[論文レビュー] Blockchain for the Internet of Things: Present and Future

Francesco Restuccia, Salvatore D’Oro+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 88被引用数 42

ひとこと要約

本論文は、ブロックチェーンがIoTのセキュリティとプライバシー課題にどう対処できるかを概説し、ブロックチェーンの基礎、IoT特有のアーキテクチャ、スケーラブルで省エネルギーなIoTブロックチェーンソリューションの研究開発課題のロードマップを議論する。

ABSTRACT

One of the key challenges to the IoT's success is how to secure and anonymize billions of IoT transactions and devices per day, an issue that still lingers despite significant research efforts over the last few years. On the other hand, technologies based on blockchain algorithms are disrupting today's cryptocurrency markets and showing tremendous potential, since they provide a distributed transaction ledger that cannot be tampered with or controlled by a single entity. Although the blockchain may present itself as a cure-all for the IoT's security and privacy challenges, significant research efforts still need to be put forth to adapt the computation-intensive blockchain algorithms to the stringent energy and processing constraints of today's IoT devices. In this paper, we provide an overview of existing literature on the topic of blockchain for IoT, and present a roadmap of research challenges that will need to be addressed to enable the usage of blockchain technologies in the IoT.

研究の動機と目的

• 集中モデルが提起するIoTのセキュリティとプライバシー課題を動機づける。
• 分散化された信頼できるIoTシステムを実現するブロックチェーンの基礎と可能性を紹介する。
• スマートエネルギー、環境、ロボティクス、輸送、サプライチェーンにわたる既存のブロックチェーンベースのIoTアプリケーションを調査する。
• IoT適合のアーキテクチャや暗号技術上の課題を特定し、IoT向けのブロックチェーン採用の研究ロードマップを提案する。

提案手法

• ブロック、ハッシュ、コンセンサスとPoW/PoS/PoIの機構の要点を説明する。
• 51%攻撃を含むセキュリティ面と緩和戦略を議論する。
• スマートエネルギー、スマート環境、ロボティクス、輸送、サプライチェーンといったアプリケーション領域別にブロックチェーンベースのIoTシステムを調査する。
• IoTに関連するスマートコントラクトやソフトウェア/コンテンツの検証といった技術を説明する。
• スケーラビリティ、IoT適合のセキュリティ、信頼性に対処するロードマップを提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTの制約に適用可能なコアなブロックチェーン技術と合意機構は何か。
• RQ2 ブロックチェーン対応のスマートコントラクトは自律的なIoTの相互作用とアクセス制御をどう支援できるか。
• RQ3 ブロックチェーンが解決できる主要なIoTのセキュリティ、プライバシー、信頼性の課題は何で、未解決の研究課題は何か。
• RQ4 IoTのスケーラビリティを損なうことなくセキュリティを維持する設計はどのようなものか（例：DAG/タングル、クラスタリング）。
• RQ5 エネルギー・計算資源が制約されたIoT機器にブロックチェーンを適応させるために必要な今後の研究方向は何か。

主な発見

• ブロックチェーンはIoTデータと取引に対して匿名性、分散化、否認防止の利点を提供する。
• コンセンサス機構（PoW、PoS、PoI）はIoT展開に関連するエネルギー消費、計算量、遅延のトレードオフを持つ。
• スマートコントラクトは自律的で信頼できるIoT相互作用を実現し、アクセス制御やサプライチェーン監視を支援できる。
• ブロックチェーンはソフトウェア/ファームウェアの検証とライセンス認証を支援し、IoTエコシステムにおける信頼できる更新と著作権保護を実現する。
• スケーラビリティの課題には、クラスタリングやDAGベースのアプローチ（例：IOTA、ITC）などIoT特有の解決策が必要で、マイニングと検証の負荷を低減する。