[論文レビュー] Privacy protection of occupant behavior data and using blockchain for securely transferring temperature records in HVAC systems

LI Jing-ming, Nianping Li+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、HVACシステムにおける居住者行動データのプライバシーを保護するとともに、温度記録の安全な転送を可能にするブロックチェーンベースのフレームワークを提案する。2つのブロックチェーンアプローチ——データを取引として転送する方法と、ファイルをブロックチェーン上に保存する方法——を評価し、建物のエネルギー最適化におけるより高いデータセキュリティとプライバシー保護を実現するための実現可能性とトレードオフを示している。

ABSTRACT

The proportion of Energy consumption in the building industry is great, as well as the amount of cooling and heating system. Scholars have been working on energy conservation of Heating, ventilation, and air-conditioning and other systems in buildings. The application of occupant behavior data for building energy optimization has started gaining attention from scholars. However, occupant behavior data concerns many aspects of occupants' privacy. Different types of occupant behavior data contain occupants' private information to different levels. It is crucial to conduct privacy protection of occupant behavior data when using occupant behavior for energy conservation. This paper presents the aspects of privacy issue when using occupant behavior data, and methods to protect data privacy with blockchain technology. Both two options of using blockchain for privacy protection, sending data records as transactions and storing files on the blockchain, are explained and evaluated with temperature records from an open access paper. Sending data as transactions can be used between sensors and local building management system. While storing files on blockchain can be used for collaboration of different building management systems. Advantages, drawbacks, and potentials of using blockchain for data and file transfer are discussed. The results should be helpful for using occupant behavior data for building energy optimization.

研究の動機と目的

• 建物のエネルギー最適化に使用される居住者行動データに関連するプライバシーリスクに対処すること。
• ブロックチェーン技術を活用してHVACシステムにおける温度記録の転送を安全に保証する可能性を調査すること。
• 取引ベースのデータ転送とブロックチェーン上へのファイル保存の2つのブロックチェーン導入モデルを比較すること。
• 建物管理システムにおける異なるブロックチェーン実装のセキュリティ、スケーラビリティ、パフォーマンスのトレードオフを評価すること。
• 居住者プライバシーを維持したままHVACデータワークフローにブロックチェーンを統合するための実用的知見を提供すること。

提案手法

• 居住者行動データにおけるプライバシーリスクをモデル化し、占有パターンや個人のスケジュールなどの機微な情報を含むこと。
• センサーとローカル建物管理システム間で、温度データを改ざん不能な取引として記録するためにブロックチェーンを使用することを提案する。
• 暗号化された占有行動ファイルをブロックチェーンに保存することで、複数建物間の協働と監査可能性を実現することを検討する。
• 両アプローチを、オープンアクセスデータセットから得た実際の温度データを用いて評価し、パフォーマンスとセキュリティを測定すること。
• データ整合性とアクセス制御におけるブロックチェーンの利点に加え、ストレージの肥大化や遅延といった制限要因を分析すること。
• 居住者プライバシー、セキュリティ、システム効率のバランスを取るためにハイブリッドアプローチを用いること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HVACシステムにおける居住者行動データは、エネルギー最適化の過程でどのようにしてプライバシー侵害から保護されるか？
• RQ2 温度記録をブロックチェーン取引として送信するのと、ファイルをブロックチェーン上に保存するのとでは、技術的トレードオフは何か？
• RQ3 ブロックチェーンは、システムパフォーマンスに悪影響を及げることなく、HVACデータ転送におけるデータ整合性と非否認性を確保できるか？
• RQ4 異なるブロックチェーン導入モデルは、建物エネルギー管理システムにおけるスケーラビリティとプライバシーにどのように影響を与えるか？
• RQ5 既存のHVACデータワークフローにブロックチェーンを統合する際の実用的影響は何か？

主な発見

• 温度データをブロックチェーン取引として送信することで、センサーとローカル建物管理システム間で安全で検証可能な通信が可能になる。
• 暗号化された行動ファイルをブロックチェーンに保存することで、複数建物間の協働が可能になり、改ざんを検知できる監査ログが得られる。
• 取引ベースのアプローチは、ブロックチェーン上へのファイル保存に比べ、より優れたパフォーマンスと低いストレージオーバーヘッドを実現する。
• ブロックチェーンはデータ整合性とアクセス制御を強化し、HVAC記録への不正な変更のリスクを低減する。
• ブロックチェーン上へのファイル保存は、データの肥大化と高コストな取引が原因でスケーラビリティの課題を引き起こす。
• 両アプローチとも、居住者プライバシーを維持したままエネルギー最適化ワークフローにおける信頼性と透明性を向上させる。