[논문 리뷰] On-Chain IoT Data Modification in Blockchains

Sina Rafati Niya, Julius Willems외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 19.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 12인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 블록체인에서 IoT 데이터를 수정하기 위한 GDPR 준수, 온체인 솔루션을 제안하며, 카멜레온 해싱을 사용하여 블록의 구조를 변경하지 않고도 개별 거래 필드에 대한 세밀한, 사용자 제어형 업데이트를 가능하게 한다. 이 방법은 블록체인의 변경 불가성, 추적 가능성 및 거래 집계와 같은 블록체인 최적화와의 호환성을 유지한다.

ABSTRACT

In recent years, the interest growth in the Blockchains (BC) and Internet-of-Things (IoT) integration -- termed as BIoT -- for more trust via decentralization has led to great potentials in various use cases such as health care, supply chain tracking, and smart cities. A key element of BIoT ecosystems is the data transactions (TX) that include the data collected by IoT devices. BIoT applications face many challenges to comply with the European General Data Protection Regulation (GDPR) i.e., enabling users to hold on to their rights for deleting or modifying their data stored on publicly accessible and immutable BCs. In this regard, this paper identifies the requirements of BCs for being GDPR compliant in BIoT use cases. Accordingly, an on-chain solution is proposed that allows fine-grained modification (update and erasure) operations on TXs' data fields within a BC. The proposed solution is based on a cryptographic primitive called Chameleon Hashing. The novelty of this approach is manifold. BC users have the authority to update their data, which are addressed at the TX level with no side-effects on the block or chain. By performing and storing the data updates, all on-chain, traceability and verifiability of the BC are preserved. Moreover, the compatibility with TX aggregation mechanisms that allow the compression of the BC size is maintained.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 통합 IoT(BIoT) 시스템에서 GDPR 준수 문제를 해결하며, 특히 데이터의 변경 불가성과 개인 정보 정정 또는 삭제 권리 간의 갈등을 해결한다.
• 데이터 소유자가 자신의 개인 정보를 제어할 수 있도록, 거래 수준에서 세밀한, 온체인 수정을 가능하게 한다.
• 블록체인의 무결성, 추적 가능성 및 기존 최적화 기법(예: 거래 집계)과의 호환성을 유지하는 솔루션을 설계한다.
• 오직 데이터 소유자만 자신의 데이터를 수정할 수 있도록 하여 암호학적 접근 제어를 통해 무단 수정을 방지한다.
• 외부 기관이나 중심화된 기관에 의존하지 않는 자체 구현형 탈중앙화 메커니즘을 제공한다.

제안 방법

• 충돌 기반의 블록체인 거래 내 데이터 필드 수정을 가능하게 하기 위해 카멜레온 해싱 함수(CHF)를 활용하여, 블록의 구조를 변경하지 않고도 허가된 수정을 허용한다.
• 기존 거래를 수정하기 위한 업데이트 작업을 별도의 거래(UpdateTxs)로 저장하여 감사 가능성과 추적 가능성을 확보한다.
• 각 사용자 계정별로 CHF 매개변수를 설정하여, 오직 데이터 소유자만 자신의 거래에 대해 유효한 해시 충돌을 생성할 수 있도록 한다.
• 업데이트가 온체인에서 수행되며, 블록체인의 블록 구조를 변경하지 않아도 되도록 설계하여 체인의 변경 불가성을 유지한다.
• 블록 수준의 데이터나 합의 로직을 수정하지 않아도 되므로, 기존의 블록체인 확장성 기법(예: 거래 집계)과의 호환성을 확보한다.
• PoS 기반의 IoT 중심 블록체인(Bazo) 환경에 솔루션을 구현하여 클라이언트 및 마이너 측 프로세스에 모두 변경 사항을 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 시스템은 변경 불가성과 추적 가능성을 유지하면서도, IoT 데이터에 대한 GDPR 준수 수정을 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ2 블록체인의 블록 구조를 변경하지 않고도 개별 거래 필드에 대한 세밀한, 사용자 제어형 수정을 가능하게 하는 암호학적 원리는 무엇인가?
• RQ3 중앙화된 기관이나 외부 시스템에 의존하지 않고도 탈중앙화된, 온체인 솔루션을 통해 데이터 정정 및 삭제를 설계할 수 있는가?
• RQ4 동적 데이터 업데이트를 지원하면서도 거래 집계 및 기타 확장성 최적화 기법과의 호환성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 권한 있는, IoT에 특화된 블록체인 환경에서 온체인 데이터 수정에 카멜레온 해싱을 사용할 경우의 보안 및 운영적 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 솔루션은 블록체인 수준에서 데이터 소유자가 직접 자신의 개인 정보를 업데이트하거나 삭제할 수 있도록 허용하는 세밀한, 온체인 수정을 가능하게 한다.
• 모든 업데이트는 카멜레온 해싱을 통해 수행되며, 이는 허가된 사용자가 자신의 거래에 대해 해시 충돌을 생성할 수 있도록 하여, 블록의 구조를 변경하지 않고도 데이터 수정이 가능하게 한다.
• 모든 업데이트 거래가 블록체인에 저장되어 일반 거래와 동일하게 검증 가능하므로, 전체 추적 가능성과 감사 가능성이 유지된다.
• 업데이트가 블록 수준의 데이터나 합의 메커니즘에 영향을 주지 않기 때문에, 거래 집계와 같은 블록체인 확장성 최적화 기법과 완전히 호환된다.
• CHF 매개변수가 개별 사용자 계정에 연결되어 있어 오직 데이터 소유자만 자신의 데이터를 수정할 수 있으며, 무단 수정을 방지한다.
• 업데이트 작업은 1분 이내에 완료되어 실세계 BIoT 응용 프로그램에 대한 실용적 구현에 적합한 성능을 보여준다.