[논문 리뷰] Can Blockchain Protect Internet-of-Things?

Hiroshi Watanabe|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 17.

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 물리적 칩 식별자와 블록체인을 통합하여 IoT 보안을 향상시키기 위해 새로운 데이터체인 레이어를 제안한다. 이는 고유한 물리적 장치 식별자를 논리적 주소에 바인딩하여 스푸핑을 방지하고 강력한 인증을 가능하게 한다. 이 솔루션은 하드웨어 수준의 유일성과 블록체인의 변하지 않는 성질이 결합되어 IoT의 핵심적 신뢰성 및 무결성 문제를 공동으로 해결할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

In the Internet-of-Things, the number of connected devices is expected to be extremely huge, i.e., more than a couple of ten billion. It is however well-known that the security for the Internet-of-Things is still open problem. In particular, it is difficult to certify the identification of connected devices and to prevent the illegal spoofing. It is because the conventional security technologies have advanced for mainly protecting logical network and not for physical network like the Internet-of-Things. In order to protect the Internet-of-Things with advanced security technologies, we propose a new concept (datachain layer) which is a well-designed combination of physical chip identification and blockchain. With a proposed solution of the physical chip identification, the physical addresses of connected devices are uniquely connected to the logical addresses to be protected by blockchain.

연구 동기 및 목표

• 빠르게 확장되고 있는 인터넷 오브 things(IoT) 생태계에서 장치 인증 및 스푸핑과 같은 핵심 과제를 해결하기 위해.
• 논리적 네트워크를 위한 것으로 설계된 기존 보안 프로토콜이 물리적 IoT 디바이스 환경에는 적합하지 않다는 한계를 극복하기 위해.
• 물리적 하드웨어 식별자와 블록체인을 결합한 하이브리드 아키텍처를 제안하여 IoT 시스템에서 종단 간 신뢰를 확보하기 위해.
• 암호학적 바인딩을 통해 물리적 장치 신원과 그 논리적 네트워크 주소 사이에 고유하고 검증 가능한 매핑을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 물리적 칩 식별자와 블록체인 기반 논리적 주소를 통합하는 새로운 추상화 레이어인 '데이터체인 레이어'를 도입한다.
• 각 IoT 디바이스를 고유한 물리적 주소에 바인딩하기 위해 물리적 불가복제 기능(PUFs) 또는 유사한 하드웨어 기반 고유 식별자를 사용한다.
• 암호학적 해시 함수를 통해 각 장치의 물리적 신원을 그 논리적 네트워크 주소로 매핑하여 무결성과 비부인성(Non-repudiation)을 보장한다.
• 바인딩 정보를 허가된 또는 공개 블록체인에 저장하여 장치 신원의 변하지 않는 성질과 감사 가능성을 보장한다.
• 블록체인 트랜잭션을 활용해 장치 등록, 액세스 및 신원 변경 사항을 위변조 방지 방식으로 기록하고 검증한다.
• 블록체인상의 물리적 및 논리적 신원 식별자가 일치하지 않을 경우 장치 신원 스푸핑 시도가 감지될 수 있도록 시스템을 설계한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물리적 칩 식별자와 블록체인 기술의 조합이 대규모 IoT 구현 환경에서 장치 스푸핑을 효과적으로 방지할 수 있는가?
• RQ2 물리적 장치 신원을 어떻게 암호학적으로 논리적 네트워크 신원에 바인딩하여 진위성과 무결성을 보장할 수 있는가?
• RQ3 IoT 시스템에서 하드웨어 수준의 유일성과 블록체인 기반 신뢰 메커니즘을 통합하기 위해 필요한 아키텍처 계층은 무엇인가?
• RQ4 기존 인증 방법에 비해 제안된 데이터체인 레이어가 IoT 네트워크의 보안 수준을 어느 정도 향상시키는가?

주요 결과

• 제안된 데이터체인 레이어는 암호학적 기법을 사용하여 물리적 장치 신원을 논리적 네트워크 주소에 성공적으로 바인딩하여 강력한 인증을 가능하게 했다.
• 하드웨어 기반 고유 식별자와 블록체인의 통합으로 스푸핑 시도가 신원 기록의 불일치로 인해 감지될 수 있었다.
• 시스템은 장치 신원 및 액세스 이벤트의 위변조 방지, 불가변 로그를 제공하여 감사 가능성과 책임 소재를 향상시켰다.
• 물리적 및 논리적 신원의 이중 검증 덕분에 중간자 공격 및 위조 공격과 같은 일반적인 IoT 위협에 저항력이 있었다.