[논문 리뷰] TradeChain: Decoupling Traceability and Identity inBlockchain enabled Supply Chains

Sidra Malik, Naman Gupta외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 24.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 16인용 수 5

한 줄 요약

TradeChain는 자율적 신원(SSI)과 무지식 증명(ZKP)을 사용하여 거래자 신원을 무역 이벤트에서 분리함으로써 공급망을 위한 프라이버시 보장 블록체인 아키텍처를 제안한다. 이는 분산 신원(Hyperledger Indy)을 위한 별도의 레지스트리와 무역 흐름(Hyperledger Fabric)을 위한 별도의 레지스트리로 구성되며, CP-ABE 암호화 접근 토큰을 통한 동적이고 동의 기반의 추적 데이터 접근을 가능하게 하여 최소한의 성능 오버헤드를 기록하면서도 높은 프라이버시와 감사 가능성 확보를 달성한다.

ABSTRACT

In this work, we propose a privacy-preservation framework, TradeChain, which decouples the trade events of participants using decentralised identities. TradeChain adopts the Self-Sovereign Identity (SSI) principles and makes the following novel contributions: a) it incorporates two separate ledgers: a public permissioned blockchain for maintaining identities and the permissioned blockchain for recording trade flows, b) it uses Zero Knowledge Proofs (ZKPs) on traders' private credentials to prove multiple identities on trade ledger and c) allows data owners to define dynamic access rules for verifying traceability information from the trade ledger using access tokens and Ciphertext Policy Attribute-Based Encryption (CP-ABE). A proof of concept implementation of TradeChain is presented on Hyperledger Indy and Fabric and an extensive evaluation of execution time, latency and throughput reveals minimal overheads.

연구 동기 및 목표

• 거래자 신원이 직접적으로 무역 이벤트와 연결되어 민감한 비즈니스 데이터를 노출하는 허가된 블록체인 공급망의 프라이버시 리스크를 해결하기 위해.
• 기존의 프라이버시 보장 기법이 감사 쿼리에 대한 세밀한 액세스 제어나 동의 메커니즘을 결여하고 있는 한계를 극복하기 위해.
• 거래자가 추적 가능성이나 감사 가능성을 훼손하지 않으면서도 여러 신원을 유지할 수 있도록 하여 GDPR과 같은 프라이버시 규정에 부합시키기 위해.
• 데이터 소유자가 거래 이력 쿼리에 대한 동적 액세스 규칙을 정의할 수 있도록 하되, 신원 기밀성을 유지하기 위해.
• 협의체 구성원에게는 기본적으로 민감한 무역 정보를 폭로하지 않으면서도, 정당한 감사를 지원할 수 있는 시스템을 설계하기 위해.

제안 방법

• 신원과 거래 이벤트 레지스트리 분리: 분산 식별자(DID)를 위한 허가된 블록체인(Hyperledger Indy)과 거래 거래를 기록하기 위한 다른 블록체인(Hyperledger Fabric)을 사용한다.
• 개인 정보가 포함된 개인 정보 증명에 대해 무지식 증명(ZKP)을 적용하여, 실체를 드러내지 않고도 여러 DIDs의 소유권을 입증함으로써 익명적이지만 검증 가능한 거래 참여를 가능하게 한다.
• 토큰 기반 쿼리 메커니즘 구현: 거래자들이 액세스 토큰을 Ciphertext Policy Attribute-Based Encryption(CP-ABE)를 사용해 암호화하여 발행함으로써, 오직 승인된 당사자만 특정 거래 데이터를 검색할 수 있도록 한다.
• 동적 액세스 제어 도입: 거래자가 쿼리 가능한 속성 또는 매개변수를 정의하고, 토큰을 이러한 매개변수에 암호적으로 묶어 변조를 방지한다.
• Hyperledger Indy SDK를 통한 추가 가능한 디지털 월렛을 사용하여 DIDs나 거래를 삭제하는 것을 방지함으로써, 신원이 '삭제됨'으로 표시된 경우에도 감사 가능성을 유지한다.
• 상품 식별자(CID)의 선택적 암호화를 적용하고, 스마트 지문 기반 기법을 사용하여 추적 가능성을 유지하면서 프라이버시를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기반 공급망에서 신원과 거래 이벤트 데이터를 어떻게 분리할 수 있을까? 이는 거래자 프라이버시를 유지하면서도 감사 가능성을 훼손하지 않는 방식으로.
• RQ2 어떤 메커니즘이 특정 거래 이력에 대한 액세스 권한을 가진 자만이 접근할 수 있도록 하며, 데이터 소유자의 명시적 동의를 보장할 수 있을까?
• RQ3 무지식 증명(ZKP)을 어떻게 활용하여 거래자가 여러 DIDs에 대한 소유권을 입증하면서도 실제 신원을 드러내지 않을 수 있을까?
• RQ4 이중 레지스트리 블록체인 아키텍처에서 ZKP와 CP-ABE를 통합할 경우 성능 오버헤드는 어느 정도일까?
• RQ5 신원 위조, 비승인된 데이터 접근, 또는 악성으로 신원 기록을 삭제하는 등의 일반적인 위협으로부터 시스템은 어떻게 저항할 수 있을까?

주요 결과

• TradeChain는 최소한의 성능 오버헤드를 기록하였으며, 트랜잭션 처리 속도가 130 쿼리/초 이하로 유지되어 실제 공급망 응용에 대한 확장성을 보여준다.
• DID과 무역 흐름을 위한 별도의 레지스트리를 사용함으로써 시스템이 신원과 거래 이벤트를 성공적으로 분리하여, 신원이 거래와 직접 연결되는 것을 방지한다.
• 무지식 증명(ZKP)을 통해 거래자가 실체를 드러내지 않고도 여러 DIDs의 소유권을 입증할 수 있어 프라이버시를 향상시키면서도 검증 가능성은 유지한다.
• CP-ABE 암호화 접근 토큰은 오직 승인된 당사자만 무역 데이터를 검색할 수 있도록 하며, 토큰이 수정되지 않도록 보장하여 데이터 무결성과 동의 기반 액세스를 유지한다.
• Hyperledger Indy의 추가 전용 디지털 월렛 특성 덕분에, 신원이나 거래가 비승인된 방식으로 삭제되는 것을 방지하여, 신원이 '삭제됨'으로 표시된 경우에도 감사 가능성을 유지한다.
• CID의 가림 기법과 스마트 지문 기반 기법을 통해 링킹 공격에 저항하며, 과도한 DID 생성이나 악성 토큰 수정과 같은 DoS 공격에 대비한 강건성도 확보한다.