論文の概要: Smart Water Security with AI and Blockchain-Enhanced Digital Twins
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.20275v1
- Date: Mon, 28 Apr 2025 21:41:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:54.677756
- Title: Smart Water Security with AI and Blockchain-Enhanced Digital Twins
- Title（参考訳）: AIとブロックチェーン強化ディジタル双生児によるスマートウォーターセキュリティ
- Authors: Mohammadhossein Homaei, Victor Gonzalez Morales, Oscar Mogollon Gutierrez, Ruben Molano Gomez, Andres Caro,
- Abstract要約: 農村部の配水システムは、リアルタイム監視の欠如、サイバー攻撃に対する脆弱性、信頼性の低いデータ処理など、深刻な課題に直面している。
本稿では、LoRaWANベースのデータ取得、機械学習駆動型侵入検知システム(IDS)、およびセキュアで透過的な水管理のためのブロックチェーン対応のDigital Twin(BC-DT)プラットフォームを組み合わせた統合フレームワークを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Water distribution systems in rural areas face serious challenges such as a lack of real-time monitoring, vulnerability to cyberattacks, and unreliable data handling. This paper presents an integrated framework that combines LoRaWAN-based data acquisition, a machine learning-driven Intrusion Detection System (IDS), and a blockchain-enabled Digital Twin (BC-DT) platform for secure and transparent water management. The IDS filters anomalous or spoofed data using a Long Short-Term Memory (LSTM) Autoencoder and Isolation Forest before validated data is logged via smart contracts on a private Ethereum blockchain using Proof of Authority (PoA) consensus. The verified data feeds into a real-time DT model supporting leak detection, consumption forecasting, and predictive maintenance. Experimental results demonstrate that the system achieves over 80 transactions per second (TPS) with under 2 seconds of latency while remaining cost-effective and scalable for up to 1,000 smart meters. This work demonstrates a practical and secure architecture for decentralized water infrastructure in under-connected rural environments.
- Abstract（参考訳）: 農村部の配水システムは、リアルタイム監視の欠如、サイバー攻撃に対する脆弱性、信頼性の低いデータ処理など、深刻な課題に直面している。
本稿では、LoRaWANベースのデータ取得、機械学習駆動型侵入検知システム(IDS)、およびセキュアで透過的な水管理のためのブロックチェーン対応のDigital Twin(BC-DT)プラットフォームを組み合わせた統合フレームワークを提案する。
IDSは、検証済みデータがProof of Authority(PoA)コンセンサスを使用してプライベートなEthereumブロックチェーン上のスマートコントラクトを介してログされる前に、LSTM(Long Short-Term Memory)を使用した異常または偽造データを自動エンコーダとアイソレーションフォレストを使用してフィルタリングする。
検証されたデータは、リーク検出、消費予測、予測保守をサポートするリアルタイムDTモデルにフィードされる。
実験の結果,2秒未満のレイテンシで毎秒80トランザクション(TPS)を達成し,最大1000mのスマートメータでコスト効率とスケーラビリティを保った。
この研究は、未接続の農村環境における分散水インフラのための実用的で安全なアーキテクチャを実証する。
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