C om p u t e r  S c ie n c e  an d  I n f or m at io n  T e c h n ol ogi e s   V ol .   1 , N o.   3 N ove m be r   2020 , pp.  93 ~ 97   I S S N 2722 - 3221 ,   D O I 10.11591 / c s it .v1i 3 .p 93 - 97           93       Jou r n al   h om e page ht tp : // ia e s pr ime .c om /i nde x .php/c s it   Pe r f o r m an c e   e val u at i on  of  b l oc k c h ai n s i n  t h e  i n t e r n e t  of  t h i n gs       T an w e e r  A la m   Department of Compu ter Science, Faculty o f Computer and Inform ation Technology,    Islamic Uni versity of  Madinah, S audi Arabia       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T     A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e M a r  24 , 20 2 0   R e vi s e J un   7 , 20 2 0   A c c e pt e J un   21 , 20 2 0       The  idea  of  blockchains  technology  (BT)  in  the  internet  of  things  (IoT)  is  to  allow  the  physical  things  to  trust  in   the  transactions  held  within   t he  IoT  network.  The  BT  is  distributed,  decentralized,  publicly  shared   its   digital  ledger  and  secured  technology  to  eternally  record   the  transactions   across    the  shared  databa se.  The  BT  in  IoT  can  be   called  Trust  Machine  to  eli minate  the  intermediates  and  enables  the   physical  things  to   trust  with   each  oth er.  This  research  evaluates  the  performance  of  BT   in  IoT.  The  simulated   res ults  are  tested  and  can  be   used  in  the   sustainable   development   of  the  integratio of  BT   and IoT.   K e y w o r d s :   5G  ne twor ks   B lo c kc ha in s  t e c hnol ogy   F og c om put in g   I nt e r ne of  t hi ngs  ( I oT )   I oT  node s   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   T a nw e e r  A la m   D e pa r tm e nt  of  C om put e r  S c ie nc e   F a c ul ty  of  C om put e r  a nd I nf or m a ti on T e c hnol ogy,    I s la m ic  U ni ve r s it y of  M a di na h, S a udi  A r a bi a .   E m a il ta nw e e r 03@ iu .e du.s a       1.   I N T R O D U C T I O N   T he   in te r ne of   th in gs   ( I oT )   e na bl e s   th e   phys ic a th in gs   to   c onne c t,   c om m uni c a te   a nd  e xc ha nge   in f or m a ti on  w it hout   a   hum a to   hu m a or   hum a to   m a c hi ne   in t e r a c ti on  [ 1] T he   bl oc kc ha in s   te c hnol ogy   ( BT )   is   a   gr ow in c ha in   of   bl oc ks   w it h   th e   c r ypt ogr a phi c   ha s to   e te r na ll r e c or th e   tr a ns a c ti ons   a nd  s to r e   in   publ ic   da ta ba s e T he   I oT   a nd  B T   bot te c hnol ogi e s   a r e   pr e s um a bl e   e m e r gi ng  te r m s   a nd  th e   f r a m e w or to   in te gr a te   th e s e   te c hnol ogi e s   c a ge ne r a te   n e w   oppor tu ni ti e s   in   th e   a r e a   of   c om m uni c a ti on  s e c ur it a nd  r e li a bi li ty   a m ong  in te r ne of   phys ic a th in gs   [ 2] B ut   s c a la bi li ty   is   a   bi c h a ll e n ge   to   in te gr a te   bot th e   te c hnol ogi e s   to ge th e r   be c a us e  of  a  hug e  numbe r  of  phys ic a c onne c te d t hi ngs  i n t he  h e te r oge ne ous  ne twor k [ 3 - 6 ]   T he   B T   in   I oT   is   a   nove te c hnol ogy  th a a c ts   w it de c e nt r a li z e d,   di s tr ib ut e d,  publ ic   