[논문 리뷰] A privacy-preserving system for data ownership using blockchain and distributed databases

Sabine Bertram, Co-Pierre Georg|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 27.

Privacy-Preserving Technologies in Data참고 문헌 4인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 개인 데이터—학술 기록이나 의료 기록과 같은 것—소유권을 주장할 수 있도록 하면서도 프라이버시를 유지하고 제한적이고 통제 가능한 데이터 공유를 가능하게 하는 하이브리드 블록체인 및 분산 데이터베이스 시스템을 제안한다. 스마트 컨트랙트를 사용하여 탈식별된 데이터를 분산 데이터베이스에 연결하고, 중앙집중식 또는 자기주권형 보관소에 암호화된 신원 정보를 저장함으로써 사용자는 언제든지 액세스를 취소할 수 있으며, 이는 실용적인 '약한' 형태의 데이터 소유권을 실현하며, 자기주권 신원을 통해 강한 소유권으로의 전환 가능성도 있다.

ABSTRACT

Blockchain has the potential to revolutionize the way we store, use, and process data. Information on most blockchains can be viewed by every node hosting the blockchain, which means that most blockchains cannot handle private data. Decentralized databases exist that guarantee privacy by encrypting user data with the user's private key, but this prevents easy data sharing. However, in many real world applications, from student data to medical records, it is desirable that user data is anonymously searchable. In this paper we present a novel system that gives users ownership over their data while at the same time enabling them to make their data searchable within previously agreed upon limits. Our system implements a strong notion of ownership using a self-sovereign identity system and a weak notion of ownership using multiple centralized databases together with a blockchain and a tumbling process. We discuss applications of our methods to university's student records and medical data.

연구 동기 및 목표

• 현재 웹 2.0 데이터 모델에서 기업이 사용자 생성 데이터를 통제하는 바탕으로 사용자 소유권의 부재를 해결하기 위해.
• 특히 학생 기록이나 의료 정보와 같은 민감한 데이터에 대해 개인이 프라이버시를 훼손하지 않으면서도 자신의 개인 데이터에 대한 액세스를 통제할 수 있도록 하기 위해.
• 익명성과 검색 가능한 데이터 쿼리가 가능하지만, 사용자가 액세스를 취소하거나 전체 소유권을 주장할 수 있도록 하는 시스템을 설계하기 위해.
• 공개 블록체인의 한계—낮은 확장성, 프라이버시 부족, 비효율적 검색—을 극복하기 위해 블록체인과 분산 데이터베이스, 중앙집중식 데이터베이스를 조합함으로써.
• 교육 및 헬스케어 분야에서 실질적인 응용이 가능한 실용적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 탈식별된 사용자 데이터를 분산형 분산 데이터베이스에 저장하며, 스마트 컨트랙트의 주소를 고유 식별자로 사용하여 실제 신원과의 연결을 방지한다.
• 신원 정보는 신뢰할 수 있는 관리자가 운영하는 여러 중앙집중식 데이터베이스에 저장되며, 제한적인 API와 사용자 인증을 통해 액세스를 제어한다.
• 공개 블록체인 상의 스마트 컨트랙트가 각 데이터 레코드를 신원 정보의 위치와 ID에 연결하여 액세스 제어 및 소유권 이전을 가능하게 한다.
• 사용자는 스마트 컨트랙트의 제어권을 자신의 주소로 이전함으로써 소유권을 주장할 수 있으며, 이는 다른 이들이 데이터를 자신의 신원과 연결짓는 것을 방지한다.
• 강한 소유권을 위해서는 사용자가 자신의 개인 장치에 있는 자기주권 신원(SI) 보관소로 신원 정보를 이전하고, 스마트 컨트랙트를 더 이상 중앙집중식 데이터베이스가 아닌 SSI 앱을 가리키도록 업데이트할 수 있다.
• 시스템은 사례별 데이터 공유를 지원한다: 사용자가 제3자(예: 의사)에게 자신의 스마트 컨트랙트 주소를 공유하면, 그 제3자는 시스템의 액세스 제어 규칙 내에서만 데이터에 읽기/쓰기 액세스 권한을 얻는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개인 정보를 훼손하거나 사용성에 영향을 주지 않으면서도 탈중앙화된 시스템에서 데이터 소유권을 의미 있게 구현할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 블록체인, 분산 데이터베이스, 중앙집중식 관리 체계를 조합한 하이브리드 아키텍처가 민감한 기록에 대해 실용적인 데이터 소유권을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ3 사용자가 자신의 데이터를 통제하면서도 정당한 제3자가 데이터에 액세스하고 업데이트할 수 있도록 할 수 있는가?
• RQ4 신원 정보를暴露하지 않으면서도 익명적이고 상대적 데이터 쿼리(예: '나는 상위 5퍼센트에 속하는가?')를 가능하게 하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 사용자가 약한 소유권에서 강한 소유권으로 전환할 수 있는 방법은 무엇이며, 자기주권 신원 시스템은 이 과정에서 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 사용자가 스마트 컨트랙트를 수정하여 중앙집중식 데이터베이스에 존재하지 않거나 무효한 ID를 가리키게 함으로써, 사용자가 데이터에 대한 액세스를 취소할 수 있도록 함으로써 실용적인 '약한' 형태의 데이터 소유권을 실현한다.
• 사용자가 자신의 신원 정보를 개인 장치에 있는 자기주권 신원(SI) 보관소로 이전함으로써 '강한' 데이터 소유권을 달성할 수 있으며, 이를 통해 중앙집중식 데이터베이스에서 완전히 제거할 수 있다.
• 아키텍처는 탈식별된 데이터에 대해 익명적이고 검색 가능한 쿼리를 지원하며, 교육 분야의 국가 수준 성과 비교나 의료 기록의 글로벌 비상 액세스와 같은 응용 가능성을 제공한다.
• 스마트 컨트랙트를 통해 데이터와 신원을 분리함으로써, 프라이버시를 유지하면서도 신뢰할 수 있는 관리자를 통해 통제된 액세스 및 업데이트를 가능하게 한다.
• 민감한 데이터를 오프체인에 암호화되고 액세스 제어된 데이터베이스에 저장함으로써, 공개 블록체인의 확장성 및 프라이버시 한계를 완화한다. 블록체인에는 오직 메타데이터와 포인터만 저장된다.
• 시스템은 동적 액세스 제어를 지원한다: 제3자가 액세스를 요청할 경우 사용자에게 알림이 오며, 이를 통해 정보에 기반한, 요구 시에만 이루어지는 공유 결정을 내릴 수 있다.