[論文レビュー] A privacy-preserving system for data ownership using blockchain and distributed databases

Sabine Bertram, Co-Pierre Georg|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2018

Privacy-Preserving Technologies in Data参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、学術的または医療記録などの個人データの所有権をユーザーが主張できるが、プライバシーを保ちつつ限定的で制御可能なデータ共有を可能にする、ハイブリッドブロックチェーンおよび分散型データベースシステムを提案する。スマートコントラクトを用いて、分散型データベースに保存された匿名化されたデータと、中央集権的または自己主権型のボートに保存された暗号化された識別情報とをリンクすることで、ユーザーはいつでもアクセス権を取消できる。これにより、自己主権型アイデンティティを介して強い所有権に移行可能な実用的な「弱い」形のデータ所有権が実現される。

ABSTRACT

Blockchain has the potential to revolutionize the way we store, use, and process data. Information on most blockchains can be viewed by every node hosting the blockchain, which means that most blockchains cannot handle private data. Decentralized databases exist that guarantee privacy by encrypting user data with the user's private key, but this prevents easy data sharing. However, in many real world applications, from student data to medical records, it is desirable that user data is anonymously searchable. In this paper we present a novel system that gives users ownership over their data while at the same time enabling them to make their data searchable within previously agreed upon limits. Our system implements a strong notion of ownership using a self-sovereign identity system and a weak notion of ownership using multiple centralized databases together with a blockchain and a tumbling process. We discuss applications of our methods to university's student records and medical data.

研究の動機と目的

• 現在のウェブ2.0のデータモデルでは企業がユーザー生成データを管理しているため、ユーザー所有権の欠如に対処すること。
• 特に学生記録や医療情報などの機微なデータについて、プライバシーを損なわず、個人がそのデータへのアクセスを制御できるようにすること。
• 匿名で検索可能なデータクエリを可能にしつつ、ユーザーがアクセス権を取消したり、完全な所有権を主張できるようにするシステムを設計すること。
• パブリックブロックチェーンの限界（スケーラビリティの低さ、プライバシーの欠如、非効率な検索）を克服するため、ブロックチェーンと分散型および中央集権型データベースを組み合わせること。
• 教育および医療分野における実世界の応用を支援する実用的なデータ所有フレームワークを提供すること。

提案手法

• システムは、ユーザーの匿名化されたデータを分散型で管理される分散型データベースに保存し、スマートコントラクトのアドレスを固有の識別子として使用して、実在の個人と関連付けるのを防ぐ。
• 識別情報は、信頼できる管理者が管理する複数の中央集権型データベースに保存され、制限付きAPIおよびユーザー認証によってアクセスが制御される。
• パブリックブロックチェーン上に配置されたスマートコントラクトが、各データレコードとその識別情報の保存場所およびIDをリンクすることで、アクセス制御および所有権移転を可能にする。
• ユーザーは、スマートコントラクトの制御権を自分のアドレスに移譲することで、所有権を主張できる。これにより、他人がデータを自分のアイデンティティと関連付けるのを防げる。
• 強い所有権を実現するには、ユーザーが自分の個人デバイス上に自己主権型アイデンティティ（SSI）ボートに識別情報を移行し、スマートコントラクトをSSIアプリを指すように更新する。
• システムは個別ケースごとのデータ共有をサポートする：ユーザーが第三者（例：医師）にスマートコントラクトのアドレスを共有すると、その第三者はシステムのアクセス制御ルールに従って、関連データに対して読み取り／書き込みアクセスが可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プライバシーまたは使いやすさを損なわずに、分散型システムにおいてデータ所有権を意味的に実装する方法は何か？
• RQ2 ブロックチェーン、分散型データベース、中央集権的管理を組み合わせたハイブリッドアーキテクチャは、機微な記録における実用的なデータ所有権を可能にするか？
• RQ3 ユーザーがデータの制御を維持しつつ、承認された第三者がそのデータにアクセス・更新できるようにするには、どのような仕組みが必要か？
• RQ4 識別情報が露呈されないまま、相対的データクエリ（例：「私は上位5％に入っていますか？」）を可能にするメカニズムは何か？
• RQ5 ユーザーが弱い所有権から強い所有権に移行するにはどうすればよく、自己主権型アイデンティティシステムはそのプロセスにおいて果たす役割は何か？

主な発見

• スマートコントラクトの更新により、中央集権型データベースに存在しないまたは無効なIDを指すようにすることで、ユーザーがいつでもデータへのアクセス権を取消できるため、実用的な「弱い」形のデータ所有権が実現される。
• ユーザーが識別情報を自分の個人デバイス上に配置された自己主権型アイデンティティ（SSI）ボートに移行させることで、「強い」データ所有権を達成できる。これにより、中央集権型データベースから完全にデータを削除できる。
• アーキテクチャは、匿名で検索可能なクエリをサポートしており、教育分野における全国的パフォーマンス比較や、医療記録のグローバル緊急アクセスといったユースケースを可能にする。
• スマートコントラクトを通じてデータとアイデンティティを分離することで、プライバシーを保持しつつ、信頼できる管理者による承認されたデータ共有および更新を可能にする。
• システムは、オンチェーンにメタデータとポインタのみを保存することで、パブリックブロックチェーンのスケーラビリティおよびプライバシーの制限を軽減し、機微なデータは暗号化され、アクセス制御されたオフチェーンデータベースに保持される。
• 動的アクセス制御が可能である：第三者がアクセスを要求した際、ユーザーは通知を受け取り、意思決定に基づいたオンデマンドでの共有が可能になる。