FOAM - Einführung in Proof-of-Location

15. Juli 20228 Min. Lesezeit

Einführung in den Standortnachweis

Argumente für alternative Ortungssysteme

Wir bei FOAM glauben, dass Menschen ihre persönlichen Daten besitzen und kontrollieren sollten, wann und mit wem sie ihren Standort teilen. Unser Team setzt sich dafür ein, dieses Problem zu lösen, indem es räumliche Protokolle, Standards und Anwendungen erstellt, die ein höheres Maß an Sicherheit und Ausfallsicherheit bieten als herkömmliche Geodatentechnologien. Mit unserer jüngsten Arbeit am Crypto Spatial Coordinate-Standard und dem Spatial Index Visual Block Explorer – angetrieben von unserer Open-Source-Purescript-Web3-Bibliothek – haben wir einige der wesentlichen Komponenten eingeführt, die wir verwenden werden, um das Kernprojekt von FOAM zu entwickeln, ein dezentralisiertes Protokoll für Proof of Location .

Der räumliche Index

Ein visueller Allzweck-Blockchain-Explorer

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Kryptoräumliche Koordinaten

Der offene Standard für die Lokalisierung auf der Ethereum-Blockchain

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Unser Ansatz kehrt den aktuellen Markt für Geodaten um, der auf der Massenerfassung von Informationen für das Targeting und den Weiterverkauf beruht, indem er neue Standortmärkte schafft, die ein deutlich verbessertes Sicherheitsmodell bieten. Der Standortnachweis ermöglicht es Benutzern und autonomen Agenten, authentifizierte Standortdaten zu Zeiten ihrer Wahl privat aufzuzeichnen und dann ihre persönlichen Informationen nach eigenem Ermessen preiszugeben, indem sie einen betrugssicheren Standortanspruch vorlegen.

Merkmale des FOAM-Standortnachweises

1. Vertrauenslos: Byzantinische fehlertolerante Uhrensynchronisation

2. Unabhängig: Verlässt sich nicht auf GPS

3. Offen: Jeder kann das Netzwerk nutzen oder Versorgungsdienste anbieten

4. Rechenschaftspflichtig: Ökonomie strukturiert, um ehrliches Verhalten zu gewährleisten, verifiziert mit Betrugsnachweisen

5. Anreize: Dienstanbieter werden für die Erweiterung von Lokalisierungs- und Verifizierungszonen vergütet

Der Zweck dieses Beitrags ist es, viele der Probleme vorzustellen, die durch unsichere Geolokalisierung entstehen, und einen Einblick in unsere Lösung zu geben: ein Proof-of-Location-System, das den byzantinischen Konsens in einem verteilten Netzwerk synchronisierter Uhren aufrechterhält und gleichzeitig Märkte für die lokale Generierung von triangulierten Positionsdaten schafft Daten.

Bevor wir jedoch das Design des Proof-of-Location-Protokolls von FOAM beschreiben, werden wir zunächst argumentieren, warum ein solches System benötigt wird.

Die Schwachstellen von GPS

GPS ist das weltweit führende globale Navigationssatellitensystem (GNSS), bestehend aus 31 Satelliten, die vom US-Militär gestartet und für zivile und kommerzielle Zwecke zur Verfügung gestellt werden. GPS ist zu einem allgegenwärtigen Werkzeug geworden, das kürzlich von Alphabets Sidewalk Labs als „The Technology That Envelops Our Cities – and Brains“ bezeichnet wurde. Was vielleicht nicht sofort ersichtlich ist, ist, dass die GPS-Technologie sowohl über die Zeit als auch über den Weltraum funktioniert. In jedem Satelliten befindet sich eine hochpräzise Atomuhr, die sich regelmäßig mit den Hauptkontrollstationen am Boden synchronisiert. GPS-Empfänger, die in heutigen Smartphones üblich sind, müssen zeitgestempelte Signaldaten von mindestens vier Overhead-Satelliten empfangen. Durch die Verwendung von Zeitstempeln zur Berechnung der Ankunftszeit kann ein Empfänger eine triangulierte Position berechnen.

Animation, die die Umlaufbahnen von 31 GPS-Satelliten und die Zahl darstellt, die über einem triangulierenden Bodenempfänger sichtbar ist.

