[논문 리뷰] BlendSM-DDM: BLockchain-ENabled Secure Microservices for Decentralized Data Marketplaces

Ronghua Xu, Gowri Ramachandran외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 21.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 21인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 블록체인 기반의 마이크로서비스 아키텍처인 BlendSM-DDM을 제안하며, IoT 기반 데이터 거래에서 보안성, 확장성, 감사 가능성을 향상시킨 탈중앙화된 데이터 마켓플레이스를 제공한다. 보안 기능을 블록체인 상에서 조율되는 스마트 컨tracts를 통해 컨테이너화된 마이크로서비스로 분리함으로써, 중앙 집중화된 신뢰 없이도 세밀한 액세스 제어, 안전한 결제, 데이터 무결성 검증, 프라이버시 보장 기능을 실현한다.

ABSTRACT

To promote the benefits of the Internet of Things (IoT) in smart communities and smart cities, a real-time data marketplace middleware platform, called the Intelligent IoT Integrator (I3), has been recently proposed. While facilitating the easy exchanges of real-time IoT data streams between device owners and third-party applications through the marketplace, I3 is presently a monolithic, centralized platform for a single community. Although the service oriented architecture (SOA) has been widely adopted in the IoT and cyber-physical systems (CPS), it is difficult for a monolithic architecture to provide scalable, inter-operable and extensible services for large numbers of distributed IoT devices and different application vendors. Traditional security solutions rely on a centralized authority, which can be a performance bottleneck or susceptible to a single point of failure. Inspired by containerized microservices and blockchain technology, this paper proposed a BLockchain-ENabled Secure Microservices for Decentralized Data Marketplaces (BlendSM-DDM). Within a permissioned blockchain network, a microservices based security mechanism is introduced to secure data exchange and payment among participants in the marketplace. BlendSM-DDM is able to offer a decentralized, scalable and auditable data exchanges for the data marketplace.

연구 동기 및 목표

• 확장성, 확장성, 단일 장애 지점 문제로 인해 약점이 드러나는 단일화된 중앙 집중형 IoT 데이터 마켓플레이스 플랫폼(예: I3)의 한계를 해결한다.
• 중앙 집중형 기관에 의존하지 않도록 함으로써 탈중앙화된 데이터 마켓플레이스(DDMs)의 보안 및 신뢰 문제를 해결한다.
• 실시간 IoT 데이터 스트림을 위한 세밀한, 탈중앙화된 액세스 제어 및 안전한 결제 메커니즘을 제공한다.
• 이질적인 IoT 디바이스와 제3자 애플리케이션을 지원하는 경량화되고 확장성 있으며 상호 운용 가능한 시스템 아키텍처를 제공한다.
• 스마트 컨트랙트 및 해시 인덱스 검증과 같은 블록체인 네이티브 메커니즘을 통해 데이터의 무결성, 프라이버시 및 감사 가능성을 확보한다.

제안 방법

• 보안 기능을 분리하고 독립 배포가 가능한 컨테이너화된 마이크로서비스로 데이터 마켓플레이스를 분해한다.
• 허가된 블록체인 상에서 스마트 컨트랙트를 통해 신원 검증, 액세스 제어, 데이터 무결성, 프라이버시 및 평가 등의 보안 원리를 실행한다.
• 블록체인 기반 마이크로페이먼트를 사용해 데이터 구매자와 판매자 간의 실시간 검증 가능한 거래를 가능하게 한다.
• 저장소 오버헤드를 최소화하기 위해 블록체인에 데이터의 암호 해시만 저장한다.
• 블록체인 기반 액세스 제어 마이크로서비스를 통해 스마트 컨트랙트를 이용해 액세스 제어 정책을 실행한다.
• 참가자 등록 및 제거를 제어하기 위해 오라클 기반의 멤버십 관리 시스템을 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중앙 집중화된 기관 없이 실시간 IoT 데이터 거래를 지원할 수 있는 탈중앙화되고 확장성 있으며 안전한 데이터 마켓플레이스 아키텍처는 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 컨테이너화된 마이크로서비스는 탈중앙화된 데이터 마켓플레이스 내에서 세밀한, 조합 가능한 보안 기능을 어떻게 실현하는가?
• RQ3 블록체인 기반 스마트 컨트랙트는 이질적인 IoT 환경에서 액세스 제어, 결제, 데이터 무결성 강제를 효과적으로 어떻게 수행할 수 있는가?
• RQ4 허가된 블록체인은 공개 블록체인에 비해 데이터 마켓플레이스 워크로드에서 성능과 프라이버시 측면에서 어떻게 향상되는가?
• RQ5 불변성과 블록체인 내 저장 기록을 활용한 평가 시스템을 통해 탈중앙화된 데이터 마켓플레이스에서 신뢰와 평판은 어떻게 수립되고 유지되는가?

주요 결과

• BlendSM-DDM 아키텍처는 보안 기능과 비즈니스 로직을 모듈화된 컨테이너화된 마이크로서비스로 분리하여 시스템 유지보수성과 확장성을 향상시켰다.
• 스마트 컨트랙트 기반 액세스 제어 마이크로서비스는 중앙 집중형 기관에 의존하지 않고도 데이터 소유자가 정책을 시행할 수 있게 하여 탈중앙화와 신뢰를 강화한다.
• 블록체인 기반 해시 인덱스 검증을 통해 저장소 오버헤드를 최소화하면서도 데이터의 무결성을 보장하며, 수신된 데이터의 효율적인 블록체인 검증을 가능하게 한다.
• 허가된 블록체인의 사용은 공개 블록체인에 비해 더 높은 트랜잭션 처리량과 강력한 프라이버시 제어를 가능하게 하여 기업용 데이터 마켓플레이스에 적합하다.
• 블록체인 내 평가 시스템은 데이터 품질과 거래 신뢰성에 대한 변조 불가능한 피드백을 제공하여 탈중앙화된 거래에서 신뢰를 구축하는 데 기여한다.
• 마이크로서비스와 블록체인 기반 결제 및 신원 검증의 통합을 통해 종단 간 안전하고 감사 가능하며 자동화된 데이터 거래를 실현한다.