a nd  r e a l - ti m e   le dge r  t o s to r e  t r a ns a c ti ons  a m ong I o T  node s  [ 7 ] . A  bl oc kc ha in   is  a  s e r ie s  of  bl oc k s , e a c h bl oc k i s  l in ke d t o i ts   pr e vi ous   bl oc ks   [ 8 ] E ve r y   bl oc ha s   a   c r ypt ogr a phi c   ha s c ode pr e vi ous   bl oc ha s h,  a nd  it s   da ta T he   tr a n s a c ti ons   in   B T   a r e   th e   ba s ic   uni ts   th a a r e   u s e to   tr a ns f e r   da ta   be twe e I oT   node s T he   I oT   nod e s   a r e   di f f e r e nt   ki nd  o f   phys ic a but   s m a r de vi c e s   w it e m be dde s e ns or s a c tu a to r s pr ogr a m s   a nd  a bl e   to   c om m uni c a te  w it h ot he r  I oT  node s  [ 9 ].       2.   T H E  R O L E  O F  B T   I N   I O T   T he  r ol e  of  B T  i n I oT  i s  t o pr ovi de  a  pr oc e dur e  t o pr oc e s s   s e c ur e d r e c or ds  of  da ta  t hr ough I oT  node s   r e pr e s e nt e on  F ig ur e   1 B T   i s   a   s e c ur e d   te c hnol ogy  th a c a be   us e publ ic ly   a nd  ope nl y   [1 0 - 1 4 ] .   T he   I oT   r e qui r e s   th is   ki nd  of   te c hnol ogy  to   c om m uni c a te   s e c ur e ly   a m o ng  th e   I oT   node s   [1 5 - 1 7 ] .   T he   tr a ns a c ti ons   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2722 - 3221   C om put . S c i.  I nf . T e c hnol . ,   V ol 1 , N o.  3 N ove m be r   20 20 93     97   94   B T   c oul be   tr a c e a nd  e xpl or e th r ough  a nyone   w ho  is   a ut he nt ic a te to   c om m uni c a te   w it hi th e   I oT T he   B T   in  I oT  m a y he lp  t o i m pr ove  c om m uni c a ti on s e c ur it y [ 18 ] . T he  m a jo r   be ne f it s  of  B T  w it h I oT  a r e :     D e ve lo p t r us a m ong I oT  publi c  node s   a nd mi ni f y t he  r is k of  c ol li s io ns   [ 19 - 21]     M in if y t he  pr oc e s s in g c o s ts  t hr ough dir e c c om m uni c a ti on w it h out  t he  t hi r d pa r ti e s   [ 22]     s pe e d up the  t r a ns a c ti ons  i n r e a ti m e .             F ig ur e . 1 .   T r a ns a c ti ons  P r oc e s s  i n B T       3.   R E S U L T S   A N D  A N A L Y S I S   I B T   is   a   s e r ie s   of   bl oc ks T h e   s iz e   of   a   bl oc ( B S )   in   bl oc kc ha in   c a be   obt a in e by  th e   f ol lo w in g   f or m ul a  [ 8] :     B S  ( in  M B )  =  H S  ( in  B yt e s )  +   T S  ( in  B yt e s )  * N o o f  t r a ns a c ti o ns  i n t ha bl oc k.   ( 1)     W he r e  H S  i s  t he   s iz e  of  t he  he a d e r .   T he  T ot a l  M in in g e n e r gy ( T e )  c a n be  c a lc ul a t e d by the  s um  of   a ll   c onne c te d I oT  node s  m in in g e ne r gy ( E ) :     T e =   T e =   ( ) = 1   ( 2)     T im e  ( t)  t a ke n by a  bl oc k be twe e n i nt e r c onn e c te d I oT  node s  w i th  t he ir  ba ndw id th  B w :     =  B S B w ( i, j)     ( 3)     w he r e  B w ( i, j)  i s  t he  ba ndw id th  be twe e n t he  I o T  node s  i ,j .   T he  f r a m e w or k w id th  ( F w )  c a n be  obt a in e d by      F w = M a x( t)     ( 4)     T he   ha s i s   th e   c r ypt c ode   of   th e   pr e vi ou s   bl oc k   ( H c )   th a i s   a s s i gne to   e ve r y   bl oc in   th e   bl oc kc h a in T he  bl oc k oc c ur r e nc e  ( B o)  c a n be  obt a in e d by       B o= T e /Hc .     ( 5)     T he  t r a ns a c ti ons  pe r  s e c ond ( T s )  he ld  i n t he  bl oc kc h a in  c a n be   obt a in e d by the  f or m ul a :     T s = B o * No of  t r a ns a c ti ons  i n t h a bl oc   ( 6)     T he   f or in   bl oc kc ha in   c a n   ha ppe if   th e   m in e r s   r e c e iv e th e   bl oc ks   a th e   s a m e   ti m e T he   pr oba bi li ty   of   bl oc kc ha in  f or k P ( F )  c a n be  c a lc ul a te d by the  f or m ul a :     P ( F )  =  1 - ( 1+ B o*F w )  * e - B o*F w     ( 7)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C om put . S c i.  I nf . T e c hnol .         P e r fo r m anc e  e v al uat io n of  bl oc k c hai ns  i n t he  i nt e r ne of  t hi ngs  ( T anw e e r  A la m )   95   C ons id e r  t he  ne w ly  c r e a te d bl oc k B N  t ha is  r e f e r e nc e d by two pr e vi ous ly  c r e a te d bl oc ks . T he  B N  i s   pl a c e be twe e th e s e   two  bl oc ks .   C ons id e r   th a t   th e   bl oc B N   is   ve r if ie by  th e   m in e r s th e   ti m e   B N ( t)   is   r e pr e s e nt e th e   ve r if ic a ti on  ti m e   c a lc ul a te by   th e   P oi s s on  pr oc e s s   µ   [ 23 - 25] S uppos e   α   be   th e   ti m e   ta k e by   th e   I oT   node   to   c om put e   th e   tr a ns a c ti on  p r oc e s s   to   th e   f og  ne tw or k.  S o,  th e   to ta ti m e   ta ke by  e a c tr a ns a c ti on  to   be   vi s ib le   on  th e   ne twor is   α+ [ 9 ] C ons id e r   th a N   is   th e   to ta num be r   of   unve r if ie bl oc ks   [ 26 - 27 ]   T he  pr oba bi li ty  of  B N  i n t he  bl oc kc ha in  of  t he  I oT - F og f r a m e w or k i s  c a lc ul a t e d by the  f ol lo w in g f or m ul a .     P ( B N )  =  N  /  ( N  +  μ α)     ( 8)       C ons id e r   th e   I oT   node s   ( F ig ur e   2 )   c onne c t e w it th e   P 2P   ne twor w it th e   m in in g   e ne r gy  500,1000,  300,  700,  a nd  1500  r e s pe c ti ve ly T he a r e   a bl e   to   do  tr a ns a c ti ons   in   th e   pr opos e f r a m e w or k.   S uppo s e   th e   s iz e   of   th e   he a de r   is   100  byt e s   a nd  th e   s iz e   of   th e   tr a ns a c ti on  is   500  byt e s T he   I oT   node s   in     th e   f r a m e w or a r e   f iv e .   U s in ( 1) w e   ha ve   c a lc ul a te th e   bl o c s iz e .   B S   ( in   M B )   =   H S   ( in   B ye s )   +   T S   ( in   B yt e s )  * N o of  t r a ns a c ti ons  i n t ha bl oc B S = 100 + 500*5 = 2600  M B           F ig ur e  2 .   I oT  N ode s  c onne c te d i n t he  P 2P  ne twor k       B y us in g ( 2) , w e  ha ve  c a lc ul a te d t he  t ot a m in in g e ne r gy     T e  =   ( ) = 1   =  500+ 1000+ 300 + 700+ 1500   =  4000     S uppos e  B S = 1 M B =  1,048,576 B yt e s     T ot a num be r  of  t r a ns a c ti ons  i n a   bl oc =  ( B S - H S ) /T S   =  1,048,576 - 100/ 500   =  2096.952     N ow , a c c or di ng t o ( 3) , w e  ha ve  t o c a lc ul a te  t h e  ba ndw id th  of  t he  f r a m e w or   a s  s how n i T a bl e  1.       T a bl e  1 .   