Smart contracts for a decentralized IoT data marketplace

Abstract

In recent years, the IoT and blockchain technology have become increasingly popular. Blockchain technology offers the possibility to store transactions in an append-only and tamper-evident log, which is managed by a peer-to-peer network. Second-generation blockchains also offer the execution of smart contracts, which are pieces of code that can be stored on the blockchain and executed by every participant of the network. The IoT is formed by interconnected objects, whereby an object can be any computational device that is uniquely addressable and is able to communicate over standardized protocols. The IoT is growing steadily and so is the number of data that is generated and exchanged over the network. As the number of data generated by the IoT continues to increase, finding data sources without a data marketplace becomes very difficult. For this purpose, data marketplaces provide the platform to enable different parties to trade their data. The combination of blockchain technology with the IoT offers promising use cases, which include decentralized data marketplaces. Research has already brought up several concepts and solutions related to data trading and data marketplaces, i.e., both traditional approaches and approaches that already utilize blockchain technology. However, many of these works do not cover all the essential functionalities of data marketplaces. In the course of this work, we design and implement a framework for a decentralized IoT data marketplace. The design of the framework is based on a three-tier architecture,whereby smart contracts are used to implement various functionalities and enforce the rules of the data marketplace. For this purpose, among other things, several smart contract platforms were compared with each other in order to determine their differences and which one is best suited for this application. Furthermore, the framework includes Graphical User Interfaces (GUIs), a proxy which enables providers and consumers to integrate IoT devices and a broker which facilitates the data trading process and takes over resource intensive tasks. Finally, we evaluate the costs that arise from the use of smart contracts and discuss problems that occurred during the implementation.

In den letzten Jahren sind das Internet of Things (IoT) und Blockchain-Technologien immer beliebter geworden. Blockchain-Technologien bieten die Möglichkeit, Transaktionen in einem Logbuch zu speichern, in welchem Daten nur angehängt werden können und das nur schwer manipuliert werden kann. Dieses Logbuch wird von einem Peer-to-Peer-Netzwerk verwaltet. Blockchains der zweiten Generation bieten darüber hinaus die Ausführung von Smart Contracts an. Hierbei handelt es sich um Codeteile, die in der Blockchain gespeichert und von jedem Teilnehmer des Netzwerks ausgeführt werden können. Das IoT wird durch miteinander verbundene Objekte gebildet, wobei ein Objekt jedes Rechengerät sein kann, welches eindeutig adressierbar ist und über standardisierte Protokolle kommunizieren kann. Das IoT wächst stetig, ebenso wie die Menge an Daten, die über das Netzwerk generiert und ausgetauscht werden. Da die Anzahl der vom IoT generierten Daten weiter zunimmt, gestaltet sich das Auffinden von Datenquellen ohne Datenmarktplatz als sehr schwierig. Zu diesem Zweck bieten Datenmarktplätze eine Plattform auf der verschiedene Parteien ihre Daten anbieten können. Die Kombination von Blockchain-Technologien mit dem IoT bietet vielversprechende Anwendungsfälle, einschließlich dezentraler Datenmarktplätze. Die Forschung hat bereits verschiedene Konzepte und Lösungen im Zusammenhang mit Datenhandel und Datenmarktplätzen hervorgebracht, das heißt sowohl traditionelle Ansätze als auch Ansätze, die bereits Blockchain-Technologien verwenden. Viele dieser Arbeiten decken jedoch nicht alle wesentlichen Funktionen von Datenmarktplätzen ab. Im Rahmen dieser Arbeit entwerfen und implementieren wir ein Framework für einen dezentralen IoT-Datenmarktplatz. Das Design des Frameworks basiert auf einer Drei-Schichten-Architektur, bei der Smart Contracts verwendet werden, um verschiedene Funktionen zu implementieren und die Regeln des Datenmarktplatzes durchzusetzen. Zu diesem Zweck wurden unter anderem mehrere Smart Contract-Plattformen miteinander verglichen, um festzustellen, welche Unterschiede bestehen und welche für diese Anwendung am besten geeignet ist. Darüber hinaus enthält das Framework grafische Benutzeroberflächen, einen Proxy, der es Anbietern und Verbrauchern ermöglicht, IoT-Geräte zu integrieren und einen Broker, der den Datenhandelsprozess erleichtert und ressourcenintensive Aufgaben übernimmt. Abschließend evaluieren wir die Kosten, die durch die Verwendung von Smart Contracts entstehen und diskutieren Probleme, die während der Implementierung aufgetreten sind.