[論文レビュー] Blockchain in internet of things: Challenges and Solutions

Ali Dorri, Salil S. Kanhere+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2016

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 4被引用数 264

ひとこと要約

本論文は、従来のアプローチの制約とBCオーバーヘッドに対処しつつ、IoT のセキュリティとプライバシーを強化する軽量で階層的なブロックチェーンベースのアーキテクチャを提案します。

ABSTRACT

The Internet of Things IoT is experiencing exponential growth in research and industry, but it still suffers from privacy and security vulnerabilities. Conventional security and privacy approaches tend to be inapplicable for IoT, mainly due to its decentralized topology and the resource-constraints of the majority of its devices. BlockChain BC that underpin the crypto-currency Bitcoin have been recently used to provide security and privacy in peer-to-peer networks with similar topologies to IoT. However, BCs are computationally expensive and involve high bandwidth overhead and delays, which are not suitable for IoT devices. This position paper proposes a new secure, private, and lightweight architecture for IoT, based on BC technology that eliminates the overhead of BC while maintaining most of its security and privacy benefits. The described method is investigated on a smart home application as a representative case study for broader IoT applications. The proposed architecture is hierarchical, and consists of smart homes, an overlay network and cloud storages coordinating data transactions with BC to provide privacy and security. Our design uses different types of BCs depending on where in the network hierarchy a transaction occurs, and uses distributed trust methods to ensure a decentralized topology. Qualitative evaluation of the architecture under common threat models highlights its effectiveness in providing security and privacy for IoT applications.

研究の動機と目的

• 分散型トポロジとリソース制約に起因するIoTのセキュリティとプライバシーの課題を動機づける。
• IoT文脈における従来のセキュリティ手法の限界を特定する。
• IoTの導入に適した、セキュアでプライベート、かつ軽量なBCベースのアーキテクチャを提案する。
• スマートホーム、オーバーレイネットワーク、およびクラウドストレージを用いた階層設計でデータ取引を調整することを実証する。

提案手法

• 異なるブロックチェーンタイプを用いて、異なるネットワークレベルで取引が発生する階層アーキテクチャを提案する。
• トポロジ全体の分散化を維持するために分散型信頼手法を組み込む。
• ほとんどのセキュリティとプライバシーの利点を維持しつつBCオーバーヘッドを排除する。
• 広範なIoTアプリケーションを代表するスマートホームのケーススタディにこのアーキテクチャを適用する。
• 一般的な脅威モデルの下でセキュリティとプライバシーを定性的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーン技術をIoTに適応させ、過大なオーバーヘッドを生じさせずにプライバシーとセキュリティをどのように確保できるか？
• RQ2 階層的で多層のBCアプローチは、 IoTにおいて資源消費を抑えつつ同等のセキュリティとプライバシーの利点を提供できるか？
• RQ3 IoTシステムを脅かす具体的な脅威モデルは何か、提案アーキテクチャはそれらをどのように緩和するか？
• RQ4 IoTレイヤ（スマートホーム、オーバーレイ、クラウド）全体で分散型信頼を維持して分散化を保つことは実現可能か？

主な発見

• 階層的なBCベースのIoTアーキテクチャは、従来のBC展開と比較してオーバーヘッドを削減しつつセキュリティとプライバシーを強化できる。
• 階層内の取引発生場所に合わせて、さまざまなタイプのブロックチェーンが異なるネットワークレベルで使用される。
• 分散型信頼メカニズムはIoTトポロジ全体の分散化を維持するのに役立つ。
• 一般的な脅威モデルの下での定性的評価は、IoTアプリケーションのセキュリティ確保における有効性を示す。