[논문 리뷰] MedExChain: Enabling Secure and Efffcient PHR Sharing Across Heterogeneous Blockchains

Yongyang Lv, Xiaohong Li외 4명|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 12.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 0

한 줄 요약

MedExChain은 향상된 프록시 재암호화(PRE)와 Cryptographic Reverse Firewall를 활용한 이종 블록체인 간의 교차 체인 PHR 공유 스킴을 제시하여 데이터를 보호하고 IoMT 오버헤드를 줄입니다.

ABSTRACT

With the proliferation of intelligent healthcare systems, patients' Personal Health Records (PHR) generated by the Internet of Medical Things (IoMT) in real-time play a vital role in disease diagnosis. The integration of emerging blockchain technologies signiffcantly enhanced the data security inside intelligent medical systems. However, data sharing across different systems based on varied blockchain architectures is still constrained by the unsolved performance and security challenges. This paper constructs a cross-chain data sharing scheme, termed MedExChain, which aims to securely share PHR across heterogeneous blockchain systems. The MedExChain scheme ensures that PHR can be shared across chains even under the performance limitations of IoMT devices. Additionally, the scheme incorporates Cryptographic Reverse Firewall (CRF) and a blockchain audit mechanism to defend against both internal and external security threats. The robustness of our scheme is validated through BAN logic, Scyther tool, Chosen Plaintext Attack (CPA) and Algorithm Substitution Attack (ASA) security analysis veriffcation. Extensive evaluations demonstrate that MedExChain signiffcantly minimizes computation and communication overhead, making it suitable for IoMT devices and fostering the efffcient circulation of PHR across diverse blockchain systems.

연구 동기 및 목표

• 이종 블록체인 간 IoMT 기기에서 안전한 실시간 PHR 공유를 촉진합니다.
• IoMT 기기의 저장 공간과 계산 한계를 고려하면서 교차 체인 데이터 공유를 가능하게 합니다.
• ASA를 포함한 내부 및 외부 위협에 대한 견고한 보안 증명을 제공합니다.
• IoMT 환경에 맞추어 계산 및 통신 오버헤드를 최소화합니다.

제안 방법

• 향상된 프록시 재암호화(PRE) 알고리즘을 기반으로 한 교차 체인 PHR 공유 스킴인 MedExChain을 제안합니다.
• Backdoor 공격에 대비하여 Cryptographic Reverse Firewall (CRF)를 도입합니다.
• IPFS에 암호화된 PHR을 저장하고 교차 체인 워크플로우에 스마트 계약을 사용합니다.
• BAN 로직, Scyther 도구, CPA 및 ASA 분석으로 보안을 검증합니다.
• 데이터 소유자가 한 번 데이터를 암호화하고 데이터 사용자가 체인 간에 재암호화된 암호문을 통해 해독하는 방식을 지원합니다.
• 다수의 참조 스킴과 비교한 계산 및 통신 오버헤드를 평가합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상이한 암호 체계를 갖는 이종 블록체인 간에 PHR을 어떻게 안전하게 공유할 수 있을까요?
• RQ2 기밀성과 무결성을 유지하면서 IoMT 오버헤드를 최소화할 수 있을까요?
• RQ3 통합된 CRF가 체인 간 알고리즘 치환 및 정보 유출 위협에 대해 탄력적 방어를 제공합니까?
• RQ4 MedExChain에 대한 BAN 로직, Scyther, CPA 및 ASA 분석에서의 보안 보장은 무엇입니까?

주요 결과

• MedExChain은 IPFS에 실시간 IoMT 데이터를 암호화하고 대상 체인에 대해 재암호화하여 교차 체인 PHR 공유를 가능하게 합니다.
• 이 스킴은 Cryptographic Reverse Firewall과 형식적 보안 분석(BAN 로직, Scyther, CPA, ASA)을 통합하여 보안을 강화합니다.
• 실험 평가에서 ReKeyGen 및 ReEnc 단계에서의 데이터 단위당 통신 오버헤드가 다섯 개 참조 스킴과 비교하여 더 낮은 것으로 나타났습니다.
• 시스템 처리량 및 지연 측정은 이종 블록체인 간의 교차 체인 PHR 순환의 가능성을 시사합니다.