[論文レビュー] On-Chain IoT Data Modification in Blockchains

Sina Rafati Niya, Julius Willems+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、チェイム・ハッシュを用いた、GDPR準拠でオンチェーンのIoTデータ変更を可能にする解決策を提案している。この手法により、ブロック構造を変更せずに、個々の取引フィールドに対する細かく、ユーザーが制御可能な更新が可能となる。このアプローチは、変更不能性、追跡可能性、およびトランザクション集約などのブロックチェーン最適化との互換性を保っている。

ABSTRACT

In recent years, the interest growth in the Blockchains (BC) and Internet-of-Things (IoT) integration -- termed as BIoT -- for more trust via decentralization has led to great potentials in various use cases such as health care, supply chain tracking, and smart cities. A key element of BIoT ecosystems is the data transactions (TX) that include the data collected by IoT devices. BIoT applications face many challenges to comply with the European General Data Protection Regulation (GDPR) i.e., enabling users to hold on to their rights for deleting or modifying their data stored on publicly accessible and immutable BCs. In this regard, this paper identifies the requirements of BCs for being GDPR compliant in BIoT use cases. Accordingly, an on-chain solution is proposed that allows fine-grained modification (update and erasure) operations on TXs' data fields within a BC. The proposed solution is based on a cryptographic primitive called Chameleon Hashing. The novelty of this approach is manifold. BC users have the authority to update their data, which are addressed at the TX level with no side-effects on the block or chain. By performing and storing the data updates, all on-chain, traceability and verifiability of the BC are preserved. Moreover, the compatibility with TX aggregation mechanisms that allow the compression of the BC size is maintained.

研究の動機と目的

• ブロックチェーン統合型IoT（BIoT）システムにおけるGDPR準拠の課題、特にデータの変更不能性と個人情報の訂正・消去権との矛盾に対処すること。
• データ所有者が自身の個人情報を直接制御できるように、取引レベルでの細かく、オンチェーンのIoTデータ変更を可能にすること。
• ブロックチェーンの整合性、追跡可能性、およびトランザクション集約などの既存の最適化との互換性を維持する解決策を設計すること。
• データ所有者以外のユーザーによる更新を防止する暗号的アクセス制御により、データ所有者だけが自身のデータを変更できることを保証すること。
• 外部機関や中央集権的機関に依存しない、自己完結的で分散型のメカニズムを提供すること。

提案手法

• チェイム・ハッシュ関数（CHF）を活用し、ブロックチェーン取引内のデータフィールドに対して衝突に基づく更新を可能にし、ブロック構造を変更せずに承認された変更を実現する。
• 元の取引を参照する別個の取引（UpdateTxs）として更新操作を保存し、監査可能性と追跡可能性を確保する。
• 各ユーザーのアカウントごとにCHFパラメータを管理し、データ所有者のみが自身の取引に対して有効なハッシュ衝突を生成できるようにする。
• 更新処理をオンチェーンで実行し、ブロックチェーンのブロック構造を変更しないように設計することで、チェーンの変更不能性を維持する。
• ブロックレベルのデータやコンセンサスロジックを変更しないことで、トランザクション集約などの既存のブロックチェーンスケーラビリティ手法との互換性を確保する。
• PoSベースでIoTに特化したブロックチェーン（Bazo）内に実装し、クライアントおよびマイナー側のプロセスに変更を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンシステムは、変更不能性と追跡可能性を保ちつつ、IoTデータに対してGDPR準拠のデータ変更をどのようにサポートできるか？
• RQ2 ブロックチェーンのブロック構造を変更せずに、個々の取引フィールドに対する細かく、ユーザーが制御可能な更新を可能にする暗号的プリミティブは何か？
• RQ3 中央集権的機関や外部システムに依存せずに、分散型でオンチェーンのデータ訂正および消去を実現できる解決策を設計できるか？
• RQ4 トランザクション集約やその他のスケーラビリティ最適化と互換性を保ちつつ、動的データ更新をサポートするブロックチェーンシステムはどのように設計できるか？
• RQ5 許可された、IoTに特化したブロックチェーンにおけるオンチェーンデータ変更にチェイム・ハッシュを用いる場合のセキュリティ的および運用的影響は何か？

主な発見

• 提案された解決策により、データ所有者が自身の個人情報をブロックチェーン上で直接更新または消去できる、細かく、オンチェーンの取引レベルでのIoTデータ変更が可能になる。
• すべての更新はチェイム・ハッシュを用いて実行され、承認されたユーザーが自身の取引に対してハッシュ衝突を生成することで、ブロック構造を変更せずにデータを変更可能になる。
• すべての更新取引がブロックチェーン上に保存されるため、監査可能性と追跡可能性が完全に維持され、他の取引と同様に検証可能である。
• 更新処理がブロックレベルのデータやコンセンサスメカニズムに影響を与えないため、トランザクション集約などのブロックチェーンスケーラビリティ最適化と完全に互換性がある。
• CHFパラメータが個々のユーザーのアカウントに紐づけられているため、データ所有者以外による変更が不可能となり、データ所有者のみが自身のデータを変更できる。
• 更新処理は1分未満で完了し、実世界のBIoTアプリケーションへの実用的導入においても十分なパフォーマンスを示している。