B a ndw id th  i n   th e  f r a m e w or k de vi c e  by de vi c e   x   I oT  N ode  1   I oT  N ode  2   I oT  N ode  3   I oT  N ode  4   I oT   N ode  5   I oT  N ode  1   x   1/ 8         1/ 9          1/ 5   17/ 86   I oT  N ode   2   -   x   1/ 5   15/ 79     1/ 9   I oT  N ode   3   -   -   13/ 40   17/ 71   13/ 40   I oT  N ode   4   -   -   -   x   1/ 9   I oT  N ode   5   -   -   -   -   x       T he   I oT - F og  f r a m e w or is   te s te d   us in 5   lo c a I o T   node s   a n r e m ot e   I oT   node s .   T he   N oS Q L   da ta ba s e   s of twa r e   is   us e to   s to r e   th e   r e c or ds   f e tc h e f r om   bl oc kc ha in   in   th e   f oggi ng  by  th e   to ol   na m e d   O P E N S H I F T   pl a tf or m C lo ud  is   c r e a te by   A m a z on ,   ba nd w id th   of   th e   s y s te m   is   s how in   F ig ur e   3.     T he   F ogS im   s of twa r e   is   us e d   to   c onn e c th e   I oT   d e vi c e s   to   th e  f oggi ng P e r f or m a nc e   e va lu a ti on  of   I oT   node s   in  t he  I oT - F og   is  r e pr e s e nt e d i n F ig ur e  4 . T he  r e s ul t s  a r e  f ound in  T a bl e   2.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2722 - 3221   C om put . S c i.  I nf . T e c hnol . ,   V ol 1 , N o.  3 N ove m be r   20 20 93     97   96       F ig ur e  3 .   B a ndw id th  of  t he  s ys te m       T a bl e  2 .   P e r f or m a nc e  e va lu a ti on of  I oT  node s  i n t he  I oT - F og     I oT  N ode  1 - F og   I oT  N ode   2 - F og   I oT  N ode  3 - F og   I oT  N ode  4 - F og   I oT  N ode  5 - F og   D e l a y by I oT  N ode   5.16548   5.16548   5.16548   5.16548   5.16548   D e l a y by N e t w or k   3.2111   3.2111   3.2111   3.2111   3.2111   N ode  E ne r gy   1.29E +007   1.30E +007   1.31E +007   1.31E +007   1.33E +007   M obi l i t y E ne r gy   3267871.04   3267189.177   1.33E +007   2.91E +007   5.52E +007   F og E ne r gy   998835.435423   2097670.862   4195341.724   8390683.448   1.68E +007   E xe c ut i on T i m e   1672   1983   2864   4972   8943   N e t w or k U s a ge   12078.45   22301.89   39871.78   88729.90   172987.34           F ig ur e  4 .   P e r f or m a nc e  e va lu a ti on of  I oT  node s  i n t he  I oT - F og       4.   C O N C L U S I O N   T he   pr opos e r e s e a r c is   th e   s te f or w a r in   th e   a r e a   of   in te r ne of   th in gs   a nd   bl oc kc ha in   te c hnol ogy.   T he   m id dl e w a r e   f r a m e w or is   im pl e m e nt e a nd  te s te in   th e   v ir tu a ll c r e a te he te r oge ne ou s   e nvi r onm e nt   of   th e   5G   ne twor k.  T he   d a ta   of   th e   s e c ur e tr a ns a c ti ons   a r e   s to r e in   th e   bl oc k s   of   th e   bl oc kc ha in .   T he   ve r if ie bl oc ks   by  th e   m in e r s   a r e   onl e nt e r e in to   th e   bl oc kc ha in   ne twor a nd  li nke to   th e   bl oc kc ha in   by  us in g     th e   s e c ur e e nc r ypt e ha s c ode I th e   pe r f or m a nc e   e va lu a ti on  of   th e   f r a m e w or k,  a ll   th e   pos s ib le   f a c to r s   s uc h   a s   D e la by  I oT   N ode D e la by  N e twor k,  N ode   E ne r gy,  M obi li ty   E ne r gy,  F og   E ne r gy,  E xe c ut io T im e   a nd   N e twor k U s a ge  a r e  e v a lu a te d.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
