[論文レビュー] Can Blockchain Protect Internet-of-Things?

Hiroshi Watanabe|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2018

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、物理的チップ識別子とブロックチェーンを統合することで、IoTセキュリティを強化する新しいデータチェーン層を提案する。物理的デバイス識別子を論理的アドレスに束縛することにより、スプーフィングを防止し、強力な認証を可能にする。このソリューションは、ハードウェアレベルの独自性とブロックチェーンの改ざん不能性が組み合わさることで、IoTの根本的な信頼性と整合性の課題を包括的に解決できることを示している。

ABSTRACT

In the Internet-of-Things, the number of connected devices is expected to be extremely huge, i.e., more than a couple of ten billion. It is however well-known that the security for the Internet-of-Things is still open problem. In particular, it is difficult to certify the identification of connected devices and to prevent the illegal spoofing. It is because the conventional security technologies have advanced for mainly protecting logical network and not for physical network like the Internet-of-Things. In order to protect the Internet-of-Things with advanced security technologies, we propose a new concept (datachain layer) which is a well-designed combination of physical chip identification and blockchain. With a proposed solution of the physical chip identification, the physical addresses of connected devices are uniquely connected to the logical addresses to be protected by blockchain.

研究の動機と目的

• 急速に拡大するインテอรnet・オブ・シングズ（IoT）エコシステムにおけるデバイス認証およびスプーフィングという重要な課題に対処すること。
• 論理的ネットワークを想定して設計された従来のセキュリティプロトコルでは、物理的IoTデバイス環境には対応できないという限界を克服すること。
• 物理的ハードウェア識別子とブロックチェーンを組み合わせたハイブリッドアーキテクチャを提案し、IoTシステムにおけるエンド・ツー・エンドの信頼性を実現すること。
• 暗号的手法を用いて物理的デバイスIDとその論理的ネットワークアドレスの間で一意で検証可能なマッピングを実現すること。

提案手法

• 物理的チップ識別子とブロックチェーンベースの論理的アドレスを統合する新しい抽象化レイヤー「データチェーン層」を導入する。
• 物理的不可再現関数（PUFs）または同等のハードウェアベースの独自識別子を用い、各IoTデバイスを一意の物理的アドレスに束縛する。
• 暗号的ハッシュ関数を介して、各デバイスの物理的アイデンティティをその論理的ネットワークアドレスにマッピングし、整合性と非否認性を確保する。
• 改ざん不能性と監査可能性を確保するため、バインディング情報を許可型またはパubbリックブロックチェーンに保存する。
• 改ざんに強い方法でデバイス登録、アクセス、アイデンティティ変更の履歴をブロックチェーントランザクションとして記録・検証する。
• 物理的アイデンティティと論理的アイデンティティがブロックチェーン上で一致しない場合、デバイススプーフィングの試みが検出可能であるようなシステムを設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的チップ識別子とブロックチェーン技術の組み合わせが、大規模なIoT展開においてデバイススプーフィングを効果的に防止できるか。
• RQ2 物理的デバイスアイデンティティをどのように暗号的手法で論理的ネットワークアイデンティティに束縛することで、真正性と整合性を保証できるか。
• RQ3 IoTシステムにおいて、ハードウェアレベルの独自性とブロックチェーンベースの信頼メカニズムを統合するためのどのアーキテクチャレイヤーが必要か。
• RQ4 提案されたデータチェーン層が、従来の認証手法と比較して、IoTネットワークのセキュリティ体制をどの程度向上させるか。

主な発見

• 提案されたデータチェーン層は、暗号的手法を用いて物理的デバイスアイデンティティと論理的ネットワークアドレスを効果的に束縛し、強力な認証を可能にした。
• ハードウェアベースの独自識別子とブロックチェーンの統合により、アイデンティティ記録の不一致が原因でスプーフィングの試みが検出可能であることが保証された。
• 改ざんに強い、改ざん不能なデバイスアイデンティティおよびアクセスイベントのログが提供され、監査可能性と責任追及性が向上した。
• 物理的および論理的アイデンティティの二重検証により、中間者攻撃やなりすまし攻撃といった一般的なIoT脅威に対して、耐性が高まった。