[논문 리뷰] Privacy Preserving and Cost Optimal Mobile Crowdsensing using Smart Contracts on Blockchain

Dimitris Chatzopoulos, Sujit Gujar외 2명|Rare & Special e-Zone (The Hong Kong University of Science and Technology)|2018. 08. 13.

Mobile Crowdsensing and Crowdsourcing참고 문헌 21인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 공간 커뮤니티 센싱을 위한 블록체인 기반의 프라이버시 보장 시스템을 제안하며, 스마트 계약을 활용해 비용 최적화되고 정직한 작업 할당을 가능하게 한다. 통신사업자(IPS)와 허가된 블록체인을 활용함으로써 사용자 익명성과 위치 프라이버시를 보장하면서도, 혁신적인 정직 경매 메커니즘 덕분에 최신 기술 대비 제공자 비용을 최대 10배까지 절감한다.

ABSTRACT

The popularity and applicability of mobile crowdsensing applications are continuously increasing due to the widespread of mobile devices and their sensing and processing capabilities. However, we need to offer appropriate incentives to the mobile users who contribute their resources and preserve their privacy. Blockchain technologies enable semi-anonymous multi-party interactions and can be utilized in crowdsensing applications to maintain the privacy of the mobile users while ensuring first-rate crowdsensed data. In this work, we propose to use blockchain technologies and smart contracts to orchestrate the interactions between mobile crowdsensing providers and mobile users for the case of spatial crowdsensing, where mobile users need to be at specific locations to perform the tasks. Smart contracts, by operating as processes that are executed on the blockchain, are used to preserve users' privacy and make payments. Furthermore, for the assignment of the crowdsensing tasks to the mobile users, we design a truthful, cost-optimal auction that minimizes the payments from the crowdsensing providers to the mobile users. Extensive experimental results show that the proposed privacy preserving auction outperforms state-of-the-art proposals regarding cost by ten times for high numbers of mobile users and tasks.

연구 동기 및 목표

• 공간 모바일 커뮤니티 센싱에서 사용자 프라이버시와 비용 효율성의 이중적 과제를 해결하기 위해.
• 서비스 제공자로부터 모바일 사용자의 신원과 위치 정보가 기밀 유지되도록 보장하기 위해.
• 모바일 사용자에게 지불하는 비용을 최소화하면서도 참가 비용 보고의 정직성을 보장하는 정직하고 비용 최적화된 경매 메커니즘을 설계하기 위해.
• 블록체인 상의 스마트 계약을 활용해 커뮤니티 센싱 제공자, 모바일 사용자, 통신사업자 간에 안전하고 탈중앙화된 협업을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 데이터 무결성과 불변성을 확보하기 위해 통신사업자 및 관련 당사자가 유지하는 블록체인을 사용한다.
• 블록체인 상의 스마트 계약이 작업 등록, 입찰, 지급 배분, 데이터 접근 제어를 담당한다.
• 게임 이론 원리를 활용해 새로운 비용 최적화 경매(CSOPT)를 설계하여 참신한 방식으로 작업을 할당하고 총 지불 비용을 최소화한다.
• 통신사업자(IPS)는 신뢰할 수 있는 중개자 역할을 하며, 세포 기반 접속점을 활용해 위치 기반 작업 수행 여부를 검증하지만 사용자 신원을 폭 드러내지 않는다.
• 블록체인의 거래 프라이버시 기능이 사용자 신원을 숨기고, 스마트 계약이 지급 및 작업 실행 로직을 강제한다.
• 기존 모바일 네트워크와 통합되며, 스마트 계약 배포 및 실행을 위해 이더리움 유사 실행 환경을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자 신원을 폭 드러내지 않으면서도 특정 지리적 위치에서만 커뮤니티 센싱 데이터가 수집되도록 보장할 수 있는가?
• RQ2 서비스 제공자와 네트워크 인fra 구조 모두로부터 모바일 사용자의 프라이버시를 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ3 참가 비용 보고의 정직성을 확보하면서도 비용을 최소화하는 방식으로 작업을 모바일 사용자에게 할당할 수 있는가?
• RQ4 중앙집중식 시스템 대비 블록체인을 활용한 협업의 성능 오버헤드는 어느 정도인가?

주요 결과

• 모바일 사용자 수와 작업 수가 많을 경우, 제안된 CSOPT 경매는 최신 기술 대비 총 지불 비용을 최대 10배까지 절감한다.
• CSOPT 알고리즘의 비용은 사용자 수와 작업 수에 따라 비선형적으로 증가하며, 1,000명의 사용자와 1,000개의 작업에 대해서도 10초 이내로 유지된다.
• 블록체인 마이닝과 작업 실행을 포함한 시스템의 총 지연 시간은 작업 지속 시간이 수십 초 수준일 경우에도 열악하지 않게 유지되며(10초 이내), 무시할 만큼 작다.
• 스마트 계약의 사용은 중앙 기관에 의존하지 않고도 지급 및 데이터 접근 제어를 안전하고 자동으로 실행할 수 있도록 한다.
• 시스템은 강력한 프라이버시 보장을 유지한다: 서비스 제공자(CSP)는 데이터 제출 후에도 사용자 신원이나 거주지/근무지 위치를 파악할 수 없다.