C om put . S c i.  I nf . T e c hnol .         P e r fo r m anc e  e v al uat io n of  bl oc k c hai ns  i n t he  i nt e r ne of  t hi ngs  ( T anw e e r  A la m )   97   R E F E R E N C E S   [1]   Alaba,  F.  A.,   Othman,   M.,  H ashem,  I.   A.  T.,   Alotaibi,  F.  Internet   of  T hings  security:  survey.   Journal   of  Networ k   and Computer Applications , 88, 10 - 28, 2017.   [2]   Dorri,  Ali,  Salil  S.  Kanhere,   Raja  Jurdak.  Towards  an   optimized  blo ckchain  for  IoT.   Proceedings  of  the   Second   Internati onal Con ference on Int ernet - of - Things D esign a nd Imp lemen tation. A CM , 2017.   [3]   Alam,  Tanweer,  and  Mohamed  Benaida.  CICS:  Cloud Internet  Communi cation  Security  Framework  for  the  Internet  of Smart Devices.   Internati onal Journ al of Int eractive Mobil Techno logies ( I JIM) , vol. 12, no.  6 , pp.   74 - 84, 2018.     [4]   Shanti Br uyn, “ Blockc hain a n intro duction ”, re searc h rep ort, U nivers ity  Amsterdam , 2017   [5]   Florea  BC.  Blockcha in  and  Interne of  Things  data  provider   for  sm art  applica tions.   In   2018  7th  Mediterranean   Co nference on Embedded Computing (MECO) ,   pp. 1 - 4 2018 .   [6]   Alam,  T.  Cloud  Computing   and  Its  Role   in  the  Information   Technolo gy.   IAIC  Transactions  on   Sustainable  Digital   Innovation  (ITSDI) ,   vol. 1 , no. 2 , pp.   108 - 115 , 2020.   [7]   Conoscen ti,  Marco,   Antonio  Vetro,  an Juan   Carlos  De  Martin.   Block chain  for  the  Internet  of  Things:   systematic   literature   review.   Computer   Systems  and   Applicat ions  (AICCSA),   20 16  IEEE/ACS  13th  International   Conference   of. IEEE , 2016.   [8]   Kouzinopoulos,  Charalampos  S.,  et  al.   Using  blockchains  to  stre ngthen  the  security  of  internet   of  things.   Internati onal ISCIS  Security Wor kshop. Spr inger , Cham, 2018.   [9]   Alam  T,  Benaida  M.   The  Role  of   Cloud - MANET  Framework   in  the  In ternet  of  Things  (IoT).   Internati onal  Journal   of Online and Biomedic al Engineering ( IJOE ) , vol. 14, no.  12 , pp.  97 - 111 ,   2018 .   [10]   Alam,  Tanweer,  and  Mohammed  Aljohani.   An  approach  to   secure  c ommunication  in  mobile  ad - hoc  networks   of  Android devices.   In  2015 International Conference on Intelligent Inf ormatics and Biomedical S ciences (IC IIBMS) IEEE , pp. 371 - 375 , 2015.    [11]   Alam,  Tanweer,  and  Mohammed  Aljohani.  Design  new  middleware  for  communication  in  ad  hoc  network  of   android  smart dev ices.   In  Proceedings of the Second International C o nference on Information and Communicati o Techno logy fo r Compe titive  Strateg ies . ACM,   p. 38 2016.    [12]   Alam,  Tanweer,  and  Mohammed  Aljohani.  Design  and  implementa tion  of  an  Ad  Hoc  Network  among  Android   smart  devices.   In  Green  Computing  and  Internet  of  Things  (ICGCIoT) ,   2015  International  Conference  on,  IEEE,  pp.   1322 - 1327 2015.    [13]   Alam,  Tanweer.  Fuzzy  control  based  mobility  framework  for  evaluating  mobility  models  in  MANET  of  smart   devices.   ARPN Journal of Engineering and  Applied Sciences , vol. 12, no. 15, pp. 4526 - 4538,  2017 .   [14]   Alam,  Tanweer.  Middleware  Implementation  in  Cloud - MANET  Mobility  Model  for  Internet  of  Smart  Devices .”   