[논문 리뷰] Privacy protection of occupant behavior data and using blockchain for securely transferring temperature records in HVAC systems

LI Jing-ming, Nianping Li외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 09.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 17인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 빌딩 에너지 최적화를 위한 온도 기록의 안전한 전송을 가능하게 하면서도 점유자 행동 데이터의 기밀성을 보호하기 위해 블록체인 기반 프레임워크를 제안한다. 데이터를 트랜잭션으로 전송하는 것과 파일을 블록체인에 저장하는 것의 두 가지 블록체인 접근 방식을 평가하여, 향상된 데이터 보안과 기밀성 유지 속에서 빌딩 에너지 최적화에 적합한 실현 가능성과 상호 상충 관계를 입증한다.

ABSTRACT

The proportion of Energy consumption in the building industry is great, as well as the amount of cooling and heating system. Scholars have been working on energy conservation of Heating, ventilation, and air-conditioning and other systems in buildings. The application of occupant behavior data for building energy optimization has started gaining attention from scholars. However, occupant behavior data concerns many aspects of occupants' privacy. Different types of occupant behavior data contain occupants' private information to different levels. It is crucial to conduct privacy protection of occupant behavior data when using occupant behavior for energy conservation. This paper presents the aspects of privacy issue when using occupant behavior data, and methods to protect data privacy with blockchain technology. Both two options of using blockchain for privacy protection, sending data records as transactions and storing files on the blockchain, are explained and evaluated with temperature records from an open access paper. Sending data as transactions can be used between sensors and local building management system. While storing files on blockchain can be used for collaboration of different building management systems. Advantages, drawbacks, and potentials of using blockchain for data and file transfer are discussed. The results should be helpful for using occupant behavior data for building energy optimization.

연구 동기 및 목표

• 빌딩 에너지 최적화에 사용되는 점유자 행동 데이터와 관련된 기밀성 위험을 해결한다.
• HVAC 시스템에서 온도 기록 전송을 보안화하기 위해 블록체인 기술을 사용할 수 있는지 탐구한다.
• 트랜잭션 기반 데이터 전송과 블록체인에 파일 저장하는 두 가지 블록체인 배포 모델을 비교한다.
• 빌딩 관리 시스템에서 다양한 블록체인 구현 방식의 보안, 확장성, 성능 간 상호 상충 관계를 평가한다.
• 점유자 기밀성을 유지하면서 HVAC 데이터 워크플로우에 블록체인을 통합하기 위한 실용적 통찰을 제공한다.

제안 방법

• 점유자 행동 데이터의 기밀성 위험을 모델링하며, 점유 패턴과 개인 일정과 같은 민감한 정보 포함.
• 센서와 현지 빌딩 관리 시스템 간의 온도 데이터를 불변성 트랜잭션으로 기록하기 위해 블록체인 사용을 제안.
• 다른 빌딩 간 협업과 감사 가능성 향상을 위해 암호화된 점유 행동 파일을 블록체인에 저장하는 방식 탐색.
• 실제 온도 데이터를 개방형 데이터셋에서 확보하여 성능과 보안을 평가하기 위해 두 접근 방식 모두 평가.
• 블록체인의 데이터 무결성 및 액세스 제어 이점과 함께 저장소 과다 사용 및 지연 등의 제한 사항 분석.
• HVAC 데이터 교환에서 기밀성, 보안, 시스템 효율성의 균형을 이루기 위해 하이브리드 접근 방식 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HVAC 시스템의 점유자 행동 데이터는 에너지 최적화 과정에서 기밀성 침해로부터 어떻게 보호될 수 있는가?
• RQ2 온도 기록을 블록체인 트랜잭션으로 전송하는 것과 파일을 블록체인에 저장하는 것 사이의 기술적 상충 관계는 무엇인가?
• RQ3 시스템 성능에 영향을 주지 않으면서도 블록체인이 HVAC 데이터 전송에서 데이터의 무결성과 비부인성을 보장할 수 있는가?
• RQ4 다양한 블록체인 배포 모델은 빌딩 에너지 관리 시스템의 확장성과 기밀성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 기존 HVAC 데이터 워크플로우에 블록체인을 통합할 경우 스마트 빌딩에서 실질적인 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 온도 데이터를 블록체인 트랜잭션으로 전송하는 방식은 센서와 현지 빌딩 관리 시스템 간에 안전하고 검증 가능한 통신을 가능하게 한다.
• 암호화된 행동 파일을 블록체인에 저장하는 방식은 빌딩 간 협업을 지원하며 위변조 징후를 드러내는 감사 흔적을 제공한다.
• 트랜잭션 기반 접근 방식은 블록체인 내 파일 저장 방식에 비해 더 뛰어난 성능과 낮은 저장소 오버헤드를 제공한다.
• 블록체인은 데이터의 무결성과 액세스 제어를 향상시켜 HVAC 기록에 대한 무단 수정 위험을 줄인다.
• 블록체인에 파일을 저장하면 저장소 과다 사용과 높은 트랜잭션 비용으로 인해 확장성 문제를 야기한다.
• 두 접근 방식 모두 기밀성 보호를 유지하면서 에너지 최적화 워크플로우의 신뢰성과 투명성을 향상시킨다.