[論文レビュー] Internet of Entities (IoE): a Blockchain-based Distributed Paradigm to Security

Roberto Saia|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 49被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、スマートフォン、IoTデバイス、トラッカーなどの既存の無線機器を活用して、ブロックチェーン上でエントリの位置情報とセンサー情報を匿名かつ改ざん不能に記録する、ブロックチェーンベースの分散型セキュリティパラダイム「エントリのインターネット（IoE）」を提案する。分散型台帳技術と普遍的な無線インfraストラクチャを統合することで、eヘルスやスマートシティを含む分野において、最小限の導入コストと高いスケーラビリティを実現した、安全でプライバシーを保護する追跡が可能になる。

ABSTRACT

The exponential growth of wireless-based solutions, such as those related to the mobile smart devices (e.g., smart-phones and tablets) and Internet of Things (IoT) devices, has lead to countless advantages in every area of our society. Such a scenario has transformed the world a few decades back, dominated by latency, into a new world based on an efficient real-time interaction paradigm.Recently, cryptocurrency have contributed to this technological revolution, the fulcrum of which are a decentralization model and a certification function offered by the so-called blockchain infrastructure, which make it possible to certify the financial transactions, anonymously. However, it should be observed how this challenging scenario has generated new security problems directly related to the involved new technologies (e.g., e-commerce frauds, mobile bot-net attacks, blockchain DoS attacks, cryptocurrency scams, etc.). In this context, we can acknowledge that the scientific community efforts are usually oriented toward specific solutions, instead to exploit all the available technologies, synergistically, in order to define more efficient security paradigms. This paper aims to indicate a possible approach able to improve the security of people and things by introducing a novel paradigm to security defined Internet of Entities (IoE). It is a mechanism for the localization of people and things, which exploits both the huge number of existing wireless-based devices and the blockchain-based distributed ledger technology, overcoming the limits of traditional localization approaches, but without jeopardizing the user privacy. Its operation is based on two core elements with interchangeable roles, entities and trackers, which can be very common elements such as smart-phones, tablets, and IoT devices, and its implementation requires minimal efforts thanks to the existing infrastructures and devices.

研究の動機と目的

• 無線機器およびIoTデバイスの普及に伴う、不正、ボットネット、ブロックチェーンを用いた攻撃などの深刻なセキュリティ課題に対処すること。
• 中央集権的な当局に依存する従来の局所化およびセキュリティシステムの限界を克服し、データの改ざん不能性とプライバシーを確保すること。
• 既存の無線ベースのデバイス（例：スマートフォン、IoT）とブロックチェーン技術を統合し、分散型でスケーラブルかつプライバシーを保護するセキュリティフレームワークを構築すること。
• ユーザーのアイデンティティを損なわずに、分散型台帳を用いて、人物や物体の安全で匿名的かつ検証可能な追跡を可能にすること。
• 無線デバイスエコシステムとブロックチェーンの相乗効果を活用し、セキュリティにとどまらず、eヘルスやスマート都市環境など、それ以上の分野にも応用可能な新パラダイムを構築すること。

提案手法

• デバイスが、追跡対象（エントリ）と追跡者（トラッカー）の両役割を果たす二重役割アーキテクチャを採用し、スマートフォン、タブレット、IoTデバイスを活用する。
• ブロックチェーンベースの分散型台帳を用いて、エントリーデータ（例：固有識別子）およびトラッカー・データ（例：タイムスタンプ、GPS位置、センサー値）の改ざん不能な記録を実現する。
• デジタル署名やハッシュ関数などの暗号技術を適用し、ブロックチェーン上でのデータ整合性と改ざん不能性を保証する。
• 匿名登録を可能にする。エントリ所有者だけが、固有識別子をブロックチェーンに記録されたデータに関連付けることができ、プライバシーを保護する。
• トラッカーおよびエントリからの文脈的センサー情報（例：温度、湿度、心拍数）の統合を支援し、高度な応用に適した豊富なデータセットを構築する。
• ピアツーピアの合意形成プロトコルに依存して、ノード間での台帳の一貫性を維持し、分散性と改ざんに対する耐性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存の無線ベースのデバイスをどのように活用すれば、分散型でスケーラブルかつプライバシーを保護する追跡システムを人物や物体に対して構築できるか？
• RQ2 ブロックチェーン技術は、普遍的なデバイスから収集された位置情報およびセンサー情報をどのようにしてセキュリティと改ざん不能性を高めるか？
• RQ3 エントリとトラッカーが相互に代替可能であるようなシステムを設計できるか。これによりインfraコストを最小限に抑え、広範な展開が可能になるか？
• RQ4 公開台帳上での検証可能で追跡可能なデータ登録を可能にする一方で、ユーザーの匿名性をどのように維持できるか？
• RQ5 このようなシステムは、eヘルス、スマートシティ、法執行警察などの分野において、実用的応用とスケーラビリティの可能性をどのように有するか？

主な発見

• IoEパラダイムは、既存の無線機器およびブロックチェーンインfraストラクチャのみを用いて、最小限の導入コストで安全で匿名的かつ改ざん不能な追跡を実現する。
• システムは、エントリおよびトラッカーからの多様なセンサー情報（例：位置、温度、心拍数）の統合をサポートし、高度なユースケースに適した豊富なデータ収集を可能にする。
• アーキテクチャは非常にスケーラブルであり、2020年時点で世界中に73億台を超えるスマートフォンと20〜50億台のIoTデバイスが既に展開されていることを活用している。
• ブロックチェーンの使用により、データの改ざん不能性と検証可能性が保証され、法的・捜査的用途に適している。
• B2BおよびB2Cのビジネスモデルの両方をサポートし、セキュリティ、医療、スマートシティ分野への商業化の可能性を有する。
• システムは、エントリ所有者だけが識別子をブロックチェーン記録に関連付ける仕組みを採用しているため、第三者がデータとアイデンティティを直接関連付けることができず、プライバシーを維持する。