[논문 리뷰] Short Paper: Design and Evaluation of Privacy-preserved Supply Chain System based on Public Blockchain

Takio Uesugi, Yoshinobu Shijo외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 16.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 공개 블록체인 상에서 소유권 이관 기록을 암호화하고, 제로지식 증명을 사용하여 정당성을 검증하면서도 블록체인 주소를 폭 드러내지 않는 프라이버시 보장형 공급망 시스템을 제안한다. 이 방법은 제조사가 제품을 추적할 수 있도록 하면서도 민감한 유통 데이터를 보호할 수 있으며, 이더리움 기반으로 한 당사자당 거래 수수료가 2.60달러 이내로 제한된다.

ABSTRACT

Securing the traceability of products in the supply chain is an urgent issue. Recently, supply chain systems that use public blockchain (PBC) have been proposed. In these systems, PBC is used as a common database shared between supply chain parties to secure the integrity and reliability of distribution information such as ownership transfer records. Thus, these systems secure a high level of traceability in the supply chain. However, the distribution information, which can be private information, is made public since the information recorded in PBC can be read by anyone. In this paper, we propose a method for preserving privacy while securing traceability in a supply chain system using PBC. The proposed method preserves privacy by concealing the distribution information via encryption. In addition, the proposed method ensures distribution among legitimate supply chain parties while concealing their blockchain address by using a zero-knowledge proof to prove their authenticity. We implement the proposed method on Ethereum smart contracts and evaluate cost performance based on transaction fees. The results show that the fee per party is at most 2.6 USD.

연구 동기 및 목표

• 공개 블록체인 기반 공급망에서 소유권 이관 기록이 공개적으로 노출되는 프라이버시 유출 문제를 해결하기 위해.
• 민감한 유통 데이터나 참가자 신원을 폭 드러내지 않고도 제조사가 제품을 추적할 수 있도록 하기 위해.
• 소유권 이관에 참여할 수 있는 것은 정당한 공급망 참가자들만 가능하게 하되, 그들의 블록체인 주소를 숨기기 위해.
• 이더리움 기반 거래 수수료 측면에서 시스템의 비용 성능을 평가하기 위해.
• 고가의 제품에 대해 실용적인 구현을 가능하게 하기 위해 운영 비용을 낮추기 위해.

제안 방법

• 시스템은 공급망 참가자의 블록체인 주소를 제조사의 공개 키를 사용해 암호화한 후, 공개 블록체인에 저장한다.
• 제조사가 보유한 비공개 키를 통해 암호화된 주소를 복호화하고, 소유권 이관 체인을 따라 제품 소유권을 추적할 수 있다.
• 제로지식 증명(zk-SNARKs)을 사용하여 참가자가 비밀 토큰을 보유하고 있음을 검증함으로써, 신원이나 주소를 폭 드러내지 않은 채로 정당성을 입증한다.
• 이더리움 상에서 세 개의 스마트 컨트랙트를 구현한다: 제조사 관리 컨트랙트(MMC), 제품 관리 컨트랙트(PMC), 검증 컨트랙트(VC).
• 실현을 위해 ZoKrates를 활용해 zk-SNARKs를 구현하고, 스마트 컨트랙트 로직은 Solidity 0.5.11를 사용하며, 가스 비용은 Remix IDE를 통해 측정한다.
• 시스템은 제조사에서 출발하는 제품 유통 흐름을 전제로 하며, 운송 및 수령 과정에 대해 별도의 거래 프로세스를 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공개 블록체인 기반 공급망 시스템에서 소유권 이관 기록의 프라이버시를 유지하면서도 완전한 추적성을 확보할 수 있는가?
• RQ2 공급망 참가자들은 자신의 블록체인 주소를 폭 드러내지 않고도 정당성을 입증할 수 있는가?
• RQ3 실제 블록체인 환경에 암호화와 제로지식 증명을 통합할 경우, 거래 비용에 어떤 부담이 발생하는가?
• RQ4 블록체인 거래 수수료가 존재하더라도, 이 시스템은 고가의 제품에 실용적으로 적용될 수 있는가?
• RQ5 이 시스템은 제품 조립 및 분해 프로세스를 지원하기 위해 어떻게 확장될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 블록체인 주소와 유통 정보를 공개적으로 노출하지 않아 프라이버시를 효과적으로 보존한다.
• 제조사는 비공개 키를 사용해 암호화된 주소를 복호화함으로써 정확하게 제품 소유권을 추적할 수 있다.
• 제로지식 증명은 참가자의 정당성을 유출 없이 효과적으로 검증한다.
• 모든 운영 과정에서 당사자당 최대 거래 수수료는 2.60달러였으며, 평가 당시 이더리움 기반 가스 비용 측정 결과에 기반한다.
• 이 시스템은 자동차나 가전제품과 같은 고가의 제품에 대해 실용적으로 적용 가능하며, 2.60달러의 수수료는 보증 또는 리콜 관리 비용으로서 정당화될 수 있다.
• 검증 컨트랙트를 사전에 배포함으로써 향후 비용 절감이 가능할 것으로 기대된다.