[論文レビュー] A Blockchain-based Approach for Data Accountability and Provenance Tracking

Ricardo Neisse, Gary Steri+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、GDPR下でのデータの責任性と履歴追跡を向上させるブロックチェーンベースのスマートコントラクトシステムを提案している。これにより、データ主体が使用ポリシーを強制し、データへのアクセスを追跡できる。2つのモデル—細かく制御可能なデータ主体がコントラクトをデプロイするモデルと、スケーラビリティに優れたコントローラーがコントラクトをデプロイするモデル—を評価し、プライバシー、パフォーマンス、スケーラビリティのトレードオフを伴うが実現可能性を示している。

ABSTRACT

The recent approval of the General Data Protection Regulation (GDPR) imposes new data protection requirements on data controllers and processors with respect to the processing of European Union (EU) residents' data. These requirements consist of a single set of rules that have binding legal status and should be enforced in all EU member states. In light of these requirements, we propose in this paper the use of a blockchain-based approach to support data accountability and provenance tracking. Our approach relies on the use of publicly auditable contracts deployed in a blockchain that increase the transparency with respect to the access and usage of data. We identify and discuss three different models for our approach with different granularity and scalability requirements where contracts can be used to encode data usage policies and provenance tracking information in a privacy-friendly way. From these three models we designed, implemented, and evaluated a model where contracts are deployed by data subjects for each data controller, and a model where subjects join contracts deployed by data controllers in case they accept the data handling conditions. Our implementations show in practice the feasibility and limitations of contracts for the purposes identified in this paper.

研究の動機と目的

• GDPR下での透明性があり、プライバシーを守るソリューションの不足に対処する。
• データ主体が、複数のコントローラーやプロセッサをまたいで、誰が自分の個人データにアクセス・使用・移転したかを追跡できるようにする。
• データコントローラーが、同意および使用ポリシーに準拠していることを証明するための検証可能で公開可能な監査可能なメカニズムを提供する。
• ブロックチェーンベースのデータガバナンスにおける粒度、プライバシー、パフォーマンス、スケーラビリティのトレードオフを評価する。
• 実世界のシナリオにおいて、スマートコントラクトを用いたデータ使用ポリシーの強制が実現可能であることを示す。

提案手法

• 特定のイーサリアムを含むパブリックブロックチェーン技術を活用し、データ使用ポリシーと履歴追跡メカニズムをエンコードしたスマートコントラクトをデプロイする。
• データ主体がコントローラー／プロセッサごとにコントラクトをデプロイするモデルと、コントローラーがコントラクトをデプロイし、データ主体が参加するモデルの2つの異なるモデルを設計・実装する。
• スマートコントラクトに論理としてエンコードされた、細かく制御されたアクセス、使用、移転条件を定義するためのポリシー言語を用いる。
• 実際のデータはオフチェーンに保存し、ブロックチェーン上にはハッシュ値とメタデータのみを格納することで、ストレージ負荷を軽減し、スケーラビリティを向上させる。
• 暗号ハッシュ化と公開検証可能性を活用し、機微なデータを露呈せずにデータの完全性と監査可能性を保証する。
• 実装とベンチマークを通じてパフォーマンスとスケーラビリティを評価し、トランザクション数の増加やネットワークの混雑といったボトルネックを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンベースのスマートコントラクトを、GDPR下でプライバシーを守りながら、どのようにデータ使用ポリシーを強制できるか。
• RQ2 粒度、プライバシー、スケーラビリティの観点から、データ主体がデプロイするコントラクトモデルとコントローラーがデプロイするコントラクトモデルの間で、どのようなトレードオフが生じるか。
• RQ3 パブリックブロックチェーンを用いた大規模なデータの履歴追跡と責任性確保において、パフォーマンスとスケーラビリティの制限は何か。
• RQ4 データ主体は、自分の同意が尊重され、データが無許可で不正に使用または移転されていないことをどのように検証できるか。
• RQ5 スケーラビリティの問題を緩和するためのアーキテクチャパターン（例：シャーディング、プライベートチェーン）は何か。

主な発見

• データ主体がデプロイするコントラクトモデルは、細かく制御可能で、強いプライバシー保証を提供するため、医療記録のような機微なデータに適している。
• コントローラーがデプロイするコントラクトモデルは、頻繁にアクセスされ、更新される高スルーレートの動的データワークロードにおいて、より優れたスケーラビリティとパフォーマンスを提供する。
• 1人のユーザーのサブスクリプションごとに2つのブロックチェーントランザクションを発行するオーバーヘッドが、ビットコインのようなパブリックブロックチェーンを混雑させることを示しており、スケーラビリティの制限を浮き彫りにしている。
• パフォーマンスとスケーラビリティは主な課題であり、特に多数のコントラクトやイベントが発生する場合には、シャーディングやプライベートチェーンなどのアーキテクチャ的拡張が不可欠である。
• オフチェーンでのデータ保存に加え、ブロックチェーン上でのハッシュ値の利用により、データの機密性を保ちつつ監査可能性と完全性を維持できる。
• 将来的な改善策として、ハイパーレッジスベースのビジネスブロックチェーンや、ポリシーからコントラクトへの自動変換技術が、本番環境への導入に向けた有望な道筋であると同定された。