[논문 리뷰] Auditable data structures: theory and applications

Andrea Canciani, Claudio Felicioli외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 06. 02.

Security and Verification in Computing인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 외부 감사자가 민감한 데이터를 폭 드러내지 않으면서도 데이터 기록의 일관성에 대한 신뢰를 가능하게 하는 외부 감사 가능한 데이터 구조에 대한 형식적 프레임워크를 제안한다. 암호학적 해시, 일관성 증명, 그리고 공공 블록체인 기반의 공증 모델을 조합하여, 외부 감사자가 데이터 운영의 무결성과 순차적 정당성을 검증할 수 있도록 하면서도 데이터 기밀성을 유지한다. 이는 하이브리드 블록체인 구현을 통해 입증되었다.

ABSTRACT

Every digital process needs to consume some data in order to work properly. It is very common for applications to use some external data in their processes, getting them by sources such as external APIs. Therefore, trusting the received data becomes crucial in such scenarios, considering that if the data are not self-produced by the consumer, the trust in the external data source, or in the data that the source produces, can not always be taken for granted. The most used approach to generate trust in the external source is based on authenticated data structures, that are able to authenticate the source when queried through the generation of proofs. Such proofs are useful to assess authenticity or integrity, however, an external user could also be interested in verifying the data history and its consistency. This problem seems to be unaddressed by current literature, which proposes some approaches aimed at executing audits by internal actors with prior knowledge about the data structures. In this paper, we address the scenario of an external auditor with no data knowledge that wants to verify the data history consistency. We analyze the terminology and the current state of the art of the auditable data structures, then we will propose a general framework to support external audits from both internal and external users.

연구 동기 및 목표

• 데이터 구조 기록 일관성 감사를 위한 표준화된 용어와 프레임워크의 부족을 해결하기 위해.
• 사전에 데이터나 데이터 구조에 대해 알지 못하는 외부 감사자도 시간에 따라 데이터 운영의 일관성을 검증할 수 있도록 하기 위해.
• 데이터 기밀성을 유지하면서도 암호학적 증명과 공공 블록체인 기반의 공증을 통해 데이터 기록의 검증을 가능하게 하기 위해.
• 기존의 인증된 데이터 구조를 확장하여 데이터 무결성뿐 아니라 운영 시퀀스의 외부 감사 가능성도 지원하기 위해.
• 실제 응용 분야에서 감사 가능한 데이터 구조 솔루션을 비교하고 평가하기 위한 형식적 기반을 제공하기 위해.

제안 방법

• 데이터 구조 연산, 해시, 일관성, 기록 등의 핵심 용어를 정의하여 분야의 표준화를 도모한다.
• 내용을 숨기면서도 증명 검증이 가능한 단방향 데이터 간접 참조를 사용하는 외부 감사 가능한 데이터 구조의 개념을 도입한다.
• 공증 시스템이 공공 블록체인에 해시 시퀀스와 일관성 증명을 게시하여 외부 감사 가능성을 보장하는 프레임워크를 제안한다.
• 공공 블록체인에서 여러 개인 레지스터의 기록을 효율적으로 압축하고 검증하기 위해 레지스터 트리 데이터 구조를 활용한다.
• 두 번째 사전이미지 저항성을 갖춘 암호학적 해시 함수를 사용하여 해시의 보안을 확보하고 위조를 방지한다.
• 외부 감사자가 더 최신의 데이터 구조 버전이 이전 버전을 유효한 편집 연산을 통해 유도했는지 검증할 수 있도록 일관성 증명을 설계한다.

Figure 1: Scheme of the three-party model for data replication

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 감사자가 데이터나 데이터 구조에 대해 사전 지식이 없더라도 데이터 구조 기록 일관성을 어떻게 감사할 수 있는가?
• RQ2 감사 가능한 데이터 구조 분야의 연구와 비교를 표준화하기 위해 필요한 형식적 용어와 정의는 무엇인가?
• RQ3 외부 검증이 가능하도록 하면서도 데이터 기밀성을 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ4 스케일링 가능하고 안전하며 효율적인 데이터 구조 진화의 외부 감사를 지원하기 위해 필요한 아키텍처 구성 요소는 무엇인가?
• RQ5 기존의 시스템들인 개인 DLT나 인증서 취소 목록은 이 프레임워크를 통해 어떻게 향상될 수 있는가?

주요 결과

• 논문은 데이터 구조 일관성, 기록, 일관성 증명과 같은 핵심 개념을 명확히 하는 형식적 용어 집합을 수립하여, 다양한 솔루션 간의 명확한 비교를 가능하게 하였다.
• 제안된 프레임워크는 외부 감사자가 원시 데이터에 접근하지 않고도 해시와 암호학적 증명에만 기반하여 데이터 구조 기록 일관성의 검증이 가능함을 보여주었다.
• Traent의 하이브리드 블록체인 시스템에서의 구현을 통해 단일 공공 블록체인 공증을 통해 여러 개인 레지스터 기록의 일관성이 레지스터 트리를 통해 검증될 수 있음을 입증하였다.
• 연속된 해시 간의 일관성 증명은 분기나 비정상적인 운영을 탐지할 수 있게 하여 데이터 진화의 유일성과 정당성을 보장한다.
• 공공 블록체인 기반의 공증은 개인 네트워크가 신뢰할 수 없더라도 데이터 기록의 장기적 감사 가능성과 불변성을 보장한다.
• 이 프레임워크는 감사 가능한 디지털 제품 품질서, 인증서 관리, 운영 기록이 검증 가능한 개인 DLT 등을 포함한 실생활 응용 분야를 지원한다.

Figure 2: Scheme of the two-party model for data outsourcing