[논문 리뷰] Consortium Blockchain for Security and Privacy-Preserving in E-government Systems

Noe Elisa, Longzhi Yang외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 25.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 17인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 중앙집중식 전자정부 플랫폼의 보안성과 기밀성을 향상하기 위해 콈터샤인 블록체인 기반의 전자정부 시스템을 제안한다. 사전에 선정된 노드를 통해 합의 및 검증을 수행하는 준공개형, 허가된 블록체인을 활용함으로써 탈중앙화된 신뢰를 확보하고 단일 장애 지점에 대한 저항력을 갖추며, 낮은 지연 시간과 높은 처리량을 달성하여 실세계 전자정부 응용 분야에 대한 실현 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

Since its inception as a solution for secure cryptocurrencies sharing in 2008, the blockchain technology has now become one of the core technologies for secure data sharing and storage over trustless and decentralised peer-to-peer systems. E-government is amongst the systems that stores sensitive information about citizens, businesses and other affiliates, and therefore becomes the target of cyber attackers. The existing e-government systems are centralised and thus subject to single point of failure. This paper proposes a secure and decentralised e-government system based on the consortium blockchain technology, which is a semi-public and decentralised blockchain system consisting of a group of pre-selected entities or organisations in charge of consensus and decisions making for the benefit of the whole network of peers. In addition, a number of e-government nodes are pre-selected to perform the tasks of user and transaction validation before being added to the blockchain network. Accordingly, e-government users of the consortium blockchain network are given the rights to create, submit, access, and review transactions. Performance evaluation on single transaction time and transactions processed per second demonstrate the practicability of the proposed consortium blockchain-based e-government system for secure information sharing amongst all stakeholders.

연구 동기 및 목표

• 단일 장애 지점과 사이버 공격에 취약한 중앙집중식 전자정부 시스템의 보안성과 기밀성 취약점을 해결하기 위해.
• 총터샤인 블록체인 기술을 활용해 탈중앙화되고 신뢰가 필요 없는 전자정부 아키텍처를 설계하기 위해.
• 사전에 선정된 신뢰할 수 있는 노드를 통해 안전한 사용자 인증, 거래 검증 및 접근 제어를 보장하기 위해.
• 실제 구현을 위한 성능 평가를 위해 거래 처리 속도와 지연 시간 측면에서 시스템 성능을 평가하기 위해.
• 스테이크홀더가 투명하면서도 기밀성을 유지하는 방식으로 거래를 생성, 제출, 접근 및 감사할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 사전에 정의된 신뢰할 수 있는 조직 집합을 검증자 및 합의 참여자로 활용하는 콈터샤인 블록체인 아키텍처를 채택한다.
• 사전에 선정된 전자정부 노드들이 블록체인에 추가되기 전에 사용자와 거래를 검증하는 책임을 진다.
• 허가된 블록체인의 성격 덕분에 오직 자격을 갖춘 기관들만 합의 및 데이터 관리에 참여할 수 있다.
• 암호 기법을 사용하여 거래 중 데이터 무결성과 사용자 기밀성을 보장한다.
• 사용자는 읽기 및 쓰기 작업을 수행할 수 있으며, 거래의 생성, 제출, 접근 및 검토를 가능하게 한다.
• 성능 평가는 단일 거래 처리 시간과 초당 처리 가능한 거래 수를 통해 수행되어 확장성과 효율성 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 촙터샤인 블록체인 아키텍처는 중앙집중식 전자정부 시스템의 보안성과 기밀성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 지연 시간과 처리량 측면에서, 전자정부 거래 처리에 허가된 블록체인을 사용할 경우 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 신뢰할 수 있는 노드를 갖춘 준공개형 블록체인 모델은 탈중앙화를 유지하면서도 단일 장애 지점 문제를 효과적으로 방지할 수 있는가?
• RQ4 제안된 시스템은 탈중앙화된 환경에서 사용자 인증과 거래 무결성을 어떻게 보장하는가?
• RQ5 시스템은 전자정부 이해관계자 간 실시간으로 확장 가능한 정보 공유를 어느 정도 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 콈터샤인 블록체인 시스템은 기존 중앙집중식 전자정부 시스템에 내재된 단일 장애 지점 위험을 효과적으로 완화한다.
• 성능 평가 결과, 낮은 단일 거래 처리 시간을 확보하여 실시간 응용에 적합한 반응성을 보인다.
• 초당 처리 가능한 거래 수가 높아, 전자정부 워크로드에 대한 실용적 확장성을 입증한다.
• 합의 및 검증을 위해 사전에 선정된 신뢰할 수 있는 노드를 사용함으로써 시스템의 보안성과 효율성이 향상된다.
• 시스템은 자격을 갖춘 이해관계자가 참여할 수 있는 거래의 전 주기 관리(생성, 제출, 접근, 검토)를 지원한다.
• 결과적으로 제안된 시스템이 실세계 전자정부 환경에 구현 가능한 것으로 확인된다.