Bezpieczeństwo i odporność mikroklastrów Raspberry Pi w zdecentralizowanych sieciach blockchain – studium przypadku Monero / Security and Resilience of Raspberry Pi Microclusters in Decentralized Blockchain Networks – A Case Study of Monero

Abstract

Rozdział monografii analizuje możliwość wykorzystania mikroklastra Raspberry Pi do obsługi zdecentralizowanej sieci blockchain na przykładzie kryptowaluty Monero, ze szczególnym uwzględnieniem aspektów bezpieczeństwa i odporności systemu. Zweryfikowano, czy klaster zbudowany z niskokosztowych mikrokomputerów jest w stanie zapewnić bezpieczne i niezawodne funkcjonowanie w sieci blockchain oraz jak radzi sobie z awariami węzłów. Przeprowadzono eksperyment z klastrem złożonym z pięciu Raspberry Pi 5 skonfigurowanych w środowisku Kubernetes (k3s) – jeden węzeł nadrzędny i cztery podrzędne. Na każdym węźle uruchomiono kontenery z oprogramowaniem górniczym Monero (XMRig) w celu symulacji procesu wydobycia. Monitorowano parametry wydajności (hashrate, obciążenie CPU, pobór mocy, temperatury) podczas stopniowego dodawania kolejnych węzłów oraz symulowano awarię jednego z nich. Klaster osiągnął łączną moc obliczeniową ~1,6 kH/s przy pełnej konfiguracji (5 węzłów), a wzrost wydajności był bliski liniowemu wraz z dołączaniem kolejnych jednostek. Zużycie energii rosło proporcjonalnie do obciążenia – od ~2 W na węzeł w spoczynku do ~6-8 W pod pełnym obciążeniem. System okazał się stabilny termicznie (temperatury <60°C) i wysoce efektywny energetycznie (~50 H/s na wat mocy). Symulacja awarii ujawniła spadek wydajności klastra proporcjonalny do utraconego węzła oraz brak automatycznego przełączenia obciążenia na pozostałe jednostki, co wskazuje na ograniczoną odporność na uszkodzenia w obecnej konfiguracji. Mimo to klaster zachował ciągłość pracy pozostałych węzłów, potwierdzając potencjał zastosowań w środowiskach wymagających taniej, rozproszonej infrastruktury obliczeniowej.

This book chapter examines the feasibility of employing a Raspberry Pi micro-cluster to operate a decentralized blockchain network using the Monero cryptocurrency, with particular emphasis on system security and resilience. The study verifies whether a cluster built from low-cost single-board computers can provide secure and reliable blockchain operations and how it copes with node failures. An experiment was conducted with a cluster of five Raspberry Pi 5 boards configured under Kubernetes (k3s) – one master node and four worker nodes. Each board ran containers with the Monero mining software XMRig to simulate the mining process. Performance metrics (hash-rate, CPU load, power consumption, temperature) were monitored while successively adding nodes, and a failure of one node was simulated. Results show that the fully configured cluster (five nodes) achieved a cumulative computational power of approximately 1.6 kH/s, with nearly linear performance growth as additional units were added. Energy consumption increased proportionally with load-rising from ~2 W per node at idle to ~6-8 W under full load. The system remained thermally stable (temperatures < 60 °C) and highly energy-efficient (~50 H/s per watt). The failure simulation revealed a drop in cluster performance proportional to the lost node and no automatic workload fail-over, indicating limited fault tolerance in the current configuration. Nonetheless, the remaining nodes maintained continuous operation, confirming the potential of such clusters for environments that require low-cost, distributed computing infrastructure.