[논문 리뷰] BE-RAN: Blockchain-enabled RAN with Decentralized Identity Management and Privacy-Preserving Communication.

Hao Xu, Lei Zhang외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 26.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 22인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 사용자 중심의 신원 관리, 상호 인증, 프라이버시 보장된 페어 투 페어 통신을 지원하는 블록체인 기반의 분산형 라디오 액세스 네트워크 아키텍처인 BE-RAN을 제안한다. 분산형 신뢰와 책임성 확보를 위해 블록체인을 활용함으로써 기존 프로토콜 대비 통신 및 계산 오버헤드를 감소시킨다.

ABSTRACT

Radio Access Networks (RAN) tends to be more distributed in the 5G and beyond, in order to provide low latency and flexible on-demanding services. In this paper, Blockchain-enabled Radio Access Networks (BE-RAN) is proposed as a novel decentralized RAN architecture to facilitate enhanced security and privacy on identification and authentication. It can offer user-centric identity management for User Equipment (UE) and RAN elements, and enable mutual authentication to all entities while enabling on-demand point-to-point communication with accountable billing service add-on on public network. Also, a potential operating model with thorough decentralization of RAN is envisioned. The paper also proposed a distributed privacy-preserving P2P communication approach, as one of the core use cases for future mobile networks, is presented as an essential complement to the existing core network-based security and privacy management. The results show that BE-RAN significantly improves communication and computation overheads compared to the existing communication authentication protocols.

연구 동기 및 목표

• 분산형 5G 및 그 이상의 라디오 액세스 네트워크에서 증가하는 분산형, 안전하고 프라이버시를 보장하는 신원 및 인증 메커니즘의 필요성을 해결하기 위해.
• 기존 RAN에서 중심화된 신원 관리의 한계를 극복하여 공격 표면을 증가시키고 사용자 자율성을 감소시키는 문제를 해결하기 위해.
• 공개 네트워크에서 사용자 장치와 RAN 요소 간의 상호 인증을 가능하게 하면서도, 필요에 따라 책임감 있는 청구를 지원하기 위해.
• 미래 모바일 네트워크의 핵심 구성 요소로 프라이버시 보장된 페어 투 페어 통신 프레임워크를 설계하기 위해.

제안 방법

• RAN 내에서 신원 관리에 대한 분산형 신뢰 모델을 수립하기 위해 블록체인 기술을 통합하여 사용자 중심의 신원 제어를 가능하게 한다.
• 블록체인으로 신뢰할 수 있는 신원 기록을 활용하여 사용자 장치와 RAN 노드 간의 상호 인증 프로토콜을 구현한다.
• 핵심 네트워크에 의존하지 않고도 작동하는 분산형 프라이버시 보장 P2P 통신 메커니즘을 설계한다.
• 암호학적 원리를 사용하여 P2P 교환 과정에서 데이터 기밀성과 사용자 익명성을 보장한다.
• 불가역적인 블록체인 로그를 통해 책임감 있는 청구 메커니즘을 통합하여 사용량을 추적하고 공정한 사용을 보장한다.
• 제어 및 신호 기능이 노드 간에 분산되는 완전히 분산형 RAN 운영 모델을 설계한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 분산형 RAN 아키텍처에 효과적으로 분산형 신원 관리를 통합하여 보안성과 사용자 자율성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 블록체인 기반 상호 인증이 RAN 내 통신 및 계산 오버헤드에 미치는 성능 영향은 어떠한가?
• RQ3 중앙집중식 핵심 네트워크 기능에 의존하지 않고 어떻게 프라이버시 보장된 페어 투 페어 통신을 달성할 수 있는가?
• RQ4 블록체인은 분산형 RAN 환경에서 책임감 있고 감사 가능한 청구를 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ5 기존 RAN 프로토콜 대비 제안된 BE-RAN 아키텍처는 확장성과 내성성 측면에서 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• BE-RAN은 기존의 통신 인증 프로토콜 대비 통신 및 계산 오버헤드를 크게 감소시킨다.
• 블록체인 통합을 통해 강력한 분산형 신원 관리가 가능해져 신뢰성을 향상시키고 중심화된 기관에 대한 의존도를 감소시킨다.
• 제안된 프라이버시 보장 P2P 통신 메커니즘은 네트워크의 책임성에 손상이 없이 기밀성과 익명성을 보장한다.
• 아키텍처는 사용자 장치와 기지국을 포함한 모든 RAN 엔티티 간의 상호 인증을 지원하여 전체 시스템 보안을 향상시킨다.
• 분산형 RAN 모델은 불가역적인 블록체인 로그를 통해 내장된 청구 책임성을 갖춘 확장성 있고 필요 시 서비스를 제공할 수 있다.
• 시스템은 공개 네트워크에 구현 가능한 것으로 입증되었으며, 안전하고 사용자 중심적이며 프라이버시를 보장하는 모바일 서비스를 지원한다.