[논문 리뷰] A Microservice-enabled Architecture for Smart Surveillance using Blockchain Technology

Deeraj Nagothu, Ronghua Xu외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 19.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 확장성, 탈중앙화, 데이터 무결성을 향상시키기 위해 마이크로서비스 기반, 블록체인 통합 아키텍처를 제안한다. 영상 분석 작업을 독립적인 마이크로서비스로 분해하고, 블록체인과 스마트 계약을 사용하여 위변조 방지 데이터 동기화 및 세밀한 액세스 제어를 구현함으로써, 분산형 엣지 환경에서 단일 장애 지점과 무단 액세스로부터의 강력한 보안과 내구성을 확보한다.

ABSTRACT

While the smart surveillance system enhanced by the Internet of Things (IoT) technology becomes an essential part of Smart Cities, it also brings new concerns in security of the data. Compared to the traditional surveillance systems that is built following a monolithic architecture to carry out lower level operations, such as monitoring and recording, the modern surveillance systems are expected to support more scalable and decentralized solutions for advanced video stream analysis at the large volumes of distributed edge devices. In addition, the centralized architecture of the conventional surveillance systems is vulnerable to single point of failure and privacy breach owning to the lack of protection to the surveillance feed. This position paper introduces a novel secure smart surveillance system based on microservices architecture and blockchain technology. Encapsulating the video analysis algorithms as various independent microservices not only isolates the video feed from different sectors, but also improve the system availability and robustness by decentralizing the operations. The blockchain technology securely synchronizes the video analysis databases among microservices across surveillance domains, and provides tamper proof of data in the trustless network environment. Smart contract enabled access authorization strategy prevents any unauthorized user from accessing the microservices and offers a scalable, decentralized and fine-grained access control solution for smart surveillance systems.

연구 동기 및 목표

• IoT 및 엣지 컴퓨팅 기반의 대규모 분산 스마트 감시 시스템에서의 보안 및 확장성 문제를 해결하기 위해.
• 단일 장애 지점과 데이터 프라이버시 유출 등의 문제를 야기하는 모놀리식 및 중심화된 감시 아키텍처의 한계를 극복하기 위해.
• 영상 분석 기능을 독립적이고 느슨하게 결합된 마이크로서비스로 분해하여 시스템의 내구성과 모oduularity를 향상시키기 위해.
• 블록체인과 스마트 계약을 활용해 탈중앙화되고 신뢰할 수 없는 환경에서의 데이터 동기화 및 액세스 제어를 실현하기 위해.

제안 방법

• 객체 탐지, 추적, 특징 추출 등의 감시 기능을 엣지, 퍼그, 클라우드 노드에 배포된 독립적인 마이크로서비스로 분해하기.
• 실시간 처리를 위해 엣지 장치에서 경량 알고리즘을 사용하고, 계산 집약적인 작업은 퍼그 또는 클라우드 노드로 오프로드하기.
• 처리된 데이터의 암호학적 해시를 저장하여 블록체인을 사용해 마이크로서비스 간 데이터 교환 및 동기화를 보장하고, 변조 방지 기능을 제공하기.
• 다양한 시스템 구성 요소 및 외부 실체(예: 경찰서)에 대해 세밀한 액세스 제어 정책을 정의하고 강제화하기 위해 블록체인 상에 스마트 계약을 구현하기.
• 엣지와 퍼그 노드 간 통신을 위해 종단 간 암호화(예: AES-RSA)를 사용하여 전송 중 데이터를 보호하기.
• 데이터 기록의 무결성을 확보하고 변조를 방지하기 위해 블록체인 상의 데이터 기록을 감사하고 검증하기 위해 공증 메커니즘(예: 작업 증명)을 사용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모놀리식 및 중심화된 모델의 한계를 극복하기 위해 스마트 감시 시스템을 위한 탈중앙화되고 확장 가능한 아키텍처를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 마이크로서비스는 분산 영상 분석 시스템에서 모듈성, 유지보수성, 지속적 배포를 향상시키는 데 어떤 역할을 할 수 있는가?
• RQ3 블록체인 기술은 탈중앙화되고 신뢰할 수 없는 분산 감시 환경에서 데이터의 무결성을 보장하고 위변조를 방지하는 데 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ4 스마트 계약은 이질적인 도메인 간에 영상 데이터에 대해 세밀하고 자동화되며 안전한 액세스 제어를 어떻게 실현할 수 있는가?
• RQ5 종단 간 암호화 및 안전한 통신은 마이크로서비스 기반 감시 파이프라인에 어떻게 통합될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 마이크로서비스 아키텍처는 영상 분석 기능의 독립적 배포 및 지속적 제공을 가능하게 하여 시스템의 유지보수성과 적응성 향상을 이룬다.
• 블록체인 기반 동기화는 처리된 영상 특징의 암호학적 해시를 저장하여 데이터의 무결성을 보장하고, 위변조를 감지 가능하게 한다.
• 스마트 계약은 액세스 제어 정책을 자동화하여 경찰서와 같은 외부 실체를 포함한 다양한 시스템 구성 요소에 대해 안전하고 동적 권한 부여를 가능하게 한다.
• 블록체인 공증을 통해 탈중앙화된 신뢰를 확보하여 데이터 검증에 중심화된 기관에 의존하지 않도록 한다.
• 엣지와 퍼그 노드 간 종단 간 암호화는 전송 중 민감한 영상 데이터를 보호하여 프라이버시와 보안을 강화한다.
• 아키텍처는 엣지, 퍼그, 클라우드 계층에 걸쳐 이질적인 환경에서의 배포를 지원하여 효율적인 워크로드 분배 및 저지연 처리를 가능하게 한다.