[논문 리뷰] SmartCoAuth: Smart-Contract privacy preservation mechanism on querying sensitive records in the cloud

Muhammed Siraj, Mohd Izuan Hafez Ninggal외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 06.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

SmartCoAuth는 이더리움 스마트 계약을 활용한 블록체인 기반 프레임워크를 제안하여, 의료 데이터와 같은 민감한 클라우드 저장 기록의 프라이버시를 보장하는 접근 제어를 가능하게 한다. 변조 방지 및 분산형 인증 및 권한 부여 메커니즘을 통해 신뢰할 수 없는 환경에서도 안전하고 투명하며 감사 가능한 쿼리가 가능하며, 데이터 프라이버시를 유지한다.

ABSTRACT

Sensitive records stored in the cloud such as healthcare records, private conversation and credit card information are targets of hackers and privacy abuse. Current information and record management systems have difficulties achieving privacy protection of such sensitive records in a secure, transparent, decentralized and trustless environment. The Blockchain technology is a nascent and a promising technology that facilitates data sharing and access in a secure, decentralized and trustless environment. The technology enables the use of smart contracts that can be leveraged to complement existing traditional systems to achieve security objectives that were never possible before. In this paper, we propose a framework based on Blockchain technology to enable privacy-preservation in a secured, decentralized, transparent and trustless environment. We name our framework SmartCoAuth. It is based on Ethereum Smart Contract functions as the secure, decentralized, transparent authentication and authorization mechanism in the framework. It also enables tamper-proof auditing of access to the protected records. We analysed how SmartCoAuth could be integrated into a cloud application to provide reliable privacy-preservation among stakeholders of healthcare records stored in the cloud. The proposed framework provides a satisfactory level of data utility and privacy preservation.

연구 동기 및 목표

• 의료 데이터와 같은 민감한 클라우드 저장 기록의 기밀 유출 및 무단 접근으로부터 보호하는 데 도전 과제를 해결하기 위해.
• 클라우드 기반 민감한 기록을 위한 탈중앙화되고 신뢰할 수 없으며 투명한 접근 제어 메커니즘을 설계하기 위해.
• 중앙 집중형 기관에 의존하지 않고 스마트 계약을 클라우드 애플리케이션에 통합하여 세밀한 접근 정책을 강제하기 위해.
• 감사 및 책임 소재를 위해 변조 방지 감사 기록을 통해 접근 요청 및 결정을 투명하게 기록하기 위해.

제안 방법

• 프레임워크는 이더리움 스마트 계약을 탈중앙화된 인증 및 권한 부여의 핵심 메커니즘으로 활용한다.
• 접근 제어 정책은 스마트 계약에 직접 인코딩되어 프로그래밍 가능한 프라이버시 규칙의 강제 이행을 보장한다.
• 각 접근 요청은 스마트 계약에 의해 검증되며, 사용자 권한을 확인하고 블록체인에 거래를 로그로 기록한다.
• 시스템은 역할 기반 접근 제어(RBAC)를 지원하며, 보안 API 게이트웨이를 통해 기존 클라우드 스토리지 시스템과 통합된다.
• 모든 접근 이벤트는 블록체인에 암호학적으로 로그로 기록되어 변조 불가능한 감사 기록을 제공한다.
• 시스템은 원시 기록에 대한 직접적 접근을 제한함으로써 데이터 기밀성을 보장하며, 정책 검증에 성공한 후에만 기록이 공개된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마트 계약을 활용해 탈중앙화된 클라우드 환경에서 민감한 기록에 대해 세밀한 접근 제어를 어떻게 구현할 수 있는가?
• RQ2 신뢰할 수 없는 블록체인 기반 시스템에서 데이터 유용성을 유지하면서도 프라이버시를 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ3 블록체인 기술을 활용해 민감한 기록에 대한 접근을 어떻게 투명하고 변조 방지 가능한 방식으로 감사할 수 있는가?
• RQ4 실제 클라우드 애플리케이션, 예를 들어 전자 건강 기록 시스템에 이러한 프레임워크를 통합하는 데 실현 가능성이 있는가?
• RQ5 제안된 시스템은 탈중앙화된 환경에서 보안, 프라이버시, 성능을 어떻게 균형 잡는가?

주요 결과

• 프레임워크는 이더리움 스마트 계약을 활용해 민감한 기록에 대해 안전하고 탈중앙화되며 감사 가능한 접근을 성공적으로 구현하였다.
• 모든 접근 결정은 블록체인에 암호학적으로 로그로 기록되어 데이터 접근 이벤트의 변조 방지 감사 가능성을 보장한다.
• 정책 기반 접근 제어를 통해 프라이버시를 유지하면서도 만족스러운 수준의 데이터 유용성을 달성하였다.
• 프로토타입 구현을 통해 의료 데이터 사용 사례를 대상으로 하여 클라우드 애플리케이션과의 통합이 실현 가능하다는 것이 입증되었다.
• 시스템은 역할 기반 접근 제어를 지원하며, 스마트 계약에 의해 강제되는 정책을 통해 무단 접근을 방지한다.
• 중앙 집중형 기관에 대한 의존도를 제거하여 데이터 접근 워크플로우의 신뢰성과 투명성을 향상시켰다.