[논문 리뷰] Blockchain in internet of things: Challenges and Solutions

Ali Dorri, Salil S. Kanhere외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 18.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 4인용 수 264

한 줄 요약

논문은 경량화된 계층적 블록체인 기반 아키텍처를 제안하여 IoT의 보안과 프라이버시를 강화하고, 기존 접근법의 한계와 BC 오버헤드를 해결한다.

ABSTRACT

The Internet of Things IoT is experiencing exponential growth in research and industry, but it still suffers from privacy and security vulnerabilities. Conventional security and privacy approaches tend to be inapplicable for IoT, mainly due to its decentralized topology and the resource-constraints of the majority of its devices. BlockChain BC that underpin the crypto-currency Bitcoin have been recently used to provide security and privacy in peer-to-peer networks with similar topologies to IoT. However, BCs are computationally expensive and involve high bandwidth overhead and delays, which are not suitable for IoT devices. This position paper proposes a new secure, private, and lightweight architecture for IoT, based on BC technology that eliminates the overhead of BC while maintaining most of its security and privacy benefits. The described method is investigated on a smart home application as a representative case study for broader IoT applications. The proposed architecture is hierarchical, and consists of smart homes, an overlay network and cloud storages coordinating data transactions with BC to provide privacy and security. Our design uses different types of BCs depending on where in the network hierarchy a transaction occurs, and uses distributed trust methods to ensure a decentralized topology. Qualitative evaluation of the architecture under common threat models highlights its effectiveness in providing security and privacy for IoT applications.

연구 동기 및 목표

• 탈중앙화된 토폴로지와 자원 제약으로 인한 IoT 보안 및 프라이버시 문제를 동기 부여한다.
• IoT 맥락에서 전통적인 보안 접근 방식의 한계를 식별한다.
• IoT 배치에 적합한 보안적이고 프라이버시 보호적이며 경량의 BC 기반 아키텍처를 제안한다.
• 데이터 트랜잭션을 조정하기 위한 스마트 홈, 오버레이 네트워크, 클라우드 저장소를 포함하는 계층적 디자인을 시연한다.

제안 방법

• 다양한 블록체인 유형을 사용하는 서로 다른 네트워크 레벨에서 트랜잭션이 발생하는 계층적 아키텍처를 제안한다.
• 토폴로지 전반에 걸쳐 탈중앙화를 보존하기 위해 분산 신뢰 방법을 도입한다.
• BC 오버헤드를 제거하면서도 대부분의 보안 및 프라이버시 이점을 유지한다.
• 보다 넓은 IoT 애플리케이션의 대표 사례로 스마트 홈 사례 연구에 아키텍처를 적용한다.
• 일반적인 위협 모델 하에서 보안성과 프라이버시를 정성적으로 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기술을 IoT에 어떻게 적용하여 프라이버시와 보안을 높이되 과도한 오버헤드를 발생시키지 않게 할 수 있는가?
• RQ2 계층적 다층 BC 접근 방식이 IoT에서 자원 소비를 줄이면서 동등한 보안성과 프라이버시 이점을 제공할 수 있는가?
• RQ3 IoT 시스템을 위협하는 구체적 위협 모델은 무엇이며, 제안된 아키텍처는 이를 어떻게 완화하는가?
• RQ4 분산 신뢰가 IoT 계층(스마트 홈, 오버레이, 클라우드) 전반의 탈중앙화를 유지하는 것이 실현 가능합니까?

주요 결과

• 계층적 BC 기반 IoT 아키텍처는 전통적 BC 배치와 비교하여 오버헤드를 줄이면서 보안성과 프라이버시를 향상시킬 수 있다.
• 계층 구조에서 트랜잭션이 발생하는 위치에 맞추어 다양한 유형의 블록체인이 네트워크의 다양한 수준에서 사용된다.
• 분산 신뢰 메커니즘은 IoT 토폴로지 전반의 탈중앙화를 유지하는 데 도움을 준다.
• 일반적인 위협 모델 하에서의 정성적 평가는 IoT 애플리케이션 보안에 효과적임을 나타낸다.