[論文レビュー] Privacy Preserving and Cost Optimal Mobile Crowdsensing using Smart Contracts on Blockchain

Dimitris Chatzopoulos, Sujit Gujar+2 more|Rare & Special e-Zone (The Hong Kong University of Science and Technology)|Aug 13, 2018

Mobile Crowdsensing and Crowdsourcing参考文献 21被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、スマートコントラクトを用いて空間的クラウドセンシングのためのコスト最適で真実性を保証するタスク割り当てを可能にする、ブロックチェーンベースでプライバシーを守るモバイルクラウドセンシングシステムを提案する。ISPと許可型ブロックチェーンを活用することで、ユーザーの匿名性と位置プライバシーを確保するとともに、独創的な真実性を保証するオークションメカニズムにより、最新の手法と比較してプロバイダのコストを最大10倍まで削減する。

ABSTRACT

The popularity and applicability of mobile crowdsensing applications are continuously increasing due to the widespread of mobile devices and their sensing and processing capabilities. However, we need to offer appropriate incentives to the mobile users who contribute their resources and preserve their privacy. Blockchain technologies enable semi-anonymous multi-party interactions and can be utilized in crowdsensing applications to maintain the privacy of the mobile users while ensuring first-rate crowdsensed data. In this work, we propose to use blockchain technologies and smart contracts to orchestrate the interactions between mobile crowdsensing providers and mobile users for the case of spatial crowdsensing, where mobile users need to be at specific locations to perform the tasks. Smart contracts, by operating as processes that are executed on the blockchain, are used to preserve users' privacy and make payments. Furthermore, for the assignment of the crowdsensing tasks to the mobile users, we design a truthful, cost-optimal auction that minimizes the payments from the crowdsensing providers to the mobile users. Extensive experimental results show that the proposed privacy preserving auction outperforms state-of-the-art proposals regarding cost by ten times for high numbers of mobile users and tasks.

研究の動機と目的

• 空間的モバイルクラウドセンシングにおけるユーザーのプライバシーとコスト効率の二重の課題に取り組むこと。
• サービスプロバイダからモバイルユーザーの身元と位置情報が機密に保たれることを保証すること。
• 支払いを最小限に抑えつつ、参加コストの真実な申告を促す真実性を保証するコスト最適オークションメカニズムを設計すること。
• ブロックチェーン上のスマートコントラクトを用いて、クラウドセンシングプロバイダ、モバイルユーザー、ISP間の安全で分散型の調整を可能にすること。

提案手法

• データの完全性と改ざん不能性を保証するため、ISPおよび関心を持つ当事者が管理するブロックチェーンを採用する。
• ブロックチェーン上のスマートコントラクトが、タスク登録、入札、支払い分配、データアクセス制御を処理する。
• ゲーム理論的原則を用いて、真実に即したタスク割り当てと総支払いの最小化を実現する、独創的なコスト最適オークション（CSOPT）を設計する。
• ISPは信頼できる仲介者として機能し、ユーザーの身元を露呈せずに、基地局を介して位置に基づくタスク実行を検証する。
• ブロックチェーンのトランザクションプライバシー機能がユーザーの身元を隠蔽し、スマートコントラクトが支払いおよびタスク実行のロジックを強制する。
• 既存のモバイルネットワークと統合可能であり、スマートコントラクトのデプロイおよび実行にイーサリアムに類似した実行環境を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユーザーの身元を露呈せずに、指定された地理的場所でのみクラウドセンシングデータが収集されるようにするにはどうすればよいか？
• RQ2 サービスプロバイダおよびネットワークインfraからモバイルユーザーのプライバシーをどのように保護できるか？
• RQ3 参加コストの真実な入札を保証しながら、コストを最小限に抑える方法でタスクをモバイルユーザーに割り当てるにはどうすればよいか？
• RQ4 中央集権的なシステムと比較して、ブロックチェーンを用いた調整の性能オーバーヘッドはどの程度か？

主な発見

• 高密度のモバイルユーザーとタスク環境下では、提案されたCSOPTオークションが最新の手法と比較して、総支払いコストを最大10倍まで削減する。
• CSOPTアルゴリズムの処理コストはユーザー数およびタスク数に対して部分線形的に増加し、1,000人のユーザーと1,000件のタスクにおいても10秒未満で収まる。
• ブロックチェーンのマイニングおよびタスク実行を含むシステム全体の遅延は、タスク実行時間が数十秒程度の範囲では無視できるほど小さい（10秒未満）。
• スマートコントラクトの活用により、中央集権的な機関に依存せず、安全で自動化された支払いおよびデータアクセスの実行が可能になる。
• 本システムは強固なプライバシー保証を維持する：CSPは、データ提出後であってもユーザーの身元や自宅・職場の位置情報を把握できない。