Recently, to enhance the security of the Internet of Things (IoT), research on blockchain-based encryption algorithms has been actively conducted. However, because blockchains have complex structures and process large amounts of data, there are still many difficulties in using the conventional blockchain-based encryption algorithms in an IoT system that must have low power consumption and be ultra-lightweight. In this study, to address these problems (1) we simplified the conventional Directed Acyclic Graph (DAG)-based blockchain structure, and (2) we proposed a new Advanced Encryption Standard (AES)-Cipher Block Chaining (CBC) algorithm with enhanced security by periodically changing the secret key and initialization vector (IV) in the conventional AES-CBC encryption algorithm. Because the DAG, which is the conventional blockchain structure, randomly transmits data to multiple blocks, there may be overlapping blocks, and the quantity of transmitted data is not limited; thus, the time and power consumption for encryption and decryption increase. In this study, a simplified DAG was designed to address these problems so that packets can be transmitted only to three blocks, without overlapping. Finally, to verify the effectiveness of the algorithm proposed in this paper, an IoT system consisting of 10 clients and one server was implemented in hardware, and an experiment was conducted. Through the experiment, it was confirmed that when the proposed AES-CBC algorithm was used, the time taken and the amount of power consumed for encryption and decryption were reduced by about 20% compared to the conventional AES-CBC algorithm.

中文翻译：

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简化的基于DAG的区块链的设计和硬件实现以及用于物联网安全的新AES-CBC算法

最近，为了增强物联网（IoT）的安全性，已经积极进行了基于区块链的加密算法的研究。但是，由于区块链具有复杂的结构并处理大量数据，因此在物联网系统中使用传统的基于区块链的加密算法仍然存在许多困难，这些算法必须具有低功耗和超轻量级的特点。在这项研究中，为了解决这些问题（1）我们简化了基于常规有向无环图（DAG）的区块链结构，并且（2）我们提出了一种新的具有增强功能的高级加密标准（AES）-密码块链接（CBC）算法通过在常规AES-CBC加密算法中定期更改密钥和初始化向量（IV）来实现安全性。因为DAG是传统的区块链结构，随机将数据传输到多个块，可能有重叠的块，并且传输的数据量不受限制；因此，用于加密和解密的时间和功耗增加。在这项研究中，设计了简化的DAG来解决这些问题，以便数据包只能传输到三个块，而不会重叠。最后，为验证本文算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。可能存在重叠的块，并且传输的数据量不受限制；因此，用于加密和解密的时间和功耗增加。在这项研究中，设计了简化的DAG来解决这些问题，以便数据包只能传输到三个块，而不会重叠。最后，为验证本文算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。可能存在重叠的块，并且传输的数据量不受限制；因此，用于加密和解密的时间和功耗增加。在这项研究中，设计了简化的DAG来解决这些问题，以便数据包只能传输到三个块，而不会重叠。最后，为验证本文算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。加密和解密的时间和功耗增加。在这项研究中，设计了简化的DAG来解决这些问题，以便数据包只能传输到三个块，而不会重叠。最后，为验证本文算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。加密和解密的时间和功耗增加。在这项研究中，设计了简化的DAG来解决这些问题，以便数据包只能传输到三个块，而不会重叠。最后，为验证本文算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。为了验证本文提出的算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。为了验证本文提出的算法的有效性，在硬件上实现了由10个客户端和1个服务器组成的IoT系统，并进行了实验。通过实验证实，与传统的AES-CBC算法相比，当使用所提出的AES-CBC算法时，加密和解密所花费的时间和功耗减少了约20％。