[論文レビュー] B-Ride: Ride Sharing with Privacy-preservation, Trust and Fair Payment atop Public Blockchain

Mohamed Baza, Noureddine Lasla+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2019

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 7

ひとこと要約

B-Ride は、時間ロックドデポジット、ゼロ知識集合メンバー証明、および支払いごとの走行距離に基づくメカニズムを用いて、プライバシー、信頼性、公正な支払いを確保するパubblicブロックチェーン上に構築された分散型ライドシェアリングシステムを提案する。このシステムは、シビル攻撃および無料利用攻撃を緩和しつつ、レピュテーションベースのドライバー選定を可能にする。Ethereumテストネットへの成功したデプロイにより実用性が裏付けられている。

ABSTRACT

Ride-sharing is a service that enables drivers to share their trips with other riders, contributing to appealing benefits of shared travel costs. However, the majority of existing platforms rely on a central third party, which make them subject to a single point of failure and privacy disclosure issues. Moreover, they are vulnerable to DDoS and Sybil attacks due to malicious users involvement. Besides, high fees should be paid to the service provider. In this paper, we propose a decentralized ride-sharing service based on public Blockchain, named B-Ride. Both riders and drivers can find rides match while preserving their trip data, including pick-up/drop-off location, and departure/arrival date. However, under the anonymity of the public blockchain, a malicious user may submit multiple ride requests or offers, while not committing to any of them, to discover better offer or to make the system unreliable. B-Ride solves this problem by introducing a time-locked deposit protocol for a ride-sharing by leveraging smart contract and zero-knowledge set membership proof. In a nutshell, both a driver and a rider have to show their commitment by sending a deposit to the blockchain. Later, a driver has to prove to the blockchain on the agreed departure time that he has arrived at the pick-up location. To preserve rider/driver location privacy by hiding the exact pick-up location, the proof is done using zero-knowledge set membership protocol. Moreover, to ensure a fair payment, a pay-as-you-drive methodology is introduced based on the elapsed distance of the driver and the rider. Also, we introduce a reputation-based trust model to rate drivers based on their past trips to allow riders to select them based on their history on the system. Finally, we implement B-Ride in a test net of Ethereum. The experiment results show the applicability of our protocol atop the existing real-world blockchain.

研究の動機と目的

• ライドシェアリングサービスにおける中央集権的第三者の依存を排除すること。これは、単一障害点やデータ漏洩の脆弱性に起因する。
• ライダーおよびドライバーのプライバシーを保護すること。これにより、正確なピックアップ／ドロップオフの場所を非公開にしたまま、ライドマッチングを可能にする。
• 時間ロックドデポジットと検証可能な距離報告を用いて、無料利用や虚偽の主張を防止することで、信頼性と公平性を確保すること。
• 中央集権的監視なしに、長期間にわたるシステムの整合性を保つために、レピュテーションベースのドライバー選定を可能にすること。
• 実際の走行距離に基づく公平な報酬支払いを保証する、支払いごとの走行距離モデルの実装

提案手法

• パubblicブロックチェーン（Ethereum）とスマートコントラクトを活用し、信頼性のない環境下でも、ライドのオファー、リクエスト、デポジット、支払いを管理する。
• ライダーおよびドライバーがライドマッチングの前にスマートコントラクトに資金をコミットする、時間ロックドデポジットプロトコルを採用する。
• ピックアップまたはドロップオフの正確な場所を露呈せずに、ライドの資格を検証できるゼロ知識集合メンバー（ZKSM）証明を用いる。
• 過去の行動に基づいてドライバーを評価するオンチェーンに保存されたレピュテーションモデルを実装し、透明かつ分散型の信頼管理を可能にする。
• 実際の走行距離に基づいてドライバーが報酬を受け取る、距離検証メカニズムを用いて公平な支払いを強制する。この検証はオンチェーンで実施される。
• 金融的コミットメントと到着時間の暗号的証明を要件とすることで、シビル攻撃からシステムを保護する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パubblicブロックチェーンを用いた分散型ライドシェアリングは、ユーザーのプライバシーを保ちつつ信頼性を確保できるか？
• RQ2 匿名性を悪用して、コミットメントなしに複数回のライドリクエストを送信する悪意あるユーザーをどのように防止できるか？
• RQ3 第三者に依存せずに、信頼性のない環境下でも公平な支払いをどのように強制できるか？
• RQ4 ライダーおよびドライバーのアイデンティティを保護しつつ、安全で検証可能なライドマッチングをどのように実現できるか？
• RQ5 中央集権的監視なしにオンチェーンにレピュテーションシステムを実装し、誠実な行動を促進できるか？

主な発見

• B-Rideプロトコルは、時間ロックドデポジットと暗号的コミットメント証明を用いて、シビル攻撃および無料利用攻撃を効果的に防止した。
• ゼロ知識集合メンバー証明により、正確なピックアップまたはドロップオフの場所を露呈せずに、プライバシー保護型のライドマッチングが可能になった。
• 支払いごとの走行距離メカニズムにより、実際の走行距離に基づく公平な報酬支払いが保証され、オンチェーンでの検証が可能となった。
• レピュテーションシステムにより、履歴的な行動に基づいた分散型で透明なドライバー選定が可能になり、システムの信頼性が向上した。
• システムはEthereumテストネットに成功裏にデプロイ・テストされ、オンチェーンおよびオフチェーンの両方で実用的なパフォーマンスを示した。