[論文レビュー] Securing IoT Applications using Blockchain: A Survey

K. K. Sreelakshmi, Ashutosh Bhatia+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 42被引用数 4

ひとこと要約

本調査は、中央集権的アーキテクチャに起因する深刻なセキュリティおよびプライバシー課題を解決するためにブロックチェーン技術の統合を調査する。ブロックチェーンの分散性、改ざん不能性、暗号的セキュリティを活用することで、信頼できないIoT環境においても、アクセス制御、認証、データ整合性が顕著に向上することを示している。

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) has become a guiding technology behind automation and smart computing. One of the major concerns with the IoT systems is the lack of privacy and security preserving schemes for controlling access and ensuring the security of the data. A majority of security issues arise because of the centralized architecture of IoT systems. Another concern is the lack of proper authentication and access control schemes to moderate access to information generated by the IoT devices. So the question that arises is how to ensure the identity of the equipment or the communicating node. The answer to secure operations in a trustless environment brings us to the decentralized solution of Blockchain. A lot of research has been going on in the area of convergence of IoT and Blockchain, and it has resulted in some remarkable progress in addressing some of the significant issues in the IoT arena. This work reviews the challenges and threats in the IoT environment and how integration with Blockchain can resolve some of them.

研究の動機と目的

• 既存の中央集権的アーキテクチャにおけるIoTシステムの主なセキュリティおよびプライバシー課題を特定すること。
• IoTシステムにおける現在の認証およびアクセス制御メカニズムの限界を分析すること。
• 分散化と暗号的信頼を通じて、ブロックチェーン技術がこれらの問題をどのように解決できるかを評価すること。
• 既存のIoT-ブロックチェーン統合アプローチとその有効性を体系的にレビューすること。
• ブロックチェーンを用いたIoTアプリケーションのセキュリティ確保における未解決の研究課題と今後の方向性を強調すること。

提案手法

• IoTとブロックチェーン統合に関する学術論文の体系的文献レビュー。
• ブロックチェーンの種別（パブリック、プライベート、コンsortium）、合意形成メカニズム、ユースケースに基づいて提案された解決策を分類すること。
• IoT-ブロックチェーンシステムで使用される暗号基盤（デジタル署名、ハッシュ関数など）の分析。
• ブロックチェーンで保護されたIoTにおける属性ベース暗号化およびロールベースアクセス制御などのアクセス制御モデルの評価。
• セキュリティ脅威（例：シビル攻撃、リプレイ攻撃）を、それに対応するブロックチェーンベースの緩和戦略にマッピングすること。
• 異なるブロックチェーン-IoTアーキテクチャにおけるスケーラビリティ、遅延、セキュリティのトレードオフを比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来の中央集権的アーキテクチャにおけるIoTシステムにおける主なセキュリティおよびプライバシー脅威は何か？
• RQ2 ブロックチェーン技術は、IoTにおける中央集権的信頼モデルに関連するリスクをどのように軽減するか？
• RQ3 ブロックチェーンを用いた安全なIoTアプリケーションを実現するための主なアーキテクチャ的および暗号的構成要素は何か？
• RQ4 パブリック、プライベート、コンsortiumなどの異なるブロックチェーン展開モデルは、IoTシステムのパフォーマンスおよびセキュリティにどのように影響を与えるか？
• RQ5 現実のIoTアプリケーションをブロックチェーンで保護するために導入するにあたり、未解決の課題や制限は何であるか？

主な発見

• ブロックチェーンは、信頼をネットワーク内のノードに分散させることで、中央集権的リスクを効果的に軽減し、単一障害点を削減する。
• ブロックチェーンにおける分散型アイデンティティ管理と暗号的認証により、IoT環境におけるデバイスおよびユーザーの真正性が向上する。
• PoWに比べて遅延とエネルギー消費が低いことから、PBFT や PoA といった合意形成メカニズムは、IoT用途に適している。
• ブロックチェーンと統合された属性ベース暗号化およびロールベースアクセス制御により、IoTデータ共有における細粒度アクセス制御が向上する。
• 利点がある一方で、ブロックチェーン統合は特にリソース制限のあるIoTデバイスにおいて、スケーラビリティとパフォーマンスのオーバーヘッドを引き起こす。
• 本調査では、IoT-ブロックチェーンシステムにおける標準化されたフレームワークや形式的なセキュリティモデルの欠如が、主な研究ギャップであると特定した。