμών ασφάλειας και άμυνας. Σημειώνεται πως, όχι τυχαία, οι οργανισμοί αυτοί έδωσαν από την αρχή μια πολύ σημαντική ώθηση στην ανάπτυξη της ίδιας της Τεχνολογίας Λογισμικού και των σχετικών με αυτή προτύπων.Ο κύριος στόχος της διατριβής είναι η διερεύνηση των ερευνητικών ερωτημάτων που αναφέρθηκαν, με στόχο τη δημιουργία ενός αποκεντρωμένου συστήματος ελέγχου πρόσβασης και συντονισμού ετερογενών και δυνητικά ανταγωνιστικών οργανισμών, που επιτρέπει στους οργανισμούς αυτούς να μοιράζονται ψηφιακούς πόρους και να εφαρμόζουν καθορισμένα προνόμια πρόσβασης και λειτουργίες, πέρα από τα οργανωτικά σύνορα καθενός και χωρίς την ανάγκη μιας κεντρικής αρχής πιστοποίησης για ανταλλαγή κρίσιμων επιχειρησιακών δεδομένων.