[논문 리뷰] Internet of Entities (IoE): a Blockchain-based Distributed Paradigm to Security

Roberto Saia|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 27.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 49인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 블록체인 기반의 분산 보안 패러다임인 엔터티의 인터넷(Internet of Entities, IoE)을 제안한다. 이는 스마트폰, IoT 기기, 트래커와 같은 기존 무선 기기를 활용하여 실체의 위치 및 센서 데이터를 익명성과 불변성 있게 블록체인에 기록한다. 탈중앙화된 레거시 기술과 광범위한 무선 인프라의 조합을 통해 IoE는 최소한의 구축 부담과 높은 확장성으로 eHealth 및 스마트 시티와 같은 분야에서 안전하고 프라이버시를 보장하는 사람과 물체의 추적을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The exponential growth of wireless-based solutions, such as those related to the mobile smart devices (e.g., smart-phones and tablets) and Internet of Things (IoT) devices, has lead to countless advantages in every area of our society. Such a scenario has transformed the world a few decades back, dominated by latency, into a new world based on an efficient real-time interaction paradigm.Recently, cryptocurrency have contributed to this technological revolution, the fulcrum of which are a decentralization model and a certification function offered by the so-called blockchain infrastructure, which make it possible to certify the financial transactions, anonymously. However, it should be observed how this challenging scenario has generated new security problems directly related to the involved new technologies (e.g., e-commerce frauds, mobile bot-net attacks, blockchain DoS attacks, cryptocurrency scams, etc.). In this context, we can acknowledge that the scientific community efforts are usually oriented toward specific solutions, instead to exploit all the available technologies, synergistically, in order to define more efficient security paradigms. This paper aims to indicate a possible approach able to improve the security of people and things by introducing a novel paradigm to security defined Internet of Entities (IoE). It is a mechanism for the localization of people and things, which exploits both the huge number of existing wireless-based devices and the blockchain-based distributed ledger technology, overcoming the limits of traditional localization approaches, but without jeopardizing the user privacy. Its operation is based on two core elements with interchangeable roles, entities and trackers, which can be very common elements such as smart-phones, tablets, and IoT devices, and its implementation requires minimal efforts thanks to the existing infrastructures and devices.

연구 동기 및 목표

• 무선 및 IoT 기기의 보급 증가로 인한 사기, 봇넷, 블록체인 기반 공격 등의 증가하는 보안 과제를 해결한다.
• 중앙 집중식 기관에 의존하고 데이터 불변성 및 프라이버시가 부족한 전통적인 국소화 및 보안 시스템의 한계를 극복한다.
• 기존의 무선 기기(예: 스마트폰, IoT 기기)를 블록체인 기술과 통합하여 탈중앙화되고 확장성 있으며 프라이버시를 보장하는 보안 프레임워크를 구축한다.
• 사용자 신원을 유출하지 않으면서도 분산 레거시를 통해 실체(사람 또는 물체)의 안전하고 익명적이며 검증 가능한 추적을 가능하게 한다.
• 무선 기기 생태계와 블록체인 간의 시너지를 활용해 보안 분야를 넘어 eHealth 및 스마트 도시 환경 등에 적용 가능한 새로운 패러다임을 창출한다.

제안 방법

• 기기들이 실체(추적 대상) 또는 트래커(추적자)로 상호 교환 가능하게 작동하는 이중 역할 아키텍처를 사용한다. 스마트폰, 태블릿, IoT 기기 등을 활용한다.
• 블록체인 기반의 분산 레거시를 활용해 실체 데이터(예: 고유 식별자)와 트래커 데이터(예: 타임스탬프, GPS 위치, 센서 읽기값)의 불변 기록을 저장한다.
• 디지털 서명 및 해시 함수와 같은 암호 기법을 적용하여 블록체인 상의 데이터 무결성과 불변성을 보장한다.
• 익명 등록을 가능하게 하여 유일하게 실체 소유자만이 고유 식별자를 블록체인 기록된 데이터에 연결할 수 있도록 하여 프라이버시를 유지한다.
• 트래커 및 실체에서 유입되는 맥락 기반 센서 데이터(예: 온도, 습도, 심박수)를 포함하여 고도화된 응용 프로그램을 위한 데이터 세트를 풍부하게 한다.
• 노드 간의 일致성을 유지하기 위해 피어 투 피어 합의 프로토콜을 활용하여 탈중앙화 및 변조에 대한 저항성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 무선 기기를 어떻게 활용하여 사람과 물체의 추적을 위한 탈중앙화되고 확장성 있으며 프라이버시를 보장하는 시스템을 구축할 수 있는가?
• RQ2 블록체인 기술은 광범위하게 배치된 기기들로부터 수집된 위치 및 센서 데이터의 보안성과 불변성에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ3 실체와 트래커가 상호 교환 가능하도록 설계된 시스템을 구축할 수 있는가? 이를 통해 인프라 비용을 최소화하고 광범위한 배포를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ4 공개 레거시에 데이터를 등록하면서도 사용자 익명성을 유지할 수 있는가? 동시에 검증 가능하고 추적 가능한가?
• RQ5 이러한 시스템은 eHealth, 스마트 시티, 법집행 기관 등 다양한 분야에서 실용적 응용과 확장 가능성은 무엇인가?

주요 결과

• IoE 패러다임은 기존의 무선 기기와 블록체인 인프라만으로도 최소한의 구축 부담으로 안전하고 익명적이며 불변하는 실체 추적을 가능하게 한다.
• 시스템은 실체 및 트래커에서 유입되는 다양한 센서 데이터(예: 위치, 온도, 심박수)의 통합을 지원하여 고도화된 사용 사례를 위한 풍부한 데이터 수집을 가능하게 한다.
• 아키텍처는 매우 확장 가능하며, 2020년 기준 전 세계 73억 대 이상의 스마트폰과 200억~500억 대의 IoT 기기의 기존 보급을 활용한다.
• 블록체인의 사용으로 데이터의 불변성과 검증 가능성이 보장되어 법의학적 및 조사 목적에 적합한 시스템이 된다.
• B2B 및 B2C 비즈니스 모델을 모두 지원하며, 보안, 헬스케어, 스마트 시티 등 응용 분야에서의 상용화 잠재력이 있다.
• 시스템은 실체 소유자만이 식별자를 블록체인 기록에 연결할 수 있도록 하여 개인정보가 제3자에 의해 직접 신원과 연결되는 것을 방지함으로써 프라이버시를 유지한다.