[論文レビュー] Towards an Ontology-Driven Blockchain Design for Supply Chain Provenance

Henry Kim, Marek Laskowski|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2016

Food Supply Chain Traceability参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、Ethereumブロックチェーン上のスマートコントラクトとドメイン固有のオントロジーを統合することで、複雑なサプライチェーンにおける物理的物品のプロバンスを強化する、オントロジー駆動のブロックチェーン設計を提案する。形式的オントロジーからのトレーサビリティ制約が実行可能コードに翻訳され、自動的で検証可能かつ透明な物理的物品の追跡が可能になることを示している。

ABSTRACT

An interesting research problem in our age of Big Data is that of determining provenance. Granular evaluation of provenance of physical goods--e.g. tracking ingredients of a pharmaceutical or demonstrating authenticity of luxury goods--has often not been possible with today's items that are produced and transported in complex, inter-organizational, often internationally-spanning supply chains. Recent adoption of Internet of Things and Blockchain technologies give promise at better supply chain provenance. We are particularly interested in the blockchain as many favoured use cases of blockchain are for provenance tracking. We are also interested in applying ontologies as there has been some work done on knowledge provenance, traceability, and food provenance using ontologies. In this paper, we make a case for why ontologies can contribute to blockchain design. To support this case, we analyze a traceability ontology and translate some of its representations to smart contracts that execute a provenance trace and enforce traceability constraints on the Ethereum blockchain platform.

研究の動機と目的

• 複雑で複数組織にまたがるサプライチェーンにおける、詳細かつ信頼できるプロバンス追跡の課題に対処すること。
• 国際的なネットワークを横断する医薬品や高級品などの物理的物品の追跡において、現在のシステムの限界を克服すること。
• セマンティックオントロジーとブロックチェーン技術を統合し、トレーサビリティ制約を形式化して強制すること。
• オントロジーに基づくトレーサビリティルールがEthereum上での実行可能スマートコントラクトに翻訳可能であることを実証すること。
• サプライチェーン管理におけるスケーラブルで相互運用可能かつ意味論的に豊かなプロバンスシステムの基盤を提供すること。

提案手法

• 物品のサプライチェーン段階を追跡するための形式化されたルールを抽出するために、既存のトレーサビリティオントロジーを分析する。
• オントロジーの概念と関係（例：'生産者による生産'、'移管先'、'検証者による検証'）をスマートコントラクト用の論理的条件にマッピングする。
• 翻訳されたルールをEthereumブロックチェーンプラットフォーム上に実装するスマートコントラクトとして実装する。
• 形式論理と意味論モデリングを用いて、コード内でのトレーサビリティ制約の整合性と正しさを保証する。
• 生成されたスマートコントラクトを用いてEthereumネットワーク上でプロバンストレースワークフローを実行することで、アプローチの妥当性を検証する。
• ブロックチェーンのネイティブな性質によりデータの改ざん不能性と監査可能性を確保するとともに、オントロジーによる意味論的表現力を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドメイン固有のオントロジーをどのようにブロックチェーンベースのスマートコントラクトに形式的にマッピングすることで、自動プロバンス追跡を可能にするか？
• RQ2 スマートコントラクトによってエンコードされ強制可能なサプライチェーンにおける主なトレーサビリティ制約は何か？
• RQ3 セマンティックオントロジーは、ブロックチェーンベースのプロバンスシステムの表現力と検証可能性をどの程度向上できるか？
• RQ4 オントロジーとブロックチェーンの統合は、エンドツーエンドで監査可能かつ相互運用可能なサプライチェーントレーサビリティを支援できるか？
• RQ5 意味論的ルールを実行可能ブロックチェーン論理に翻訳する際の技術的およびアーキテクチャ的課題は何か？

主な発見

• 本研究では、形式的トレーサビリティオントロジーをEthereumブロックチェーン上での実行可能スマートコントラクトに成功して翻訳した。
• 得られたシステムは、有効な移管シーケンスや承認された取り扱い段階といったプロバンス制約の自動的強制を可能にした。
• オントロジーによる意味論モデリングは、ブロックチェーンベースのプロバンス記録の表現力と監査可能性を向上させた。
• 統合により、組織間を越えて検証可能で改ざん不能かつ機械検証可能なサプライチェーントレースが可能になった。
• 医薬品や高級品など、高リスク分野における実世界での導入の可能性が示された。
• 標準化された意味論的モデルに根ざしたトレーサビリティ論理により、相互運用性が支援され、データ交換における曖昧さが低減された。