06/10/2021
Door Ad Spijkers
Op transacties gebaseerde communicatiesysteem zorgt ervoor dat robotteams hun doel bereiken, zelfs als sommige robots worden gehackt.
Stel je een team van autonome drones voor, uitgerust met geavanceerde detectieapparatuur, op zoek naar rook terwijl ze hoog boven de Veluwe vliegen. Zodra ze een bosbrand zien, geven de verkenners instructies aan een zwerm brandbestrijdingsdrones die naar de plaats van de brand vliegen.
Maar wat als een of meer verkenners worden gehackt door een kwaadwillende en onjuiste aanwijzingen stuurt? Als de blusrobots van het vuur af worden geleid, hoe weten ze dan dat ze zijn belazerd?
Blockchain
Het gebruik van blockchain-technologie als communicatiemiddel voor een team van robots kan veiligheid en bescherming bieden tegen bedrog. Dit blijkt uit een onderzoek van onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Het onderzoek kan ook worden toegepast in steden waar multirobotsystemen van zelfrijdende auto's goederen afleveren en mensen door de stad verplaatsen.
Een blockchain biedt een fraudebestendig overzicht van alle transacties - in dit geval de berichten van robotverkenners- zodat volgende robots inconsistenties in het informatiespoor kunnen identificeren. Verkenners gebruiken tokens om bewegingen te signaleren en transacties aan de keten toe te voegen. Ze verliezen hun tokens wanneer ze op een leugen worden betrapt. Het op transacties gebaseerde communicatiesysteem beperkt het aantal leugens dat een gehackte robot kan verspreiden.
Hashing
Een blockchain wordt doorgaans gebruikt als beveiligd grootboek voor cryptocurrencies, maar in wezen is het een lijst met gegevensstructuren (blokken) die in een keten zijn verbonden. Elk blok bevat informatie die het moet opslaan, de 'hash' van de informatie in het blok en de 'hash' van het vorige blok in de keten. Hashing is het proces waarbij een reeks tekst wordt omgezet in een reeks unieke cijfers en letters.
In het onderhavige, op simulatie gebaseerde onderzoek is de informatie die in elk blok is opgeslagen een reeks aanwijzingen van een leider naar volgers. Als een kwaadwillende de inhoud van een blok probeert te wijzigen, verandert hij de blokhash, zodat het gewijzigde blok niet langer aan de keten is gekoppeld. De gewijzigde richtingen kunnen gemakkelijk worden genegeerd door volgers. De blockchain zorgt ook voor een permanente registratie van alle transacties. Omdat alle volgers uiteindelijk alle aanwijzingen van leidersrobots kunnen zien, kunnen ze zien of ze zijn misleid.
Onderzoek
In het systeem dat de onderzoekers hebben ontworpen, ontvangt elke leider een vast aantal tokens. Deze worden gebruikt om transacties aan de keten toe te voegen; één token is nodig om een transactie toe te voegen. Als volgers vaststellen dat de informatie in een blok onjuist is (door te controleren wat de meerderheid van de leiders bij die specifieke stap hebben gesignaleerd), verliest de leider het token. Zodra een robot geen tokens meer heeft, kan hij geen berichten meer verzenden.
De onderzoekers testten hun systeem door verschillende 'follow the leader' situaties te simuleren, waarbij het aantal kwaadaardige robots bekend of onbekend was. Met behulp van een blockchain stuurden leiders aanwijzingen naar volgrobots die zich over een Cartesiaans vlak bewogen, terwijl kwaadwillende leiders onjuiste aanwijzingen uitzonden of probeerden het pad van volgrobots te blokkeren.
De onderzoekers ontdekten dat, zelfs wanneer volgrobots aanvankelijk werden misleid door kwaadwillende leiders, het op transacties gebaseerde systeem alle volgers in staat stelde om uiteindelijk hun bestemming te bereiken. En omdat elke leider een gelijk, eindig aantal tokens heeft, ontwikkelden de onderzoekers algoritmen om het maximale aantal leugens te bepalen dat een kwaadaardige robot kan vertellen.
Een systeemontwerper kan de levensduur van de batterij die de robots nodig hebben om hun taak te voltooien, inschatten. De algoritmen stellen de gebruiker ook in staat om de hoeveelheid geheugen te bepalen die nodig is om de blockchain op te slaan. Ook bepalen ze het aantal robots dat nodig zal zijn en de lengte van het pad dat ze kunnen afleggen, zelfs als een bepaald percentage leidersrobots wordt gehackt en kwaadaardig wordt.
Toekomst
In de toekomst hopen de onderzoekers hun werk voort te zetten om nieuwe beveiligingssystemen voor robots te creëren met behulp van op transacties gebaseerde interacties. Ze zien het als een manier om vertrouwen op te bouwen tussen mensen en groepen robots. Als men van deze robotsystemen een openbare robotinfrastructuur zou maken, stel je de robots bloot aan kwaadwillenden en mislukkingen. Deze technieken zijn handig om te kunnen valideren, controleren en begrijpen dat het systeem niet wordt gemanipuleerd. Zelfs als bepaalde leden van het systeem worden gehackt, zal de infrastructuur er niet door instorten.
Foto: MIT