[論文レビュー] Consortium Blockchain for Security and Privacy-Preserving in E-government Systems

Noe Elisa, Longzhi Yang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、中央集権的な電子政府プラットフォームにおけるセキュリティとプライバシーを強化するため、コンsortiumブロックチェーンを活用した電子政府システムを提案する。事前に選定されたノードによる共有可能で部分公開の許可ブロックチェーンを採用することで、分散型の信頼性を確保し、単一障害点を回避するとともに、低遅延かつ高スループットを実現し、実世界の電子政府応用における実現可能性を示している。

ABSTRACT

Since its inception as a solution for secure cryptocurrencies sharing in 2008, the blockchain technology has now become one of the core technologies for secure data sharing and storage over trustless and decentralised peer-to-peer systems. E-government is amongst the systems that stores sensitive information about citizens, businesses and other affiliates, and therefore becomes the target of cyber attackers. The existing e-government systems are centralised and thus subject to single point of failure. This paper proposes a secure and decentralised e-government system based on the consortium blockchain technology, which is a semi-public and decentralised blockchain system consisting of a group of pre-selected entities or organisations in charge of consensus and decisions making for the benefit of the whole network of peers. In addition, a number of e-government nodes are pre-selected to perform the tasks of user and transaction validation before being added to the blockchain network. Accordingly, e-government users of the consortium blockchain network are given the rights to create, submit, access, and review transactions. Performance evaluation on single transaction time and transactions processed per second demonstrate the practicability of the proposed consortium blockchain-based e-government system for secure information sharing amongst all stakeholders.

研究の動機と目的

• 中央集権的な電子政府システムが単一障害点やサイバー攻撃に対して脆弱であるというセキュリティおよびプライバシー上の脆弱性を是正すること。
• コンsortiumブロックチェーン技術を用いて、分散型で信頼不要な電子政府アーキテクチャを設計すること。
• 事前に選定された信頼できるノードを用いて、ユーザー認証、取引検証、アクセス制御を安全に実現すること。
• 実世界の展開を想定した、トランザクション処理速度および遅延の観点からのシステム性能を評価すること。
• ステークホルダーが透明性を保ちつつプライバシーを守れる形で、取引の作成、提出、アクセス、監査を可能にすること。

提案手法

• 本システムは、事前に定義された信頼できる組織の集合体を検証者および合意形成参加者として有するコンsortiumブロックチェーンアーキテクチャを採用する。
• 事前に選定された電子政府ノードが、ブロックチェーンに追加される前にユーザーおよび取引の検証を担当する。
• 許可型ブロックチェーンの性質により、承認されたエンティティのみが合意形成およびデータ管理に参加できることが保証される。
• 暗号技術を用いて、取引中のデータ整合性およびユーザーのプライバシーを保護する。
• 本システムは、ユーザーが読み取りおよび書き込み操作を実行でき、取引の作成、提出、アクセス、レビューを可能にする。
• スケーラビリティおよび効率性の評価のために、単一取引時間および1秒あたりの取引数を用いた性能評価が実施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンsortiumブロックチェーンアーキテクチャは、中央集権的な電子政府システムのセキュリティおよびプライバシーをどのように向上させ得るか？
• RQ2 電子政府取引処理における許可型ブロックチェーンの使用が、遅延およびスループットの観点でどのような性能影響を及ぼすか？
• RQ3 信頼できるノードを有する部分公開ブロックチェーンモデルは、分散性を維持しつつ、単一障害点を効果的に防止できるか？
• RQ4 提案されたシステムは、信頼しない環境下でもユーザー認証および取引整合性をどのように確保するか？
• RQ5 本システムは、電子政府のステークホルダー間で、リアルタイムかつスケーラブルな情報共有をどの程度実現できるか？

主な発見

• 提案されたコンsortiumブロックチェーンシステムは、従来の中央集権的電子政府システムに内在する単一障害点のリスクを効果的に低減している。
• 性能評価の結果、単一取引時間は低く抑えられており、リアルタイム応用に適した応答性を示している。
• 1秒あたりの取引数において高いスループットを達成しており、電子政府ワークロードにおける実用的スケーラビリティを示している。
• 合意形成および検証に事前に選定された信頼できるノードを用いることで、システムのセキュリティおよび効率性が向上している。
• アーキテクチャは、承認されたステークホルダーによる取引の作成、提出、アクセス、レビューを含む、ライフサイクル全般の管理を可能としている。
• 結果から、本システムを実世界の電子政府環境に展開することが実現可能であることが確認された。