[논문 리뷰] Decentralizing Supply Chain Anti-Counterfeiting Systems Using Blockchain Technology

Neo C. K. Yiu|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 01.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 19인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 와인 산업을 특히 대상으로 하여 공급망을 위한 탈중앙화된 블록체인 기반 위조 방지 시스템인 dNAS를 제안한다. 기업 협의체 블록체인, 스마트 계약, 탈중앙화된 키 관리 기술을 활용하여, 위조 방지 및 완전한 추적 가능성을 보장하는 와인 제품 기원 정보를 무결성 있게 유지하며, 중앙 집중식 기관에 대한 의존도를 제거하고 암호화 검증을 통한 데이터 무결성과 진위 확인을 향상시킨다.

ABSTRACT

An interesting research problem in supply chain industry is evaluating and determining provenance of physical goods - demonstrating authenticity of luxury goods. Yet, there have been a few innovative software solutions addressing product anti-counterfeiting and record provenance of today's goods that are produced and transported in complex and internationally-spanning supply chain networks. However, these supply chain systems have been implemented with centralized system architecture, relying on centralized authorities or any form of intermediaries, and leading to issues such as single-point processing, storage and failure, which could be susceptible to malicious modifications of product records or various potential attacks to system components by dishonest participant nodes traversing along the supply chain. Blockchain technology has evolved from being merely a decentralized, distributed and immutable ledger of cryptocurrency transactions to a programmable interactive environment for building decentralized and reliable applications addressing different use cases and existing problems in the world. In this research, the Decentralized NFC-Enabled Anti-Counterfeiting System (dNAS) is proposed and developed, decentralizing a legacy anti-counterfeiting system of supply chain industry using Blockchain technology, to facilitate trustworthy data provenance retrieval, verification and management, as well as strengthening capability of product anti-counterfeiting in supply chain industry. The proposed dNAS utilizes decentralized blockchain network on a consensus protocol compatible with the concept of enterprise consortium, programmable smart contracts and a distributed file storage system to develop a secure and immutable scientific data provenance tracking and management platform on which provenance records, providing compelling properties on data integrity, are validated automatically.

연구 동기 및 목표

• 공급망에서 중앙 집중식 위조 방지 시스템의 한계, 특히 데이터 조작의 취약성과 단일 장애 지점의 문제를 해결하기 위해.
• 고급 품목인 병입 와인과 같은 상품에 대해 종단 간 추적 가능성과 데이터 무결성을 보장하는 탈중앙화된 신뢰할 수 없는 시스템을 개발하기 위해.
• 기존의 중앙 집중식 NFC 기반 시스템(NAS 등)을 블록체인 기반 대체 시스템으로 대체하여 공모나 악성 수정에 저항할 수 있도록 하기 위해.
• 기업 협의체 블록체인과 스마트 계약을 활용하여 보안성, 확장성, 프라이버시 보장을 동시에 확보한 솔루션을 구현하기 위해.
• 완전 기능을 갖춘 dNAS 프로토타입을 통해 탈중앙화 기술이 공급망 기원 추적 시스템에 적용 가능한지의 타당성과 장점을 입증하기 위해.

제안 방법

• 확장성과 보안성을 확보하기 위해 이더리움 호환 공조 프로토콜을 사용한 탈중앙화된 기업 협의체 블록체인 네트워크를 설계하고 구현하기 위해.
• 협의체 관리자가 유일한 배포자로 참여하도록 설정된 스마트 계약을 통합하여 데이터 검증, 배포, 업그레이드 절차를 자동화하고 강제화하기 위해.
• 역할 기반 접근 제어를 통해 협의체 노드 간에 비밀 키와 암호화 비밀 정보를 안전하게 저장하기 위해 분산 키 볼트 서비스를 활용하기 위해.
• 블록체인 검증 메타데이터를 통해 무결성을 확보하기 위해, 기원 데이터를 저장하기 위해 분산 파일 스토리지 시스템(IPFS 등)을 구현하기 위해.
• 물리적 와인 병에 근접 무선 통신(NFC) 태그를 부착하여 모바일 기기로 사용자 상호작용과 데이터 검색을 가능하게 하기 위해.
• 프oxy 컨tracts 및 환경 변수와 벌트 서비스 통합을 통한 비밀 키 관리와 같은 보안 시스템 설계 패턴을 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 중앙 집중식 공급망 위조 방지 시스템을 효과적으로 탈중앙화하여 데이터 무결성을 향상시키고 중개자 의존도를 줄일 수 있는가?
• RQ2 고급 품목을 위한 보안성, 확장성, 프라이버시 보장을 동시에 확보한 탈중앙화된 기원 추적 시스템을 구축하기 위해 필요한 아키텍처 및 기술 구성 요소는 무엇인가?
• RQ3 블록체인 기술, 스마트 계약, 분산 스토리지가 와인 제품의 진위 확인 및 추적 가능성 향상에 어느 정도 기여할 수 있는가?
• RQ4 기존 중앙 집중식 시스템에 비해 dNAS 시스템은 데이터 중복 및 악성 수정과 같은 일반적인 공격에 어떻게 저항하는가?
• RQ5 공급망 위조 방지 시스템에서 탈중앙화, 성능, 프라이버시, 사용성 간의 균형을 맞추기 위해 고려해야 할 주요 설계 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• dNAS 프로토타입은 기원 기록을 권한 있는 블록체인에 저장하여 데이터 무결성을 중앙 집중식 제어에서 분리함으로써 변하지 않는 무결성과 암호화 검증을 보장하였다.
• 스마트 계약은 접근 및 배포 정책을 엄격하게 강제하여, 유일하게 협의체 관리자만 계약을 배포하거나 업그레이드할 수 있도록 하여 공격 표면을 최소화하였다.
• 역할 기반 인증을 통한 분산 키 볼트 서비스 통합을 통해 노드 간 비밀 키 및 암호화 비밀 정보의 안전한 관리가 가능하였다.
• NFC 태그에 연결된 제품 데이터를 불변 블록체인 기록에 암호학적으로 묶음으로써, 모든 승인된 노드가 실시간으로 검증할 수 있도록 종단 간 추적 가능성을 달성하였다.
• 보안 분석 결과, dNAS는 기존 NAS 시스템이 앓고 있는 데이터 중복 및 비승인 기록 수정과 같은 일반적인 중앙 집중식 위협을 효과적으로 완화함을 확인하였다.
• 프로토타입은 엔터프라이즈 협의체 블록체인이 탈중앙화, 성능, 프라이버시를 균형 있게 확보하면서도 공급망 위조 방지에 실현 가능하고 효과적인 모델임을 입증하였다.