Análisis de consumo energético de redes Blockchain en dispositivos embebidos de bajo consumo

129 Sine gias en la in es igación en STEM ANÁLISIS DE CONSUMO ENERGÉTICO DE REDES BLOCKCHAIN EN DISPOSITIVOS EMBEBIDOS DE BAJO CONSUMO Ja ie An onio Gue a Co onado*, Juan Ignacio Gue e o Alonso, Samuel Domínguez Cid, Daniel Fe nández Valde ama, Diego F ancisco La ios Ma ín y Ca los León de Mo a Depa amen o de Tecnología Elec ónica, Escuela Poli écnica Supe io , Uni e sidad de Se illa, Se illa. E-mail de co espondencia*: jgco [email p o ec ed] RESUMEN Se p esen a un es udio pa a la in eg ación de disposi i os embebidos IoT (In e ne o Things), que son capaces de ges iona la in o mación p o enien e de senso es de o ma e icien e con un mínimo cos e compu acional, con la ecnología Blockchain, que pe mi e ga an iza la e acidad de los da os, gene almen e a cambio de un al o cos e compu acional. Se analiza una ed Blockchain ejecu ada sob e IoT, así como las a iables que de inen la capacidad que iene dicha ed pa a almacena la in o mación, y su consumo ene gé ico. INTRODUCCIÓN La can idad de in o mación que se ob iene hoy día po disposi i os in e conec ados es ealmen e g ande y c ece con inuamen e, has a llega a la es imación de 20 mil millones de disposi i os conec ados pa a 2020 (Ga ne , 2017), aunque es o no ha podido se con as ado, en pa e po la si uación sani a ia mundial. Gene almen e IoT hace e e encia a disposi i os de bajo consumo, p es aciones y especí icos, diseñados pa a comunica se en e ellos y con los usua ios. Así, uno de los e os de la indus ia es á siendo la implan ación de IoT, dando luga a la denominada Indus ia 4.0, con i iendo el é mino IoT en Indus ial IoT o IIoT. Se es ima que IIoT pe mi i á la comunicación en e dis in as máquinas de una indus ia de o ma p ecisa, cons an e y segu a. Pa a ello, IIoT puede apoya se en ecnologías como Blockchain (Sisinni e al., 2018). Es e abajo abo da una compa a i a del consumo ene gé ico y de la elocidad de ejecución de disposi i os IIoT ejecu ando edes Blockchain. BLOCKCHAIN La uncionalidad Blockchain se puede simpli ica como un lib o de con abilidad digi al, donde la in o mación no puede se eliminada o modi icada, usando algo i mos c ip og á icos que pe mi en a los nodos Blockchain gene a un bloque 130 Sine gias en la in es igación en STEM median e unciones de hash, que son complicadas de calcula , pe o sencillas de comp oba (Bella e, Cane i, y K awczyk, 1996). Como los hashes pe mi en man ene la in eg idad de la Blockchain, se á la a iable pa a e alua : cuan o mayo sean los hashes po segundo, más ápidamen e se gene a á un nue o bloque. PROBLEMÁTICA Una ed Blockchain es una ed compleja, que consume muchos ecu sos, exigiendo además cons an e comunicación en e ellos. Po o a pa e, IoT se diseña pa a consumi poca ene gía, se comunican de o ma in e mi en e y ienen p es aciones pequeñas. Po an o, ambas ecnologías pa ecen se incompa ibles. SOLUCIÓN PROPUESTA Ins umen al En es e abajo, se analiza á el consumo ene gé ico de los disposi i os de la Figu a 1 ejecu ando Blockchain: • Raspbe y Pi 4 (RPi): conocida placa de desa ollo mul ip opósi o. Tiene un pico máximo de po encia de 15 W. • N idia Je son TX2 (TX2): placa de desa ollo op imizada pa a ope aciones de ap endizaje au omá ico, con una unidad de p ocesamien o g á ico, con un consumo máximo de 90 W. Figu a 1. Raspbe y Pi 4 y Je son TX2. Se ha u ilizado en ambos disposi i os el p og ama Ge h (E he eum, 2020), un clien e de la ed E he eum esc i o en Go. Como sis ema ope a i o se ha u ilizado Ubun u Se e pa a la RPi, y Ubun u Desk op pa a la TX2. Pa a ambos disposi i os se ha