Masterarbeit
Blockchain-based Reward Networks for Citizen Science
Completion
2023/02
Research Area
Students
Chi Nam Du
Advisers
Dr.-Ing. Sebastian Heil
Description
Voluntary sharing of data to support projects, research or services is a phenomenon that is becoming more common, in particular with the increased use of mobile and IoT devices. Crowd sensing focuses on the collection of sensor data from many distributed sources and enables use cases such as weather monitoring and forecasts, noise and air pollution mapping, flight tracking, pothole detection etc. Data is produced by user-owned devices: some are existing devices like smart phones or smarthome sensors, others are purchased for the particular purpose such as ADSB scanners or pollution meters. As characterized by the citizen science and open data principles, the data is shared by private individuals with different data consumers normally without any monetary reward. However, many data consumers reward their data providers through improved access to their services such as ad-free usage or premium accounts. These rewards are limited to one specific service, which is often not attractive when sharing data with several consumers of the same type.
This thesis investigates methods for the creation of a reward network comprising several data consumers based on blockchain technology. The objective is to specify a distributed software architecture that enables usage of rewards earned by sharing data with one member of the network with all network members as described above. The concept has to consider the following aspects: specification of a suitable blockchain based on a suitable existing blockchain technology, distribution of rewards to data providers according to individual reward policy models by the data consumers, usage of earned rewards to redeem benefits from any network member, a dynamic pricing/value computation for the reward units based on varying supply and demand of data across the service providers and changes of established networks from leaving or newly entering network members.
The objective of this thesis is the creation of a solution or the combination of existing approaches to solve the problem of reward networks for data sharing through a blockchain-based software architecture as described above. This comprises the analysis of the state of the art of data sharing, crowd sensing, citizen science and blockchain technologies as well as the demonstration of the solution by prototypical implemetation and a suitable evaluation based on experimentation simulating different data producer/consumer scenarios.
Description (German)
Das freiwillige Teilen von Daten um Projekte, Forschung oder Dienste zu unterstützen ist ein zunehmend häufig anzutreffendes Phänomen, insbesondere durch die steigende Verfügbarkeit von Mobilgeräten und IoT Geräten. Crowd sensing konzentriert sich auf das Sammeln von Sensordaten aus vielen verteilten Datenquelen und ermöglicht Anwendungsfälle wie Wetterbeobachtung und - vorhersage, das Kartographieren von Lärm und Luftverschmutzung, Flugverfolgung, Schlaglocherkennung etc. Die Daten werden von nutzereigenen Geräten erzeugt: sowohl von vorhandenen Geräten wie Smartphones oder SmartHome Sensoren, als auch von eigens für den Anwendungsfall angeschafften Geräten wie ADSB Scannern oder Luftqualitätssensoren. Wie durch die Citizen Science und Open Data Prinzipien charakterisiert, werden die Daten von Privatpersonen mit verschiedenen Datenkonsumenten geteilt, im allgemeinen ohne finanzielle Belohnungen. Jedoch belohnen viele Datenkonsumenten ihre Datenproduzenten durch höherwertige Zugänge zu ihren Diensten wie z.B. Werbefreiheit oder Premium Accounts. Diese Belohungen sind beschränkt auf den jeweiligen Dienst, was oft nicht attraktiv ist wenn Daten mit mehreren Konsumenten des selben Typs geteilt werden.
Diese Thesis untersucht Methoden für die Erstellung eines mehrere Datenkonsumenten umspannenden Belohnungsnetzwerks basierend auf Blockchain Technologie. Ziel ist die Spezifikation einer verteilten Software-Architektur welche die Nutzung von Belohnungen für das Teilen von Daten mit einem Teilnehmer des Netzwerkes bei allen Netzwerkteilnehmern wie oben beschrieben ermöglicht. Das Konzept muss folgende Aspekte umfassen: Spezifikation einer geeigneten Blockchain basierend auf einer bestehenden Blockchain Technologie, Verteilung der Belohnungen an die Datenproduzenten gemäß individueller Belohnungs-Policy Modelle der Datenkonsumenten, Einlösen der Belohnungen bei jedem Netzwerkteilnehmer, eine dynamische Preis/Wert-Berechnung der Belohnungseinheiten basierend auf sich änderndem Angebot und Nachfrage der Daten für die verschiedenen Dienstanbieter sowie Änderungen des Netzwerks durch das Verlassen oder Hinzukommen von Netzwerkteilnehmern.
Ziel dieser Arbeit ist es einen geeigneten Ansatz oder eine Kombination von Ansätzen zur Lösung des oben beschriebenen Problems von Belohnungsnetzwerken für das Teilen von Daten durch eine Blockchain-basierte Software-Architektur wie oben beschrieben. Dies beinhaltet insbesondere die Untersuchung des Stands der Technik bezüglich des Teilen von Daten, Crowd Sensing, Citizen Science und Blockchain Technologien, sowie die Demonstration der Lösung durch prototypische Implementierung des Konzeptes ebenso, wie eine geeignete Evaluation durch Experimente zur Simulation verschiedener Datenproduzenten/konsumenten Szenarios.
