[논문 리뷰] B-Ride: Ride Sharing with Privacy-preservation, Trust and Fair Payment atop Public Blockchain

Mohamed Baza, Noureddine Lasla외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 21.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 7

한 줄 요약

B-Ride는 공용 블록체인 기반의 탈중앙화된 라이드셰어링 시스템을 제안하며, 시간 잠금 예금, 제로지식 집합 소속 증명, 그리고 주행 거리 기반 지불 메커니즘을 통해 기밀성, 신뢰성, 공정한 지불을 보장한다. 이 시스템은 시비리 및 무료 승차 공격을 완화하면서도 신뢰도 기반의 운전자 선택을 가능하게 하며, 이더리움 테스트넷에서의 성공적 구현을 통해 실용성을 입증했다.

ABSTRACT

Ride-sharing is a service that enables drivers to share their trips with other riders, contributing to appealing benefits of shared travel costs. However, the majority of existing platforms rely on a central third party, which make them subject to a single point of failure and privacy disclosure issues. Moreover, they are vulnerable to DDoS and Sybil attacks due to malicious users involvement. Besides, high fees should be paid to the service provider. In this paper, we propose a decentralized ride-sharing service based on public Blockchain, named B-Ride. Both riders and drivers can find rides match while preserving their trip data, including pick-up/drop-off location, and departure/arrival date. However, under the anonymity of the public blockchain, a malicious user may submit multiple ride requests or offers, while not committing to any of them, to discover better offer or to make the system unreliable. B-Ride solves this problem by introducing a time-locked deposit protocol for a ride-sharing by leveraging smart contract and zero-knowledge set membership proof. In a nutshell, both a driver and a rider have to show their commitment by sending a deposit to the blockchain. Later, a driver has to prove to the blockchain on the agreed departure time that he has arrived at the pick-up location. To preserve rider/driver location privacy by hiding the exact pick-up location, the proof is done using zero-knowledge set membership protocol. Moreover, to ensure a fair payment, a pay-as-you-drive methodology is introduced based on the elapsed distance of the driver and the rider. Also, we introduce a reputation-based trust model to rate drivers based on their past trips to allow riders to select them based on their history on the system. Finally, we implement B-Ride in a test net of Ethereum. The experiment results show the applicability of our protocol atop the existing real-world blockchain.

연구 동기 및 목표

• 중앙 집중형 제3자에 대한 의존도를 제거함으로써, 단일 장애 지점과 데이터 유출에 취약한 라이드셰어링 서비스의 취약점을 해소하고자 한다.
• 라이드 매칭을 가능하게 하면서도 정확한 승차/하차 위치를 숨기면서도 승객과 운전자의 기밀성을 유지하고자 한다.
• 시간 잠금 예금과 검증 가능한 거리 보고 방식을 통해 무료 승차 및 허위 청구를 방지함으로써 신뢰성과 공정성을 확보하고자 한다.
• 중앙 집중적 감시 없이도 장기적인 시스템 무결성을 유지할 수 있도록 평판 기반의 운전자 선택을 가능하게 하고자 한다.
• 실제 주행 거리에 기반한 공정한 보상이 이루어지도록 주행 거리 기반 지불 모델을 구현하고자 한다.

제안 방법

• 공용 블록체인(이더리움)과 스마트 계약을 활용하여, 신뢰할 수 없는 환경에서 라이드 제안, 요청, 예금 및 지불을 관리한다.
• 라이더와 운전자가 라이드 매칭 이전에 자금을 스마트 계약에 예치하는 시간 잠금 예금 프로토콜을 적용한다.
• 정확한 승차 또는 하차 위치를 드러내지 않으면서도 라이드 자격을 검증하기 위해 제로지식 집합 소속 증명(ZKSM)을 사용한다.
• 과거 행동 기반으로 운전자를 평가하는 평판 모델을 블록체인에 저장하여 투명하고 탈중앙화된 신뢰 관리 시스템을 구현한다.
• 실제 주행 거리에 기반해 보상을 지급하는 거리 검증 메커니즘을 통해 공정한 지불을 보장하며, 이는 블록체인 상에서 검증된다.
• 재정적 의무와 도착 시간에 대한 암호학적 증명을 요구함으로써 시비리 공격에 대한 보안을 강화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공용 블록체인을 활용해 라이드셰어링을 탈중앙화하면서도 사용자 기밀성과 신뢰성을 유지할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 익명성 덕분에 여러 번의 라이드 요청을 제출하면서도 의무를 지니지 않는 악성 사용자를 어떻게 방지할 수 있는가?
• RQ3 제3자에 의존하지 않고도 신뢰할 수 없는 환경에서 공정한 지불을 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ4 정확한 신원 정보를 보호하면서도 안전하고 검증 가능한 라이드 매칭을 어떻게 실현할 수 있는가?
• RQ5 중앙 집중적 감시 없이도 블록체인 상에 평판 시스템을 도입하여 정직한 행동을 유도할 수 있는가?

주요 결과

• B-Ride 프로토콜은 시간 잠금 예금과 암호학적 의무 증명을 통해 시비리 공격과 무료 승차 공격을 성공적으로 방지한다.
• 제로지식 집합 소속 증명을 통해 정확한 승차 또는 하차 위치를 드러내지 않으면서도 기밀성 보장된 라이드 매칭을 가능하게 한다.
• 주행 거리 기반 지불 메커니즘은 실제 주행 거리에 기반한 공정한 보상 지급을 보장하며, 블록체인 기반 검증을 통해 검증된다.
• 평판 시스템은 과거 행동 기반으로 투명하고 탈중앙화된 운전자 선택을 가능하게 하여 시스템의 신뢰성을 향상시킨다.
• 시스템은 이더리움 테스트넷에서 성공적으로 구현 및 테스트되었으며, 블록체인 내외에서의 실용적인 성능을 입증했다.