medido el cálculo de Hashes po segundo y su consumo ene gé ico. Pa a el 131 Sine gias en la in es igación en STEM cálculo de Hashes po segundo se ha u ilizado la consola de Ge h, mien as que pa a el consumo se ha u ilizado un disposi i o ex e no que ejecu aba un algo i mo p og amado en Py hon pa a calcula el consumo. Con espec o a la ob ención de los da os se han omado mues as cada décima de segundo, du an e un minu o. Pos e io men e, se ha dejado pasa unos minu os y se ha uel o a mues ea du an e más de un minu o. T as ealiza es e p oceso de o ma i e a i a du an e un pe íodo supe io a una ho a, se ha comp obado que el cálculo de hashes po segundo es p ác icamen e cons an e una ez la ed Blockchain es á en p oducción. Resul ados Se obse a que la po encia consumida du an e la ejecución de la Blockchain pa a el cálculo de hashes es p ác icamen e cons an e, y además con un alo bas an e más bajo del máximo eó ico. De o ma ap oximada, la RPi consume un 40% de los 15 W su po encia máxima, alo que se educe has a menos del 10% en la TX2. Sin emba go, el cálculo de hashes de la TX2, en o no a los 85 kH/s, que casi duplica al de la RPi (unos 50 kH/s). Es a di e encia de endimien o se agudiza más cuando se u ilizan clien es op imizados pa a la TX2, como E hmine (Lan anchi, 2020), con endimien os supe io es a los 300 kH/s consumiendo en o no a 7.5 W. G á ico 1. Resul ados expe imen ales. CONCLUSIONES Aunque los esul ados de es a compa a i a mues an una cla a en aja de la TX2 sob e la RPi, es e úl imo disposi i o cuen a con dos pun os impo an es a su a o : las unciones hash son pa alelizables, po lo que se pod ían coloca a ios disposi i os y 132 Sine gias en la in es igación en STEM dis ibui el cos e compu acional de la unción hash en e ellos. Segundo, la RPi iene un cos e del o den de 10 eces más económico que la TX2. Si la ed Blockchain a a ene pocos disposi i os IoT conec ados, segu amen e sea más in e esan e u iliza la TX2. Sin emba go, si el núme o de disposi i os aumen a, se á necesa io un análisis más minucioso, pa a decidi cuál es la a qui ec u a óp ima. Es os esul ados pe mi en plan ea la ealización de una a qui ec u a mul icapa, donde pa e del cálculo se ealice en se ido es, y o a pa e en una capa más p óxima a los senso es IoT, ace cando la compu ación al o igen del da o, con obje i o de minimiza la manipulación de los da os an es de se almacenados. Es e modelo, llamado es uc u as Mul i-access Edge Compu ing o MEC (Shahzadi e al., 2017), ambién disminuye la can idad de in o mación que se ansmi e a a és de es e, po lo cual se conside a una a qui ec u a a in es iga en p o undidad en es udios pos e io es. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bella e, M., Cane i, R., y K awczyk, H. (1996). Keying Hash Func ions o Message Au hen ica ion. Ad ances in C yp ology — CRYPTO ’96 (pp. 1–15). Sp inge Be lin Heidelbe g. h ps://doi.o g/10.1007/3-540-68697-5_1 E he eum. (2020, 22 de no iemb e). Go E he eum. h ps://ge h.e he eum.o g/ Ga ne . (2017). Leading he IoT. h ps://www.ga ne .com/images / books/io / io Ebook_digi al.pd Lan anchi, A. (2020, 23 de no iemb e). E hmine . h ps://gi hub.com/ e he eum- mining/e hmine Shahzadi, S., Iqbal, M., Dagiuklas, T., y Qayyum, Z. U. (2017). Mul i-access edge compu ing: open issues, challenges and u u e pe spec i es. Jou nal o Cloud Compu ing, 6(1). h ps://doi.o g/10.1186/s13677-017-0097-9 Sisinni, E., Sai ullah, A., Han, S., Jennehag, U., y Gidlund, M. (2018). Indus ial In e ne o Things: Challenges, Oppo uni ies, and Di ec ions. IEEE T ansac ions on Indus ial In o ma ics, 14(11), 4724–4734. h ps://doi.o g/10.1109/ ii.2018.2852491