[논문 리뷰] Blockchain Enabled Privacy Preserving Data Audit.

Prabal Banerjee, Nishant Nikam외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 28.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 22인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 악성 또는 공모 가능한 클라우드 서버와 감사자 간의 신뢰할 수 없는 환경에서도 데이터 무결성을 보장하는 블록체인 기반의 기밀 보장 데이터 감사 프로토콜을 제안한다. 이더리움 스마트 컨트랙트를 분쟁 조정자로 활용하고, 블록체인 상호작용을 최소화하기 위해 스테이트 채널을 사용함으로써, 기존의 PoR 기반 기술과 유사한 효율성을 확보하면서 실용적인 성능을 달성한다.

ABSTRACT

Data owners upload large files to cloud storage servers, but malicious servers may potentially tamper data. To check integrity of remote data, Proof of Retrievability (PoR) schemes were introduced. Existing PoR protocols assume that data owners and third-party auditors are honest and audit only the potentially malicious cloud server to check integrity of stored data. In this paper we consider a system where any party may attempt to cheat others and consider collusion cases. We design a protocol that is secure under such adversarial assumptions and use blockchain smart contracts to act as mediator in case of dispute and payment settlement. We use state channels to reduce blockchain interactions in order to build a practical audit solution. We implement and evaluate a prototype using Ethereum as the blockchain platform and show that our scheme has comparable performance.

연구 동기 및 목표

• 기존의 증명 가능 복구(Proof of Retrievability, PoR) 기반 기술이 신뢰할 수 있는 감사자를 전제로 하고 있으며, 악성 클라우드 서버만 감시하는 데에 한계가 있다는 문제를 해결하고자 한다.
• 클라우드 서버와 감사자 간의 공모 또는 감사자와 데이터 소유자 간의 공모에 대비한 시스템 설계를 목적으로 한다.
• 블록체인 스마트 컨트랙트를 활용해 안전하고 자동화된 분쟁 해결 및 지급 정산을 가능하게 하고자 한다.
• 스테이트 채널을 활용해 블록체인 상호작용의 오버헤드를 줄여 확장성을 높이고자 한다.
• 이더리움 기반으로 프로토타입을 구현하고 평가하여 실용성과 성능을 검증하고자 한다.

제안 방법

• 프로토콜은 데이터 소유자와 감사자 간의 분쟁을 해결하기 위해 블록체인 스마트 컨트랙트를 신뢰할 수 있는 중재자로 사용한다.
• 스테이트 채널을 활용해 주요 블록체인에서 빈번한 감사 상호작용을 이전하여 거래 비용과 지연 시간을 감소시킨다.
• 시스템은 데이터 소유자가 민감한 내용을 드러내지 않고도 데이터의 무결성을 검증할 수 있는 기밀 보장 감사를 지원한다.
• 감사 도전 및 응답은 암호학적으로 검증 가능하며, 블록체인에 기록되어 책임성을 확보한다.
• 모든 당사자—데이터 소유자, 감사자, 클라우드 서버—가 악성 행위 또는 공모 가능성을 고려한 위협 모델을 가정한다.
• 프로토타입은 표준 스마트 컨트랙트 패턴과 암호학적 원리를 사용해 이더리움 블록체인 상에 구현되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 감사자와 클라우드 서버가 공모할 수 있는 클라우드 스토리지 시스템에서 데이터 무결성이 어떻게 유지될 수 있는가?
• RQ2 블록체인 스마트 컨트랙트는 데이터 감사의 신뢰할 수 없는 분쟁 해결에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ3 지속적인 감사 시스템에서 블록체인 상호작용 오버헤드는 어떻게 최소화할 수 있는가?
• RQ4 기밀 보장 감사 프로토콜이 기존의 전통적 PoR 기반 기술과 유사한 성능을 달성할 수 있는가?
• RQ5 이러한 시스템을 이더리움과 같은 공개 블록체인에 구현하는 데 실용성이 있는가?

주요 결과

• 스마트 컨트랙트를 통한 암호학적 책임성 도입으로, 감사자와 클라우드 서버 간의 공모에 효과적으로 대비할 수 있다.
• 스테이트 채널은 온체인 트랜잭션 수를 크게 줄여 확장성 향상과 비용 절감에 기여한다.
• 시스템은 강력한 기밀 보장 기능을 유지하여 감사 과정 중 데이터 내용이 기밀로 유지됨을 보장한다.
• 이더리움 기반 프로토타입 구현은 기존 PoR 기반 기술과 유사한 성능을 보이며 실용성을 입증한다.
• 스마트 컨트랙트는 신뢰할 수 있는 제3자 없이도 분쟁 해결 및 지급 정산을 자동화하는 데 성공했다.
• 다수의 악성 당사자가 참여하는 악성 환경에서도 감사 과정은 효율적이고 확장 가능하게 유지된다.