[論文レビュー] Decentralized User-Centric Access Control using PubSub over Blockchain

Sayed Hadi Hashemi, Faraz Faghri+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、ブロックチェーンと発行/購読（pub/sub）メッセージングを活用して、IoT やスマートシティなどの分散環境において、細粒度で監査可能なデータ共有を実現する、分散型でユーザー中心のアクセス制御システム Dusc を提案する。データ保存とアクセス制御を分離し、能力ベースの承認を採用することで、スケーラビリティ、プライバシー、透明性を確保しながら、スケールにおいても正しさと使いやすさを維持する。

ABSTRACT

We present a mechanism that puts users in the center of control and empowers them to dictate the access to their collections of data. Revisiting the fundamental mechanisms in security for providing protection, our solution uses capabilities, access lists, and access rights following well-understood formal notions for reasoning about access. This contribution presents a practical, correct, auditable, transparent, distributed, and decentralized mechanism that is well-matched to the current emerging environments including Internet of Things, smart city, precision medicine, and autonomous cars. It is based on well-tested principles and practices used in a distributed authorization, cryptocurrencies, and scalable computing.

研究の動機と目的

• IoT、スマートシティ、および精密医学などの大規模で分散型の環境における中央集権的アクセス制御の課題に対処すること。
• ユーザーが自身のデータの誰がアクセスできるか、およびどのような条件下でアクセスできるかを完全に制御できるようにすること。
• 信頼できる第三者に依存せずに、スケーラブルでプライバシーを保護し、監査可能であり、データ規制に準拠するシステムを設計すること。
• 正しさと使いやすさを保ちながら、大規模な分散型データソース間でシームレスで非同期のデータ共有を可能にすること。

提案手法

• データ保存とアクセス制御を分離することで、データを元の場所に保ちつつ、アクセスポリシーを別に管理できるようにする。
• アクセス権利を暗号的に署名された能力として表現する能力ベースのアクセス制御モデルを採用する。
• メッセージの永続性、可用性、監査可能性を保証するため、ブロックチェーン上に構築された発行/購読（pub/sub）メッセージングシステムを採用する。
• 高負荷下でもほぼ線形の性能を達成するため、発行/購読レイヤーでブルームフィルタを活用する。
• データ管理のための5メッセージプロトコルを実装し、アクセス要求の作成、裏付け、検証をサポートする。
• データ所有者、リクエスター、裏付け人らが、分散ネットワーク上で標準化され、検証可能なメッセージを介して相互にやり取りするモジュラーなアーキテクチャを導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoT やスマートシティなどの分散型で大規模なシステムにおいて、ユーザーが自身のデータを完全に制御するにはどうすればよいか？
• RQ2 中央集権的信頼を必要とせず、スケーラブルで監査可能かつプライバシーを保護するデータ共有を実現するメカニズムは何か？
• RQ3 数十億台のデバイスを含む非同期で分散型の環境において、アクセス制御を正しく、使いやすく、効率的に実現するにはどうすればよいか？
• RQ4 ブロックチェーンと発行/購読（pub/sub）メッセージングは、スケール上でリアルタイムで安全かつ透明なデータアクセス制御をどの程度サポートできるか？

主な発見

• 承認チェックの処理時間は、能力の数に比例して線形にスケーリングされ、100万個の能力を含むリクエストでも2.6秒で処理可能である。
• メッセージ作成および検証のオーバーヘッドは無視できるほど小さく、100個の能力ですら検証時間は200ms未満である。
• ブルームフィルタを用いたメッセージフィルタリングは、100万個のキーを含んでも1トランザクションあたり平均1.12e−5秒のフィルタリング時間で実現可能である。
• 形式的検証を通じて正しさとセキュリティが保証されており、付録Iで実証済みである。
• データ保存とアクセス制御の分離により、データが元の場所にとどまり、データ移動が削減され、スケーラビリティが向上する。
• システムは非同期動作をサポートしており、ブロックチェーンと発行/購読（pub/sub）によりメッセージの永続性と可用性が保証され、通信状態が不安定であっても問題ない。