[論文レビュー] Mind My Value: a decentralized infrastructure for fair and trusted IoT data trading

Paolo Missier, Shaimaa Bajoudah+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 15被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、Ethereumスマートコントラクトを用いて、自動的で透明かつ信頼性の高いメーター計算と決済を可能にする、公平で信頼できる分散型IoTデータ取引のインフラを提案する。主な貢献は、最小限のオーバーヘッドで細分化されたリアルタイムデータ取引を実現する、経済的に持続可能なモデルであり、Ethereumベースのプロトタイプとパフォーマンス評価を通じて検証されている。

ABSTRACT

Internet of Things (IoT) data are increasingly viewed as a new form of massively distributed and large scale digital assets, which are continuously generated by millions of connected devices. The real value of such assets can only be realized by allowing IoT data trading to occur on a marketplace that rewards every single producer and consumer, at a very granular level. Crucially, we believe that such a marketplace should not be owned by anybody, and should instead fairly and transparently self-enforce a well defined set of governance rules. In this paper we address some of the technical challenges involved in realizing such a marketplace. We leverage emerging blockchain technologies to build a decentralized, trusted, transparent and open architecture for IoT traffic metering and contract compliance, on top of the largely adopted IoT brokered data infrastructure. We discuss an Ethereum-based prototype implementation and experimentally evaluate the overhead cost associated with Smart Contract transactions, concluding that a viable business model can indeed be associated with our technical approach.

研究の動機と目的

• 中央集権的な管理機関が存在しない分散型の参加者間で、リアルタイムのIoTデータストリームの公平で透明な取引を可能にすること。
• 中央集権的な信頼に依存しない仕組みを導入することで、既存のデータマーケットプレイスにおける信頼性とインcentiveの欠如を是正すること。
• データプロバイダーとデータ消費者の両者に対して、細分化されたレベルで公平に報酬を支払うシステムを設計すること。
• ブロックチェーン技術（特にEthereumスマートコントラクト）を用いた、スケーラブルで自動化された契約履行がIoTデータ取引に適しているかどうかを評価すること。
• 動的で分散型のデータマーケットプレイスを技術的かつ経済的に実現可能なインfraを構築すること。

提案手法

• エッジデバイスからクラウドベースのバリューアンプティドサービス（VAS）へのIoTデータフローの細分化されたトラフィックメーター計算を可能にする、修正済みのMosquitto MQTTブローカーを採用。
• Ethereumブロックチェーン上のスマートコントラクトを用いて、データ取引契約の定義・履行・決済を自動化し、信頼できる中立的な仲介者を不要にする。
• 動的でマルチパーティ対応の契約をサポートし、既存のIoTブローカー型データインfraと統合することで、互換性とスケーラビリティを維持。
• 単位あたりのメッセージコストとして定義された価格モデルを採用し、下位のメーター計算と決済メカニズムとは直交的に設計。
• 契約遵守状態に疑義が生じた場合に、スマートコントラクトが自動的に発動する紛争解決メカニズムを統合。
• 実験的評価により、Ethereum上での取引オーバーヘッドを測定し、契約決済レートの変動に応じたパフォーマンスを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型でブロックチェーンベースのインフラは、中央集権的な信頼機関が存在しない状況でも、公平で透明なIoTデータ取引を可能にするか？
• RQ2 Ethereumスマートコントラクトを用いたIoTシステムにおけるリアルタイムの契約決済に、どれほどのパフォーマンスオーバーヘッドが生じるか？
• RQ3 スマートコントラクトを用いた、メッセージ単位の細分化されたIoTデータ取引に、実用的な経済モデルが存在するか？
• RQ4 信頼性と適合性を保証しつつ、大規模なIoTデータフローのメーター計算と監視をどのように実現できるか？
• RQ5 スマートコントラクトは、複数のプロバイダーと消費者間で複雑で動的なデータ契約をリアルタイムで効果的に管理できるか？

主な発見

• 実験的評価により、Ethereumスマートコントラクトが異なる到着レートの契約決済ストリームを処理できることを確認し、技術的実現可能性を裏付けた。
• スマートコントラクト取引のオーバーヘッドコストは低く、メッセージ単位のIoTデータ取引に実用的なビジネスモデルを支えるのに十分である。
• プロトタイプ実装は、トラフィックメーター計算とEthereumベースの契約履行を効果的に統合しており、アーキテクチャ的コンセプトの妥当性を証明した。
• 自動的で透明かつ検証可能な決済により、データプロバイダーと消費者の両者に対して公平な報酬支払いが可能になった。
• 本アプローチは特定の価格モデルに依存せず、IoTデータのさまざまな動的価格フレームワークと統合可能である。
• 本研究では、スマートコントラクトをIoTアーキテクチャに統合する際の主な課題（パフォーマンスのボトルネックや設計の複雑さ）を同定し、今後の改善のための記録を残した。