Normalerweise ist GPS unglaublich zuverlässig, so sehr, dass wir kollektiv von einem funktionierenden Geopositionierungssystem abhängig geworden sind. Probleme und Angriffsvektoren mit diesem System werden jedoch immer offensichtlicher. Aktuelle Artikel heben hervor, wie das gesamte globale Finanzsystem von GPS abhängt. Die New Yorker Börse verwendet GPS, um automatisierte Computergeschäfte zu timen, Geldautomaten und Kreditkartentransaktionen erfordern Standortdaten, sogar das Stromnetz verlässt sich auf GPS-synchronisierte Zeitstempel, um Strom zu liefern, ohne Stromstöße zu verursachen, ganz zu schweigen von Transport, Navigation und Mobilität Anwendungsfälle der Technologie.

Ziviles GPS ist unverschlüsselt, es hat keine Herkunftsnachweis- oder Authentifizierungsfunktionen, und trotz düsterer Warnungen im Mainstream seit mindestens 2012 bleibt das System extrem anfällig für Betrug, Spoofing, Störsender und Cyberangriffe. Das Operational Control System (OCX), die nächste GPS-Generation, „wird das erste Satellitenkontrollsystem sein, das nach dem Aufkommen erheblicher Störungen und anderer Cyber-Bedrohungen entwickelt wurde“. Das Projekt wurde jedoch kontinuierlich verzögert, mit einem geplanten Starttermin jetzt im Jahr 2022. Trotzdem behebt das OCX-Design keine Schwachstellen: „Die Wettbewerbsfähigkeit von GPS als weltweites ziviles System wird abnehmen.“

Die Einschränkungen von GPS erfordern mindestens vier Beacon-Signale über dem Kopf, was eine Lokalisierung in Innenräumen nahezu unmöglich macht. Die städtische Dichte und Wolkenkratzer verursachen auch Schwierigkeiten beim Empfang von vier Nachrichten, und die Ausgabe von Mehrwegesignalen tritt in der Nähe von Hochhäusern auf. Außerdem kann es für ein Gerät mehrere Minuten dauern, eine genaue Koordinate zu erhalten. Wenn es um den Stromverbrauch geht, belastet GPS den Akku und ist für IoT-Geräte mit geringer Leistung nicht machbar.

Zusammenfassend sind die Probleme bei der Abhängigkeit vom GPS für den verifizierten Standort:

·Ein zentralisierter Single Point of Failure

· Dringt nicht gut in Innenräume oder in den Untergrund ein

·Urban Density erhöht Signal-Multipath

·Energieintensive Komponenten sind nicht für Geräte mit langen Wartungszyklen geeignet

·Anfällig für Signalstörungen

·Spoofing, d. h. einen GPS-Empfänger täuschen, indem falsche GPS-Signale gesendet werden

GPS ist nicht für Blockchain-basierte Anwendungen geeignet, die eine präzise und zuverlässige Ortung erfordern. Boeing hat beispielsweise kürzlich einen Blockchain-basierten GPS-Datenspeicher für den Fall eines GPS-Ausfalls während eines Fluges angekündigt. Der Standortnachweis kann einen Konsens darüber liefern, ob ein Ereignis oder ein Agent nachweislich zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einem bestimmten Ort stattfindet.

Low-Power-Wide-Area-Networks

Es gibt eine Reihe von Funktechnologien und -techniken für Lokalisierungs-/Ortungssysteme ohne Verwendung von GPS. Diese alternativen Positionssysteme verwenden eine Reihe von Lokalisierungsprozessen und -techniken, darunter Ankunftszeit (TOA), Ankunftszeitdifferenz (TDOA), Ankunftswinkel (AOA) und empfangene Signalstärke (RSS). Neben WiFi, RFiD und Mobilfunk entwickelt sich eine neue Funkklasse, die für Internet-of-Things-Geräte sehr vielversprechend ist und als Low Power Wide Area Networks (LPWAN) bezeichnet wird. LPWAN kann den geringen Stromverbrauch und die längere Akkulaufzeit von Bluetooth mit der Reichweite von Mobilfunk anbieten. Der Kompromiss ist ein niedriger Durchsatz für Netzwerke mit hoher Kapazität, die für die Skalierung geeignet sind. Ein weiterer Vorteil der Low-Power-Übertragung ist der Zugriff auf das nicht lizenzierte Funkspektrum. LPWAN-Funkgeräte können mit kostenlosen Funkwellen betrieben werden, ohne dass eine Lizenz erforderlich ist, um eine Abdeckung anzubieten. Die Bereitstellung eines LPWAN ist, genau wie eine Blockchain, genehmigungsfrei.

