[論文レビュー] Short Paper: Design and Evaluation of Privacy-preserved Supply Chain System based on Public Blockchain

Takio Uesugi, Yoshinobu Shijo+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2020

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

ひとこと要約

この論文は、所有権移転記録を暗号化し、ゼロ知識証明を用いて正当性を検証するがブロックチェーンアドレスを露呈しない、パブリックブロックチェーン上でのプライバシー保護型サプライチェーンシステムを提案する。この手法により、製造業者が製品を追跡できる一方で、機密な流通データを保護できる。イーサリアム上では、参加者1人あたりの取引手数料が2.60ドルまで上限に設定されている。

ABSTRACT

Securing the traceability of products in the supply chain is an urgent issue. Recently, supply chain systems that use public blockchain (PBC) have been proposed. In these systems, PBC is used as a common database shared between supply chain parties to secure the integrity and reliability of distribution information such as ownership transfer records. Thus, these systems secure a high level of traceability in the supply chain. However, the distribution information, which can be private information, is made public since the information recorded in PBC can be read by anyone. In this paper, we propose a method for preserving privacy while securing traceability in a supply chain system using PBC. The proposed method preserves privacy by concealing the distribution information via encryption. In addition, the proposed method ensures distribution among legitimate supply chain parties while concealing their blockchain address by using a zero-knowledge proof to prove their authenticity. We implement the proposed method on Ethereum smart contracts and evaluate cost performance based on transaction fees. The results show that the fee per party is at most 2.6 USD.

研究の動機と目的

• パブリックブロックチェーン上でのサプライチェーンにおいて、所有権移転記録が公開されていることによるプライバシー漏洩を是正すること。
• 製造業者が機密な流通データや参加者の身元を露呈せずに製品を追跡できるようにすること。
• 正当なサプライチェーン参加者だけが移転に参加できることを保証するとともに、そのブロックチェーンアドレスを隠蔽すること。
• イーサリアム上の取引手数料という観点から、システムのコストパフォーマンスを評価すること。
• 高価値製品への実用的導入を可能にするために、運用コストを低く抑えること。

提案手法

• システムは、サプライチェーン参加者のブロックチェーンアドレスを、製造業者の公開鍵を用いて暗号化した後、パブリックブロックチェーンに格納する。
• 製造業者が保持する秘密鍵により、所有権の継続的追跡が可能になる。
• ゼロ知識証明（zk-SNARKs）を用いて、参加者が秘密のトークンを保有していることを証明し、身元やアドレスを露呈せずに正当性を検証する。
• イーサリアム上に3つのスマートコントラクトを実装する：製造業者マネージャーコントラクト（MMC）、製品マネージャーコントラクト（PMC）、検証コントラクト（VC）。
• zk-SNARKsの実装にはZoKratesを、スマートコントラクトの論理実装にはSolidity 0.5.11を用い、ガスコストはRemix IDEを用いて測定した。
• システムは、製造業者から出発する製品の流通フローを想定しており、出荷および受領のための別々の取引プロセスを有する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パブリックブロックチェーン上でのサプライチェーンシステムは、完全な追跡性を維持しつつ、所有権移転記録のプライバシーを保護できるか？
• RQ2 サプライチェーン参加者は、ブロックチェーンアドレスを露呈せずに、その正当性をどのように証明できるか？
• RQ3 実世界のブロックチェーン展開において、暗号化とゼロ知識証明を統合した際の取引コストのオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ4 ブロックチェーン取引手数料を考慮しても、このシステムは高価値製品に実用的に適用可能か？
• RQ5 このシステムは、製品の組立および分解プロセスをサポートするようにどのように拡張できるか？

主な発見

• 提案手法により、ブロックチェーンアドレスや流通情報が公開から完全に隠蔽され、プライバシーが保護された。
• 製造業者は、自らの秘密鍵を用いて暗号化されたアドレスを復号することで、正確に製品所有権を追跡できる。
• ゼロ知識証明は、参加者の身元やアドレス情報を漏らさずに正当性を効果的に検証できる。
• すべての操作において、参加者1人あたりの最大取引手数料は2.60ドルであり、評価時におけるイーサリアム上のガスコストに基づく。
• このシステムは、自動車や家電製品など高価値製品に実用的であり、2.60ドルの手数料は保証やリコール管理コストとして妥当とされる。
• 将来的には、検証コントラクトを事前にデプロイすることで、繰り返しのデプロイコストを低減できる可能性がある。