[論文レビュー] Transforming face-to-face identity proofing into anonymous digital identity using the Bitcoin blockchain

Daniel Augot, Hervé Chabanne+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ビットコインのブロックチェーンを活用して、顔を合わせた身元確認を匿名のデジタル身元に変換するブロックチェーンベースの身元管理システムを提案する。ブランドズのゼロ知識証明方式とメルクルツリーを活用することで、選択的開示が可能であり、同時にリボーカルと更新がビットコインのコンセンサスを介して効率的に管理可能となる。これにより、最小限の帯域幅オーバーヘッドでプライバシーを守りつつスケーラブルな身元認証が実現される。

ABSTRACT

The most fundamental purpose of blockchain technology is to enable persistent, consistent, distributed storage of information. Increasingly common are authentication systems that leverage this property to allow users to carry their personal data on a device while a hash of this data is signed by a trusted authority and then put on a blockchain to be compared against. For instance, in 2015, MIT introduced a schema for the publication of their academic certificates based on this principle. In this work, we propose a way for users to obtain assured identities based on face-to-face proofing that can then be validated against a record on a blockchain. Moreover, in order to provide anonymity, instead of storing a hash, we make use of a scheme of Brands to store a commitment against which one can perform zero-knowledge proofs of identity. We also enforce the confidentiality of the underlying data by letting users control a secret of their own. We show how our schema can be implemented on Bitcoin's blockchain and how to save bandwidth by grouping commitments using Merkle trees to minimize the number of Bitcoin transactions that need to be sent. Finally, we describe a system in which users can gain access to services thanks to the identity records of our proposal.

研究の動機と目的

• 顔を合わせた身元確認に基づいて、暗号的に保証されたデジタル身元をユーザーが取得できるようにすること。
• 身元ハッシュの保存を避け、代わりにゼロ知識コミットメントを用いることで、強力な匿名性を実現すること。
• 中央集権的なリボーカルリストに依存せずに、ビットコインのブロックチェーンを用いて身元記録の安全かつ効率的なリボーカルと更新を可能にすること。
• メルクルツリーの集約と簡素化された検証を活用して、帯域幅と取引コストを最小限に抑えること。
• 実世界のユースケースに統合し、ユーザーがブロックチェーンに保存された身元を使ってサービスに認証できるようにすること。

提案手法

• 離散対数表現（DLREP）に基づくブランドズのゼロ知識的、選択的開示身元方式を用い、身元データを露呈せずに束縛する。
• 身元属性の暗号的コミットメントをハッシュの代わりにビットコインブロックチェーンに保存することで、所有のゼロ知識証明を可能にする。
• 複数のユーザーのコミットメントをグループ化するメルクルツリーを採用し、必要なビットコイン取引の数を減らし、帯域幅を最小限に抑える。
• ユーザーがブロックヘッダと認証パスのみを用いて、自身の身元記錣の現在の状態を検証可能にし、簡易支払い検証（SPV）クライアントと互換性を持つ。
• 初期認証フェーズでは既存のPKIと統合し、互換性を確保するとともに、ブロックチェーンを長期的な整合性とリボーカルのための基盤として活用する。
• 身元検証者、サービスイネーブラー、ユーザーから構成されるシステムアーキテクチャを設計し、サービスイネーブラーがメルクルツリーを維持し、状態の更新を提供するが、ユーザーの身元を学習しないようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 顔を合わせた身元確認を、パブリックブロックチェーンを用いて、永続的かつ匿名的なデジタル身元に変換する方法は何か？
• RQ2 ゼロ知識証明を効果的に用いることで、身元属性の選択的開示を実現しつつ、プライバシーを維持できるか？
• RQ3 中央集権的なリストに依存せずに、ビットコインのようなパブリックブロックチェーン上で身元のリボーカルと更新を効率的に管理できるか？
• RQ4 SPVクライアントとメルクルツリーを用いて、身元状態の最新化を維持する際の帯域幅および取引コストのオーバーヘッドはどの程度か？
• RQ5 本稿で提案するシステムは、CRL や OCSP といった従来の PKI リボーカルメカニズムと比較して、セキュリティおよび効率性において優れているか？

主な発見

• ハッシュの代わりにコミットメントを保存することで、ユーザーの匿名性が実現され、ゼロ知識証明により身元属性の選択的開示が可能になる。
• ユーザーが身元状態を検証するための帯域幅要件は、ユーザーの活動に応じて約780〜1664バイト/ブロックに抑えられる。
• メルクルツリーの活用により、複数のユーザーのコミットメントを1つのツリー構造にグループ化することで、必要なビットコイン取引の数が削減される。
• リボーカルと更新のメカニズムがブロックチェーンのネイティブ取引モデルに統合されており、外部の利用不可となる可能性のあるリボーカルリストに依存しない。
• DoS攻撃に対するリボーカルインフラの脆弱性を、ビットコインのセキュリティモデルを継承することで防御でき、攻撃に対して耐性がある。
• SPVクライアントを用いた身元状態の検証には、10分ごとに80バイトのブロックヘッダと、1回の検証あたり約1KBのデータしか必要とせず、軽量クライアントにとって実用的である。