[论文解读] Applying Digital Twins in Metaverse: User Interface, Security and Privacy Challenges

Saeed Banaeian Far, Azadeh Imani Rad|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2022

Digital Transformation in Industry被引用 157

一句话总结

本论文综述数字孪生（DTs）和 Metaverse 概念，提出一个通过用户界面连接的三层 DTs-in-Metaverse 架构，并讨论基于区块链/NFT 的解决方案下的安全性/隐私挑战。

ABSTRACT

Digital Twins (DTs) are a conventional and well-known concept, proposed in 70s, that are popular in a broad spectrum of sciences, industry innovations, and consortium alliances. However, in the last few years, the growth of digital assets and online communications has attracted attention to DTs as highly accurate twins of physical objects. Metaverse, as a digital world, is a concept proposed in 1992 and has also become a popular paradigm and hot topic in public where DTs can play critical roles. This study first presents definitions, applications, and general challenges of DT and Metaverse. It then offers a three-layer architecture linking the physical world to the Metaverse through a user interface. Further, it investigates the security and privacy challenges of using DTs in Metaverse. Finally, a conclusion, including possible solutions for mentioned challenges and future works, will be provided.

研究动机与目标

• 总结数字孪生和 Metaverse 的定义、应用及挑战。
• 提出一个通过 user-interface 层 将物理世界与 Metaverse 连接起来的 three-layer 架构。
• 讨论在 Metaverse 中使用 DTs 时的安全性与隐私挑战。
• 提出针对安全和隐私保护的 DT 驱动 Metaverse 部署的可能解决方案与未来研究方向。

提出的方法

• 引入并定义区块链、NFT、Metaverse 和数字孪生。
• 提出一个将 DTs 与 Metaverse 集成的三层架构（Physical/Real World、Link/User Interface、Metaverse）通过区块链/NFT 连接。
• 从 CIA（机密性、完整性、可用性）以及身份/隐私维度，分析 DT 驱动的 Metaverse 中的安全与隐私挑战。
• 提出基于区块链的解决方案和未来研究方向（条件隐私、去匿名身份验证、数据审计等）。

实验结果

研究问题

• RQ1 数字孪生和 Metaverse 的定义、应用及一般挑战是什么？
• RQ2 如何利用 DTs 和区块链通过三层架构将物理世界连接到 Metaverse？
• RQ3 在 Metaverse 中应用 DTs 会带来哪些安全与隐私挑战，哪些解决方案是可行的？
• RQ4 哪些未来研究与实际解决方案可以解决所识别的挑战？

主要发现

• DTs 能在 Metaverse 中建立高保真度的仿真，将物理对象与数字表示连接起来。
• 三层 DT-Metaverse 架构通过区块链/NFT 将真实世界、链接/UI 层与 Metaverse 连接起来。
• 在去中心化的 Metaverse 中，通过机密性、完整性、可用性、身份认证和身份管理来分析安全性问题。
• 在 DT 驱动的 Metaverse 中，隐私问题包括匿名性、不可追溯性、所有权证明以及跨境数据Considerations。
• 提出基于区块链的解决方案用于条件隐私、去中心化支付、数据审计、报告、匿名身份验证及激励机制。