[논문 리뷰] Blockchain-enabled Internet of Medical Things to Combat COVID-19

Hong‐Ning Dai, Muhammad Imran외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 23.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 11인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 코로나19 팬데믹 기간 동안 의료 시스템의 보안, 프라이버시 및 신뢰를 향상시키기 위해 블록체인 기반 인터넷 오브 메디컬 테이츠(IlIoMT) 프레임워크를 제안한다. 블록체인의 변하지 않는 성질, 탈중앙화 및 스마트 계약 기능을 의료 IoT 데이터 스트림과 통합함으로써, 시스템은 안전한 의료 데이터 기원 추적, 원격 환자 모니터링, 접촉 추적 및 신뢰할 수 있는 원격 의료를 가능하게 하여 팬데믹 대응 시스템의 내구성과 신뢰도를 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

We are experiencing an unprecedented healthcare crisis caused by newly-discovered corona-virus disease (COVID-19). The outbreaks of COVID-19 reveal the frailties of existing healthcare systems. Therefore, the digital transformation of healthcare systems becomes an inevitable trend. During this process, the Internet of Medical Things (IoMT) plays a crucial role while intrinsic vulnerabilities of security and privacy deter the wide adoption of IoMT. In this article, we present a blockchain-enabled IoMT to address the security and privacy concerns of IoMT systems. We also discuss the solutions brought by blockchain-enabled IoMT to COVID-19 from five different perspectives. Moreover, we outline the open challenges and future directions of blockchain-enabled IoMT.

연구 동기 및 목표

• 기존 IoMT 시스템이 코로나19 팬데믹 기간 동안 겪는 심각한 보안 및 프라이버시 취약점을 해결하기 위해.
• 데이터 무결성, 추적 가능성 및 액세스 제어를 보장하는 다층적 블록체인 기반 IoMT 아키텍처를 설계하기 위해.
• 블록체인-IoMT 통합이 접촉 추적, 원격 의료 및 스마트 병원 운영과 같은 핵심 팬데믹 대응 기능을 어떻게 지원하는지 보여주기 위해.
• 탈중앙화되고 프라이버시를 보장하는 의료 시스템 분야의 열린 과제와 향후 연구 방향을 규명하기 위해.

제안 방법

• 의료 IoT 기기와 블록체인을 통합하여 안전한 데이터 교환을 위한 다층적 블록체인 기반 IoMT 프레임워크를 설계하기 위해.
• 사용 사례 요구사항에 따라 보안, 성능 및 액세스 제어의 균형을 맞추기 위해 공용, 비공용 및 콈누니티 블록체인을 활용하기 위해.
• 데이터의 무결성과 부인 방지 기능을 확보하기 위해 디지털 서명 및 해시 함수와 같은 암호 기반 원리를 구현하기 위해.
• 의료 이해관계자 간의 액세스 제어 및 데이터 공유 정책을 자동화하기 위해 스마트 계약을 통합하기 위해.
• 민감한 의료 데이터를 보호하기 위해 히든 프라이버시 기법, 예를 들어 동형 암호화 및 차등 프라이버시를 적용하기 위해.
• 데이터 泄露 위험을 최소화하기 위해 IoMT 데이터를 로컬 엣지 장치에서 분석할 수 있도록 연합 학습과 딥 러닝을 활용하기 위해.

Figure 1: Blockchain consisting of a number of blocks.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기술은 팬데믹 상황에서 IoMT 시스템의 보안과 프라이버시를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 블록체인 기반 IoMT는 코로나19와 같은 유행병 기간 동안 효과적인 접촉 추적 및 격리 관리에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ3 탈중앙화된 데이터 기원 추적과 불변성은 의료 데이터 처리의 신뢰도와 책임성에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 스마트 계약과 합의 알고리즘은 자동화되고 안전하며 감사 가능한 의료 운영을 어떻게 가능하게 하는가?
• RQ5 연합 학습과 AI는 어떻게 블록체인과 통합되어 프라이버시를 보존하면서 지능적인 의료 데이터 분석을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제안된 블록체인 기반 IoMT 프레임워크는 블록체인의 불변성과 암호 해시 기반 원리로 인해 데이터의 무결성과 감사 가능성의 향상이著명하다.
• 비공용 및 콈누니티 블록체인은 공용 블록체인보다 더 빠른 거래 처리 성능을 보이며, 실시간 의료 응용 분야에 더 적합하다.
• 스마트 계약은 IoMT 생태계 내에서 액세스 정책 및 데이터 공유 협약의 자동화된 신뢰할 수 없는 이행을 가능하게 한다.
• 연합 학습과 블록체인의 통합은 원시 환자 데이터를 이전하지 않고 로컬 엣지 장치에서 모델 학습을 가능하게 하여 프라이버시 위험을 감소시킨다.
• 블록체인과 딥 러닝의 통합은 광범위한 특성 공학 없이도 원시 IoMT 데이터를 활용해 이상 탐지 및 시스템 최적화를 가능하게 한다.
• 이 프레임워크는 다섯 가지 핵심 팬데믹 대응 기능을 지원한다: 팬데믹 기원 추적, 사회적 거리 두기 준수, 스마트 병원 운영, 의료 데이터 기원 추적, 원격 원격 의료.

Figure 2: Overview of IoMT.