Diese Technologie ist der Kern der FOAM-Vision für ihre Fähigkeit, zu skalieren, große Entfernungen zu überbrücken und aufgrund der geringen Leistung verfügbar zu bleiben. Ein Knoten im FOAM-Netzwerk muss eine genaue Zeitsynchronisierung über Funktransceiver bieten. Diese Art von Leuchtfeuer wird als Zonenanker bezeichnet. Vier oder mehr Zonenanker bilden eine Zone, das Quorum, das die Uhrsynchronisierung für eine bestimmte Region aufrechterhält. Sobald die Zone synchronisiert ist, kann sie den Standort eines anfragenden Knotens bestimmen, indem sie Ankunftszeitmessungen verwendet, um die Position verifizierbar zu triangulieren.

Eines der vielversprechendsten neuen Funkgeräte ist ein sogenanntes LoRa, eine Physical-Layer-Technologie, die 5–15 km bei 150-MHz- und 1-GHz-Bändern zurücklegen kann und eine bidirektionale Kommunikation mit speziellen CSS-Techniken (Chirp Spread Spectrum) für lange Reichweiten mit Eigenschaften ermöglicht die es schwieriger machen, zu erkennen oder zu blockieren. Es gibt bereits das Unternehmenskonsortium namens LoRa Alliance, das einen offenen Standard entwirft und Architektur und Schichten über der physikalischen Schicht von LoRa definiert. Darüber hinaus gibt es offene Entwicklungsgemeinschaften in Großstädten rund um LoRa offene Bibliotheken, die sich um das Things-Netzwerk drehen. Da diese Funkgeräte eine bidirektionale Kommunikation ermöglichen, erhöht die Mesh-Netzwerktopologie die Reichweite erheblich.

LPWAN-MÖGLICHKEITEN

Obwohl diese Technologie heute verfügbar ist, fehlen die wirtschaftlichen Anreize für den Kauf, die Installation und die Wartung eines Beacon-Netzwerks. So wie Bitcoin, Ethereum und viele andere Blockchains Miner „angestellt“ haben, um das Netzwerk zu betreiben und zu betreiben, sind kryptoökonomische Anreize erforderlich, um eine dezentrale Alternative zu GPS aufzubauen. Knoten auf FOAM sind Mining-Triangulationen. Darüber hinaus können Zonenbetreiber, die an FOAM teilnehmen, mit Smart Contracts Service Level Agreements (SLA) abschließen und diese Vereinbarungen mit Token-Sicherheitseinlagen in einem Smart Contract untermauern. Dieses SLA ermöglicht es autonomen Dienstanbietern, Knoten zu unterhalten, indem sie versprechen, dies mit einer Kaution zu tun und die Abdeckung zu erweitern, um Dienste einem Marktplatz mit Gewinn anzubieten. Die Aktivierung von SLA-Verträgen für Standortverifizierungsdienste ist eine Kernkomponente des Denkens hinter dem FOAM Proof of Location-Protokoll.

Standortnachweis

Zeit und Raum sind eng miteinander verflochten. Unser Ansatz für den Standortnachweis beruht auf einem autonom selbststabilisierenden Zeitsynchronisationsprotokoll, das die Kontinuität einer verteilten, byzantinischen fehlertoleranten (BFT) Uhr gewährleistet. Mit einem hochpräzisen BFT-Taktsignal kann das Netzwerk die relative Geometrie zwischen Beacons verwenden, um die Entfernung eines Knotens zu berechnen, wodurch ein sicheres, räumlich verteiltes Ortungssystem ermöglicht wird.

Standortnachweis eines mobilen Beacons, bereitgestellt durch 4 Zonenanker, die eine Zone gebildet haben und Uhren mit dem mobilen Beacon synchronisieren und Nachrichten signieren können.

Zone Anchor Beacons, auf denen das FOAM-Protokoll ausgeführt wird, müssen eine genaue Zeitsynchronisierung für einen festgelegten Zeitraum bereitstellen, um nicht als fehlerhaft angesehen zu werden. Ein verteiltes System ist byzantinisch fehlertolerant, wenn die Koordination nicht vertrauenswürdiger Teilnehmer immer ehrliche Informationen übermittelt, vorausgesetzt, dass mehr als 2/3 ehrlich handeln. Es ist wichtig, dass sich eine Zeitsynchronisation selbst stabilisieren kann, wenn mehrere Knoten defekt oder böswillig sind.

Alle Ortungssysteme mit Funkfrequenz (HF) sind auf die Genauigkeit der Uhr angewiesen. Die genauesten Ansätze erfordern Taktsynchronisation. Wir verwenden einen BFT-Uhrsynchronisationsalgorithmus, um die RF-Time-of-Flight-Algorithmen bestmöglich zu unterstützen. Das Proof-of-Location-Protokoll steht Zonen offen, um autonom Versorgungsanbieter zu bilden und zu operieren, die um Transaktionsgebühren konkurrieren, indem sie Standortverifizierungsdienste anbieten.

