[논문 리뷰] Improving Privacy and Security in Unmanned Aerial Vehicles Network using Blockchain

Hardik Sachdeva, Shivam Gupta외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 16.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 무인 항공기(UAV)를 위한 블록체인 기반의 안전한 통신 프레임워크를 제안하여 프라이버시를 강화하고 사이버 공격에 대한 내성을 높인다. 스마트 계약과 분산 원장 기반으로, GPS 스푸핑, 잡음 공격, 블랙홀 공격 등의 위협을 완화하면서도 데이터 무결성과 접근 제어를 보장하는 자기 치유 기능을 갖춘 UAV 애드혹 네트워크를 설계한다.

ABSTRACT

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), also known as drones, have exploded in every segment present in todays business industry. They have scope in reinventing old businesses, and they are even developing new opportunities for various brands and franchisors. UAVs are used in the supply chain, maintaining surveillance and serving as mobile hotspots. Although UAVs have potential applications, they bring several societal concerns and challenges that need addressing in public safety, privacy, and cyber security. UAVs are prone to various cyber-attacks and vulnerabilities; they can also be hacked and misused by malicious entities resulting in cyber-crime. The adversaries can exploit these vulnerabilities, leading to data loss, property, and destruction of life. One can partially detect the attacks like false information dissemination, jamming, gray hole, blackhole, and GPS spoofing by monitoring the UAV behavior, but it may not resolve privacy issues. This paper presents secure communication between UAVs using blockchain technology. Our approach involves building smart contracts and making a secure and reliable UAV adhoc network. This network will be resilient to various network attacks and is secure against malicious intrusions.

연구 동기 및 목표

• 상업 및 공공 부문에서의 UAV 보급 증가로 인한 증가하는 사이버보안 및 프라이버시 위험을 해결한다.
• GPS 스푸핑, 잡음 공격, 미들맨(MITM) 공격 등 UAV 통신의 핵심 취약점을 규명한다.
• 중앙 집중형 권한 기반의 의존도를 제거하기 위해 분산형, 신뢰할 수 없는 통신 모델을 개발한다.
• 암호화 기반의 블록체인 메커니즘을 통해 데이터 무결성, 기밀성, 접근 제어를 확보한다.
• 악성 침입을 자동으로 탐지하고 복구할 수 있는 자기 치유 기능을 갖춘 내성적인 UAV 애드혹 네트워크를 설계한다.

제안 방법

• UAV 네트워크 인증 및 접근 제어를 관리하기 위해 허가된 블록체인 아키텍처를 구현한다.
• 블록체인 상에 스마트 계약을 설계 및 배포하여 UAV 간의 신뢰성 검증과 안전한 메시지 교환을 자동화한다.
• 디지털 서명 및 해시 함수와 같은 암호학적 원리를 통합하여 데이터의 진위성과 무결성을 보장한다.
• 단일 장애 지점이 없는 분산형 피어 투 피어 통신 모델을 구축하여 중앙 집중형 구조를 제거한다.
• PBFT 또는 유사한 기법을 활용한 공조 메커니즘을 도입하여 거래를 검증하고 악성 노드 행동을 방지한다.
• 노드가 자주 참여하고 이탈하는 동적 애드혹 네트워크로 UAV 네트워크를 모델링하고, 블록체인을 통해 상호작용 기록을 변조 금지된 로그로 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기술을 어떻게 활용하여 분산형 UAV 네트워크의 신뢰성과 보안성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 GPS 스푸핑 및 블랙홀 공격과 같은 일반적인 UAV 네트워크 공격을 탐지하고 방지할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 엔드 투 엔드 무결성과 진위성을 유지하면서도 UAV 통신에서 프라이버시를 어떻게 보존할 수 있는가?
• RQ4 스마트 계약이 UAV 애드혹 네트워크에서 보안 정책을 자동화하고 이행하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ5 제안된 블록체인 기반 시스템은 동적 네트워크 변화와 악성 침입에 대해 얼마나 높은 내성을 확보하는가?

주요 결과

• 제안된 블록체인 기반 UAV 네트워크는 암호화 검증 및 공조 메커니즘을 통해 GPS 스푸핑 및 블랙홀 공격에 대한 내성을 입증하였다.
• 스마트 계약이 신뢰성 검증 및 접근 제어를 성공적으로 자동화하여 중앙 집중형 기관 의존도를 감소시켰다.
• 평가된 위협 시나리오 동안 데이터 무결성이 유지되었으며, 데이터 변조 기록이 전혀 없었다.
• 분산 아키텍처는 자기 치유 기능을 제공하여 악성 행동을 탐지한 후 네트워크 재구성 및 연결 유지가 가능했다.
• 블록체인 통합으로 모든 메시지가 암호화 서명되어 검증 가능해지면서 가짜 정보 유포 위험을 감소시켰다.
• 성능 평가 결과 실시간 UAV 운영에 적합한 지연 시간과 오버헤드를 확보하여 동적 환경에서의 구현 가능성을 확인하였다.