[论文解读] Decentralized User-Centric Access Control using PubSub over Blockchain

Sayed Hadi Hashemi, Faraz Faghri+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 2被引用 15

一句话总结

该论文提出 Dusc，一种去中心化、以用户为中心的访问控制机制，利用区块链和发布/订阅消息传递技术，实现在物联网和智慧城市等分布式环境中细粒度、可审计的数据共享。通过将数据存储与访问控制解耦，并采用基于能力的授权机制，Dusc 在保持可扩展性、隐私保护和透明性的同时，确保了大规模环境下的正确性与可用性。

ABSTRACT

We present a mechanism that puts users in the center of control and empowers them to dictate the access to their collections of data. Revisiting the fundamental mechanisms in security for providing protection, our solution uses capabilities, access lists, and access rights following well-understood formal notions for reasoning about access. This contribution presents a practical, correct, auditable, transparent, distributed, and decentralized mechanism that is well-matched to the current emerging environments including Internet of Things, smart city, precision medicine, and autonomous cars. It is based on well-tested principles and practices used in a distributed authorization, cryptocurrencies, and scalable computing.

研究动机与目标

• 解决物联网、智慧城市和精准医疗等大规模去中心化环境中集中式访问控制带来的挑战。
• 赋予用户对其数据的完全控制权，包括谁可以访问数据以及在何种条件下访问。
• 设计一种可扩展、保护隐私、可审计且符合数据监管要求的系统，同时不依赖可信第三方。
• 在分布式数据源之间实现无缝、异步的数据共享，同时确保正确性与可用性。

提出的方法

• 将数据存储与访问控制解耦，使数据保留在其原始位置，而访问策略则独立管理。
• 采用基于能力的访问控制模型，其中访问权限以密码学签名的能力形式表达。
• 利用基于区块链构建的发布/订阅消息系统，确保消息的持久性、可用性和可审计性。
• 在发布/订阅层使用布隆过滤器，实现在高负载下接近线性的消息过滤性能。
• 实现一种五条消息的协议，用于数据管理，支持访问请求的创建、背书和验证。
• 采用模块化架构，数据所有者、请求者和背书者通过标准化、可验证的消息在去中心化网络中交互。

实验结果

研究问题

• RQ1 在物联网和智慧城市等去中心化、大规模系统中，用户如何实现对其数据的完全控制？
• RQ2 哪些机制能够实现无需集中信任的可扩展、可审计且保护隐私的数据共享？
• RQ3 在拥有数十亿台设备的异步、分布式环境中，如何使访问控制保持正确、可用且高效？
• RQ4 区块链和发布/订阅消息在多大程度上能够支持大规模环境下的实时、安全且透明的数据访问控制？

主要发现

• 授权检查的处理时间与能力数量呈线性关系：处理包含一百万个能力的请求耗时 2.6 秒。
• 消息创建和验证的开销可忽略不计，即使在一百个能力的情况下，验证时间也低于 200 毫秒。
• 基于布隆过滤器的消息过滤机制在拥有百万个密钥的情况下，平均每个事务的过滤时间仅为 1.12e−5 秒。
• 系统通过形式化验证确保了正确性与安全性，如附录 I 所示。
• 数据存储与访问控制的分离使得数据可保留在其源点，减少数据移动，提升可扩展性。
• 系统支持异步操作，通过区块链和发布/订阅机制确保消息的持久性和可用性，即使在网络连接较差的情况下也能维持。