Wir verwenden kryptoökonomische Staking-Anreize, um die Netzwerkabdeckung zu erhöhen, und verwenden ein Validator-Set für Betrugsnachweise und die Durchsetzung von Protokollregeln. Sicherheitsdepots ermöglichen zurechenbares byzantinisches Verhalten in Form von Slashing-Conditions. Das System umfasst ferner einen Datenspeicher und einen Validator-Satz, die Einzelheiten dieser Mechanismen werden in einem bevorstehenden Beitrag detailliert beschrieben.

Die Argumente für einen starken Standortnachweis können nicht nur für zukünftige und spekulative Blockchain-Anwendungsfälle angeführt werden, sondern können auch aktuelle und bestehende ergänzen. Beispielsweise kann der Standortnachweis auf die Dateispeicherung angewendet werden, um festzustellen, ob sich die Daten auf Datenträgern an unterschiedlichen Orten befinden. In ähnlicher Weise können Proof-of-Stake-Protokolle, die einen globalen und verteilten Validator-Satz beanspruchen, die geografische globale Verteilung von Validatoren sicherstellen. Mit dem Standortnachweis können Stablecoin-Projekte ihren Umfang schärfen, um die nominalen Ausgaben innerhalb eines bestimmten Geo-Fence-Bereichs konstant zu halten.

Diese Beispiele sind nur der Anfang. Hauptanwendungsfälle von Standortnachweisen mit Blockchain-Sicherheit werden in Form von verteilten Flotten autonomer Fahrzeuge auftreten, die Echtzeit, Fehlertoleranz und gemeinsame Kartierung eines bestimmten Bereichs benötigen. Sogar IoT-Datenmärkte, die die Datenherkunft bestätigen müssen, können das FOAM-Protokoll nutzen. „Innovatoren von Ethereum beleben den Kampf um die Netzneutralität“, indem sie Mesh-Netzwerke für ein stärker dezentralisiertes Internet und ISP-Märkte umrüsten. Um diese Ambitionen zu unterstützen, werden genaue Zeit- und genaue Standortinformationen, die von FOAM bereitgestellt werden, der Schlüssel zum Erhalt eines robusten und alternativen Internetnetzwerks bleiben.

Obwohl es in der Natur keine „standortspezifische Hash-Funktion“ gibt, ist es möglich, Anreize für ein autonomes und selbststabilisierendes System von Knoten zu schaffen, die ihre Uhren synchronisieren können, um eine sichere Standortverifizierung mit Verantwortlichkeit anzubieten, die durch intelligente Vertragsprotokollregeln erzwungen wird. Daran arbeiten wir bei FOAM und glauben, dass ein solches System als entscheidende Infrastruktur in unserer dezentralisierten Zukunft benötigt wird und neue Marktplätze für die Wahrung der Privatsphäre von Standortdaten eröffnen kann. In den kommenden Wochen werden wir detaillierte Informationen über unseren Token-Mechanismus und weitere technische Aufschlüsselungen des Proof of Location sowie ein neues Whitepaper veröffentlichen.

FOAM Incentives Location Testnet

Foam freut sich, den Start von Trust Zone bekannt zu geben, dem von Foam Location incentivierten Testnetz.

FOAM Location Testnet

Trust Zone ist das Programm, in dem Ortungsdienstanbieter Zonen betreiben, Aufgaben erledigen und Feedback geben können, um die FOAM-Ortung zu verbessern.

FOAM Location ist ein genehmigungsloses und autonomes Netzwerk von Funkgeräten, die sichere Ortungsdienste durch Zeitsynchronisierung anbieten, unabhängig von zentralisierten Quellen wie GPS.

Das Ziel von Trust Zone ist es, FOAM Location in verschiedenen geografischen Umgebungen auszuführen, verschiedene Zonenkonfigurationen und den aktuellen Prototyp des FOAM-Radios zu testen. Die Teilnehmer müssen Lokalisierungsexperimente durchführen und die Ergebnisse zur Auswertung einreichen.

Warum teilnehmen?

Verfeinern Sie die Lokalisierung in der realen Welt

Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung des Protokolls und der Funktionen und helfen dabei, die Lokalisierungsergebnisse zu verfeinern.

Verdienen Sie Belohnungen

Als Partnerteilnehmer am Trust Zone-Programm sind Sie berechtigt, FOAM-Token zu verdienen.

Seien Sie der First Zone Operator

Sie werden der erste Zonenbetreiber sein, wenn sich das Netzwerk weiter für Stakes öffnet, Mining-Belohnungen verdienen und Kunden Ortungsdienste anbieten.

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Vielen Dank fürs Lesen.

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