Internati onal Journ al of C omputer Sci ence and Netw ork Security vol.  17 , no.  5,   pp. 86 - 9,  2017 .   [15]   Alam,  Tanweer.  reliable  framework  for  communication  in  internet of  smart  devices  using  IEEE  802.15.4.   ARPN   Journal  of Eng ineering  and App lied Sci ences ,   vol. 13, no.  10 , pp. 3378 - 3387,  2018 .     [16]   Baha  Rababah,  Tanweer  Alam,  Rasit  Eskicioglu .   “Next  Generatio Internet  of  Th ings  Architecture  towards   Distributed  Intelligence:  Reviews,  Applic ations,  and  Research   C hallenges .   Journal   of  Telecommun ication ,   Electronic and Computer Engineering v ol .   12,  n o .   2, 2020.   [17]   T. Alam . “ Design a blockchain - based middleware layer in the  Internet  of Things  Architecture.”   JOIV:   Internati onal   Journal  on Inf ormati cs Visua lizati on , vol. 4, no. 1, Feb. 2020.    [18]   Lee,  Boohyung,  and  Jong - Hyouk  Lee.   Blockcha in - based  secure  fi rmware  update  for  embedde devices   in  an   Internet of Th ings envi ronment.   The Jo urnal of  Super comput ing , vol.  73 , no.  3 , pp.   1152 - 1167 2017 .   [19]   Tanweer  Alam .   Reliable  Communication  Framework   and  Its  Us in  Internet  of  Things  (IoT) .”   Internati onal   Journal  of Sci entifi c Research  in   Computer  Scienc e, Engine ering and   Informatio n Techno logy (I JSRCSEIT) vol.   3,   no.   5, pp.   450 - 456, May - June.2018.   [20]   Tanweer  Alam,  “5G - Enabled  Tactile  Internet  for  smart  cities:  vision,  recent  developments,  and  challenges . ”  Jurnal   Informati ka , Vol. 13, No 2,  pp. 1 - 10,  July 20 19 .   [21]   Tanweer  Alam .   “A  Middleware  Framework  between  Mobility  and  IoT  Using  IEEE  802.15.4e  Sensor  Networks . ”  Jurnal  Online In format ika , Vol 4, No 2 ,   pp. 90 - 94,   20 19   [22]   Tanweer  Alam .   “Blockchai and   its  Role   in  the  Internet   of  Things   (IoT) . ”  International  Journal  of   Scientific  Research   in Computer Scie nce, Engin eering a nd   Information  Technology,  vol. 5, n o.  1, pp. 151 - 157, 2019.    [23]   Tanweer  Alam .   “Efficient   and  Secure   Data  Transmis sion  A pproach  in   Cloud - MANET - IoT  integrated  Framework . ”  Journal  of Tel ecommunicat ion, El ectronic  and Com puter En gineerin g (JTEC) ,   Vol. 12 No. 1,  2020.   [24]   Tanweer  Alam .   “Internet  of   Things:   A   Secure  Cloud - Based  MANE Mobility  Model . ”  Internati onal   Journal  o f   Network   Security , Vol. 22 , No.  3,   pp.  514 - 520 ,   2020.   [25]   Tanweer Alam .   “IoT - Fog: A Co mmunica tion Fra mewor k using  Blockc hain in  the I nterne t of Th ings .”   Internati onal  Journal  of Recent  Technol ogy and  Engineeri ng (IJRTE ) vol.  7,  no.  6,   pp. 833 - 838,   2019.    [26]   Tanweer  Alam .   “Middlew are  implem entation   in   MANET  of   Android  Devices . ”  Internati onal  Journal  of   Electronics   and Information Engineering v ol. 12 , no. 2 , 2020.   [27]   Tanweer  Alam,  Baha  Rababah .   Converge nce  of  MANET  in  Com munication   among  Smart  Device in  IoT .”   Internati onal   Journal  of Wir eless an d Microw ave Techno logies  (IJWMT) , Vol.9, No.2, pp. 1 - 10, 2019.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.