[論文レビュー] Toward Blockchain-Enabled Supply Chain Anti-Counterfeiting and Traceability

Neo C. K. Yiu|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 35被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、中央集権的なNFC搭載偽造防止システム（NAS）に代わる、分散型でブロックチェーンベースのシステム（dNAS）を提案する。ブロックチェーンの改ざん不能性と分散型合意形成メカニズムを活用することで、データの完全性を確保し、中間業者の依存度を低減し、セキュリティを向上させる。分散化が、改ざんやシステム障害に対する耐性および出所追跡の信頼性を顕著に強化することを実証している。

ABSTRACT

Innovative solutions addressing product anti-counterfeiting and record provenance have been deployed across today's internationally spanning supply chain networks. These product anti-counterfeiting solutions are developed and implemented with centralized system architecture relying on centralized authorities or any form of intermediaries. Vulnerabilities of centralized product anti-counterfeiting solutions could possibly lead to system failure or susceptibility of malicious modifications performed on product records or various potential attacks to the system components by dishonest participant nodes traversing along the supply chain. Blockchain technology has progressed from merely with a use case of immutable ledger for cryptocurrency transactions to a programmable interactive environment of developing decentralized and reliable applications addressing different use cases globally. In this research, so as to facilitate trustworthy data provenance retrieval, verification and management, as well as strengthening capability of product anti-counterfeiting, key areas of decentralization and feasible mechanisms of developing decentralized and distributed product anti-counterfeiting and traceability ecosystems utilizing blockchain technology, are identified via a series of security and threat analyses performed mainly against NFC-Enabled Anti-Counterfeiting System (NAS) which is one of the solutions currently implemented in the industry with centralized architecture. A set of fundamental system requirements are set out for developing a blockchain-enabled autonomous and decentralized solution for supply chain anti-counterfeiting and traceability, as a secure and immutable scientific data provenance tracking and management platform in which provenance records, providing compelling properties on data integrity of luxurious goods, are recorded and verified automatically, for supply chain industry.

研究の動機と目的

• 2016年に推定5090億ドルに上るとされる、世界的な偽造品の増加する脅威に対処すること。これはサプライチェーンの完全性と公共の安全を損なう。
• NASのような既存の中央集権型偽造防止システムにおける脆弱性を特定すること。特に、データ保存、NFCタグのセキュリティ、バックエンドデータベースの信頼性の面で。
• ブロックチェーン技術が、製品の出所追跡を分散化し、信頼性と耐性を高めることで、サプライチェーンにおける信頼性と耐性を向上させることの可能性を探ること。
• 今後の開発と実装をガイドするための、分散型NAS（dNAS）の基本的なシステム要件を定義すること。

提案手法

• CIA三原則（機密性、完全性、可用性）を用いて、中央集権型NASの包括的なセキュリティおよび脅威分析を実施し、システムの弱みを同定した。
• NFCタグ、バックエンドデータベース、マイクロサービス、認証サーバーといった既存のNASのコンponentsを、タグのクローン生成、中間者攻撃、サービス拒否攻撃といった具体的な脅威ベクトルにマッピングした。
• 許可型ブロックチェーンを用いた分散型アーキテクチャを提案し、中央集権的管理者の代わりに、改ざん不能で検証可能かつ分散型の製品記録管理を可能にした。
• 製品の状態遷移をブロックチェーントランザクションとして記録し、スマートコントラクトによる検証を経て、複数のノードに分散保存することで、可用性と完全性を確保した。
• 公開アドレスの再識別リスクを分析し、機微なデータフィールドのためのプライバシー保護技術を推奨することで、プライバシー懸念に対処した。
• 分散化のレベル、スケーラビリティ、鍵管理、プライバシー・バイ・デザインの原則を含む、dNASの形式的なシステム要件のセットを定義した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ、既存の偽造防止および追跡システムは、ブロックチェーン技術による分散化によって恩恵を受けるのか？
• RQ2 NASのような既存のシステムのセキュリティ上の制限と懸念事項は何か？
• RQ3 分散型システムは、データの完全性、可用性、攻撃に対する耐性の面で、どのような利点を提供するのか？

主な発見

• ブロックチェーンによる分散化は、改ざん不能なレジストリに暗号的に検証されたトランザクションのみを記録することにより、データの完全性を顕著に向上させる。
• 提案されたdNASアーキテクチャは、単一障害点を排除し、サービス拒否攻撃やバックエンドデータベースの改ざんに対する耐性を高め、システムの可用性とレジリエンスを向上させる。
• スマートコントラクトベースの検証により、合意形成が完了するまで製品記録の更新が承認されないため、不正または悪意ある改ざんのリスクが低減される。
• 利点がある一方で、分散化はスループットの低下、スケーラビリティの制限、公開アドレスの再識別によるプライバシーのリスクといった課題を引き起こす。
• 本研究では、繰り返しの取引監視によって公開アドレスを実体にマッピングする可能性があるプライバシーの脅威を特定し、プライバシー保護メカニズムの必要性を示した。
• 分散化のレベル、セキュリティ、スケーラビリティ、鍵管理、プライバシーを前提とした要件を含む、dNASの形式的なシステム要件のセットを確立した。これは、今後の実装の基盤を提供する。