[논문 리뷰] Decentralized User-Centric Access Control using PubSub over Blockchain

Sayed Hadi Hashemi, Faraz Faghri외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 29.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 2인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 블록체인과 퍼블리시/서브스크라이브 메시징을 활용하여 분산 환경(예: 사물인터넷 및 스마트 시티)에서 세밀한, 감사 가능한 데이터 공유를 가능하게 하는 탈중앙화되고 사용자 중심의 액세스 제어 시스템인 Dusc를 제안한다. 데이터 저장소와 액세스 제어를 분리하고 능력 기반 인증을 사용함으로써 Dusc는 확장성, 프라이버시 및 투명성을 유지하면서도 대규모 환경에서 정확성과 사용성도 확보한다.

ABSTRACT

We present a mechanism that puts users in the center of control and empowers them to dictate the access to their collections of data. Revisiting the fundamental mechanisms in security for providing protection, our solution uses capabilities, access lists, and access rights following well-understood formal notions for reasoning about access. This contribution presents a practical, correct, auditable, transparent, distributed, and decentralized mechanism that is well-matched to the current emerging environments including Internet of Things, smart city, precision medicine, and autonomous cars. It is based on well-tested principles and practices used in a distributed authorization, cryptocurrencies, and scalable computing.

연구 동기 및 목표

• 사물인터넷, 스마트 시티 및 정밀의료와 같은 대규모 탈중앙화 환경에서의 중앙집중식 액세스 제어의 과제를 해결하기 위해.
• 사용자가 자신의 데이터를 누구가 접근할 수 있고 어떤 조건에서 접근할 수 있는지 완전히 제어할 수 있도록 하기 위해.
• 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고도 확장성, 프라이버시 보존, 감사 가능성 및 데이터 규제 준수를 동시에 확보할 수 있는 시스템을 설계하기 위해.
• 대규모 분산 데이터 소스 간에 원활하고 비동기적으로 데이터를 공유하면서도 정확성과 사용성을 유지하기 위해.

제안 방법

• 데이터 저장소와 액세스 제어를 분리하여 데이터가 원천에 그대로 유지되도록 하되, 액세스 정책은 별도로 관리한다.
• 암호적으로 서명된 능력(capability)으로 표현된 능력 기반 액세스 제어 모델을 사용한다.
• 메시지 지속성, 가용성 및 감사 가능성을 보장하기 위해 블록체인 기반의 퍼블리시/서브스크라이브 메시징 시스템을 활용한다.
• 고부하 상황에서도 근사 선형 성능을 달성하기 위해 퍼블리시/서브스크라이브 계층에서 블룸 필터를 사용한다.
• 생성, 승인, 검증을 지원하는 데이터 관리에 대한 오성 프로토콜을 구현한다.
• 데이터 소유자, 요청자, 승인자가 분산 네트워크를 통해 표준화되고 검증 가능한 메시지를 통해 상호작용하는 모듈러 아키텍처를 구현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사물인터넷 및 스마트 시티와 같은 탈중앙화된 대규모 시스템에서 사용자가 자신의 데이터를 완전히 제어할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 중앙 집중적 신뢰 없이도 확장 가능하고 감사 가능하며 프라이버시를 보존하는 데이터 공유를 가능하게 하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 수십억 대의 기기로 구성된 비동기적 분산 환경에서 액세스 제어를 정확하고 사용자 친화적이며 효율적으로 구현하는 방법은 무엇인가?
• RQ4 블록체인과 퍼블리시/서브스크라이브 메시징이 대규모에서 실시간으로 안전하고 투명한 데이터 액세스 제어를 얼마나 잘 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 권한 검사 시간은 능력 수에 비례하여 선형적으로 증가하며, 100만 개의 능력이 포함된 요청은 처리에 2.6초가 소요된다.
• 메시지 생성 및 검증 오버헤드는 극히 미미하며, 100개의 능력에 대해서도 검증 시간이 200ms 이내다.
• 블룸 필터 기반 메시지 필터링은 100만 개의 키가 있는 상황에서도 평균 1.12e−5초의 필터링 시간을 기록한다.
• 공식적 검증을 통해 정확성과 보안성을 유지함을 입증하였으며, 부록 I에서 이를 확인할 수 있다.
• 데이터 저장소와 액세스 제어의 분리로 인해 데이터가 원천에 그대로 유지되어 데이터 이동을 줄이고 확장성을 향상시킨다.
• 시스템은 블록체인과 퍼블리시/서브스크라이브를 통해 메시지 지속성과 가용성을 보장하여, 약한 연결 조건에서도 비동기 운영을 지원한다.