[논문 리뷰] Towards an Ontology-Driven Blockchain Design for Supply Chain Provenance

Henry Kim, Marek Laskowski|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 28.

Food Supply Chain Traceability참고 문헌 8인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 도메인 특화 온톨로지와 이더리움 블록체인 상의 스마트 컨트랙트를 통합하여 복잡한 공급망에서 물리적 제품의 기원 추적을 향상시키기 위한 온톨로지 기반 블록체인 설계를 제안한다. 형식화된 온톨로지에서 유도된 추적 가능성 제약 조건이 실행 가능한 스마트 컨트랙트로 어떻게 번역될 수 있는지 보여주며, 복잡한 공급망 전반에서 물리적 제품을 자동으로 검증 가능하고 투명하게 추적할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

An interesting research problem in our age of Big Data is that of determining provenance. Granular evaluation of provenance of physical goods--e.g. tracking ingredients of a pharmaceutical or demonstrating authenticity of luxury goods--has often not been possible with today's items that are produced and transported in complex, inter-organizational, often internationally-spanning supply chains. Recent adoption of Internet of Things and Blockchain technologies give promise at better supply chain provenance. We are particularly interested in the blockchain as many favoured use cases of blockchain are for provenance tracking. We are also interested in applying ontologies as there has been some work done on knowledge provenance, traceability, and food provenance using ontologies. In this paper, we make a case for why ontologies can contribute to blockchain design. To support this case, we analyze a traceability ontology and translate some of its representations to smart contracts that execute a provenance trace and enforce traceability constraints on the Ethereum blockchain platform.

연구 동기 및 목표

• 복잡하고 다수의 조직이 관여하는 공급망에서 세밀하고 신뢰할 수 있는 기원 추적의 과제를 해결하기 위해.
• 국제 네트워크를 통해 약품이나 고급 제품과 같은 물리적 제품을 추적하는 데에 현재 시스템의 한계를 극복하기 위해.
• 정의된 온톨로지와 블록체인 기술을 통합하여 추적 가능성 제약 조건을 형식화하고 강제 적용하기 위해.
• 온톨로지 기반 추적 규칙가 이더리움 상의 실행 가능한 스마트 컨트랙트로 번역될 수 있음을 입증하기 위해.
• 공급망 관리 분야에서 확장 가능하고 상호운용성 있으며 의미론적으로 풍부한 기원 추적 시스템의 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 공급망 단계를 거쳐 물품을 추적하기 위한 형식화된 규칙를 추출하기 위해 기존의 추적 가능성 온톨로지를 분석한다.
• 온톨로지 개념과 관계(예: '생산자', '이관됨', '검증자')를 스마트 컨트랙트의 논리적 조건으로 매핑한다.
• 번역된 규칙를 이더리움 블록체인 플랫폼 상에 스마트 컨트랙트로 구현한다.
• 형식적 논리와 의미론적 모델링을 사용하여 코드 내에서 추적 가능성 제약 조건의 일관성과 정확성을 보장한다.
• 생성된 스마트 컨트랙트를 사용하여 이더리움 네트워크 상에서 기원 추적 워크플로우를 실행하여 접근 방식을 검증한다.
• 블록체인의 기본 특성인 데이터 불변성과 감사 가능성을 유지하면서도 온톨로지를 통해 의미론적 표현력을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도메인 특화 온톨로지를 어떻게 실행 가능한 블록체인 기반 스마트 컨트랙트로 공식적으로 매핑하여 자동 기원 추적을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 스마트 컨트랙트를 통해 인코딩하고 강제 적용할 수 있는 공급망 내 핵심 추적 가능성 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 의미론적 온톨로지는 블록체인 기반 기원 추적 시스템의 표현력과 검증 가능성에 얼마나 기여하는가?
• RQ4 온톨로지와 블록체인의 통합이 종단 간, 감사 가능한, 상호운용 가능한 공급망 추적 가능성을 지원할 수 있는가?
• RQ5 의미론적 규칙를 실행 가능한 블록체인 논리로 번역하는 데에 직면하는 기술적 및 아키텍처적 과제는 무엇인가?

주요 결과

• 연구는 형식화된 추적 가능성 온톨로지를 성공적으로 이더리움 블록체인 상의 실행 가능한 스마트 컨트랙트로 번역하였다.
• 해당 시스템은 유효한 이관 순서나 승인된 취급 단계와 같은 기원 제약 조건의 자동 강제 적용을 가능하게 한다.
• 온톨로지를 통한 의미론적 모델링은 블록체인 기반 기원 기록의 표현력과 감사 가능성을 향상시킨다.
• 통합을 통해 조직 간 경계를 초월한 검증 가능하고 불변이며 기계로 검사 가능한 공급망 추적 기록을 확보할 수 있다.
• 약품 및 고급 제품과 같은 고위험 분야에서 실용적 구현 가능성을 입증하였다.
• 표준화된 의미론적 모델에 기반한 추적 논리로 인해 상호운용성이 향상되어 데이터 교환 시 모호성이 감소한다.