[論文レビュー] TradeChain: Decoupling Traceability and Identity inBlockchain enabled Supply Chains

Sidra Malik, Naman Gupta+3 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 16被引用数 5

ひとこと要約

TradeChain は、自己自己主権型アイデンティティ（SSI）とゼロ知識証明（ZKP）を用いて、取引参加者のアイデンティティと取引イベントを分離することで、プライバシーを守るブロックチェーンアーキテクチャを提案する。2つの別々のブロックチェーン（Hyperledger Indy で分散型アイデンティティを、Hyperledger Fabric で取引フローを管理）を採用し、CP-ABEで暗号化されたアクセストークンを用いた動的で同意ベースのトレーサビリティデータアクセスを実現することで、最小限のパフォーマンスオーバーヘッドで高いプライバシー性と監査可能性を達成する。

ABSTRACT

In this work, we propose a privacy-preservation framework, TradeChain, which decouples the trade events of participants using decentralised identities. TradeChain adopts the Self-Sovereign Identity (SSI) principles and makes the following novel contributions: a) it incorporates two separate ledgers: a public permissioned blockchain for maintaining identities and the permissioned blockchain for recording trade flows, b) it uses Zero Knowledge Proofs (ZKPs) on traders' private credentials to prove multiple identities on trade ledger and c) allows data owners to define dynamic access rules for verifying traceability information from the trade ledger using access tokens and Ciphertext Policy Attribute-Based Encryption (CP-ABE). A proof of concept implementation of TradeChain is presented on Hyperledger Indy and Fabric and an extensive evaluation of execution time, latency and throughput reveals minimal overheads.

研究の動機と目的

• 取引参加者のアイデンティティが直接取引イベントに関連付けられているため、機密ビジネスデータが露呈される、許可型ブロックチェーン供給チェーンにおけるプライバシーリスクを是正すること。
• 監査クエリ用の明示的同意メカニズムや細粒度アクセス制御を欠いている、既存のプライバシー保護手法の限界を克服すること。
• トレーダーが複数のアイデンティティを保有しても、トレーサビリティや監査可能性が損なわれないよう保証し、GDPR などのプライバシー規制への準拠を確保すること。
• データ所有者が取引履歴の照会に必要な動的アクセスルールを定義できるようにし、アイデンティティの機密性を維持すること。
• コンsortiumメンバーに対して、通常は機密取引情報が露出しないように、監査を許可するシステムを設計すること。

提案手法

• アイデンティティと取引イベントのブロックチェーンを分離：分散型識別子（DID）の管理に許可型ブロックチェーン（Hyperledger Indy）、取引取引の記録に別のブロックチェーン（Hyperledger Fabric）を用いる。
• プライベートな資格証明に対してゼロ知識証明（ZKP）を適用し、複数のDID所有を証明するが、実際のアイデンティティを露呈しないことで、匿名的ではあるが検証可能な取引参加を可能にする。
• トークンベースの照会メカニズムを実装：トレーダーが暗号化されたアクセストークンをCiphertext Policy Attribute-Based Encryption（CP-ABE）を用いて発行し、承認された参加者だけが特定の取引データを取得できるようにする。
• 動的アクセス制御を導入：トレーダーが照会可能な属性やパラメータを定義し、トークンがこれらのパラメータに暗号的に束縛されることで改ざんを防止する。
• Hyperledger Indy SDK を介した追加のみのデジタルウォレットを用い、DID や取引の削除を防ぎ、アイデンティティが「削除済み」とマークされても監査可能性を維持する。
• 商品識別子（CID）のオプション暗号化を適用し、スマートフィンガープrintを用いてトレーサビリティを保持しながらプライバシーを強化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンベースの供給チェーンにおいて、取引参加者のプライバシーを損なわず、監査可能性を維持するために、アイデンティティと取引イベントのデータをどのように分離できるか？
• RQ2 特定の取引履歴にアクセスできるのは誰であるかを保証し、データ所有者の明示的同意を得るためのメカニズムは何か？
• RQ3 ゼロ知識証明（ZKP）をどのように活用すれば、実際のアイデンティティを露呈せずに複数のDID所有を証明できるか？
• RQ4 二重ブロックチェーンアーキテクチャにZKPとCP-ABEを統合した場合のパフォーマンスオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 アイデンティティ偽装、不正なデータアクセス、悪意あるアイデンティティ記録の削除といった一般的な脅威に対して、システムはどのように耐性を示せるか？

主な発見

• TradeChain は最小限のパフォーマンスオーバーヘッドを達成しており、1秒あたり130クエリ未満の取引処理速度を維持しており、実世界の供給チェーン用途にスケーラブルであることが示された。
• DID と取引フローのための別々のブロックチェーンを用いることで、アイデンティティと取引イベントの直接的な関連付けを回避し、アイデンティティと取引の分離に成功した。
• ゼロ知識証明（ZKP）により、実際のアイデンティティを露呈せずに複数のDID所有を証明できるようになり、プライバシー性が向上した一方で検証可能性を維持した。
• CP-ABEで暗号化されたアクセストークンにより、承認された参加者だけが取引データを取得でき、改ざんが検出可能であるため、データの整合性と同意の遵守が保証された。
• Hyperledger Indy における追加のみのデジタルウォレットの性質により、アイデンティティや取引の不正な削除が防止され、アイデンティティが「削除済み」とマークされても監査可能性が維持された。
• CID のマスキングとスマートフィンガープリントによるリンク攻撃への抵抗性が確保され、DID の過剰な作成によるDoS攻撃や悪意あるトークン改ざんに対しても耐性を示した。