[论文解读] Consortium Blockchain for Security and Privacy-Preserving in E-government Systems

Noe Elisa, Longzhi Yang+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用 13

一句话总结

本文提出了一种基于联盟链的电子政务系统，以增强集中式电子政务平台的安全性和隐私保护。通过利用半公开、许可制的区块链，由预先选定的节点参与共识与验证，该系统确保了去中心化的信任机制，抵御单点故障，并实现了低延迟和高吞吐量的实用性能，证明了其在真实电子政务应用中的可行性。

ABSTRACT

Since its inception as a solution for secure cryptocurrencies sharing in 2008, the blockchain technology has now become one of the core technologies for secure data sharing and storage over trustless and decentralised peer-to-peer systems. E-government is amongst the systems that stores sensitive information about citizens, businesses and other affiliates, and therefore becomes the target of cyber attackers. The existing e-government systems are centralised and thus subject to single point of failure. This paper proposes a secure and decentralised e-government system based on the consortium blockchain technology, which is a semi-public and decentralised blockchain system consisting of a group of pre-selected entities or organisations in charge of consensus and decisions making for the benefit of the whole network of peers. In addition, a number of e-government nodes are pre-selected to perform the tasks of user and transaction validation before being added to the blockchain network. Accordingly, e-government users of the consortium blockchain network are given the rights to create, submit, access, and review transactions. Performance evaluation on single transaction time and transactions processed per second demonstrate the practicability of the proposed consortium blockchain-based e-government system for secure information sharing amongst all stakeholders.

研究动机与目标

• 解决集中式电子政务系统固有的安全与隐私漏洞，这些系统容易受到单点故障和网络攻击的影响。
• 设计一种基于联盟链技术的去中心化、无信任电子政务架构。
• 通过预先选定的可信节点，确保用户身份认证、交易验证和访问控制的安全性。
• 评估系统在交易处理速度和延迟方面的性能，以评估其在真实部署中的适用性。
• 使利益相关方能够以透明但隐私保护的方式创建、提交、访问和审计交易。

提出的方法

• 该系统采用联盟链架构，预先定义一组可信组织作为验证者和共识参与者。
• 预先选定的电子政务节点负责在交易被添加到区块链之前进行用户和交易的验证。
• 区块链的许可性质确保只有授权实体可以参与共识和数据管理。
• 使用密码学技术保护交易期间的数据完整性和用户隐私。
• 系统支持用户读写操作，支持交易的创建、提交、访问和审查。
• 通过单笔交易耗时和每秒交易数对系统性能进行评估，以衡量可扩展性和效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 联盟链架构在多大程度上能够提升传统集中式电子政务系统的安全性和隐私保护？
• RQ2 在延迟和吞吐量方面，使用许可制区块链处理电子政务交易会对性能产生何种影响？
• RQ3 具有可信节点的半公开区块链模型是否能有效防止单点故障，同时保持去中心化特性？
• RQ4 在无信任环境中，所提出的系统如何确保用户身份认证和交易完整性？
• RQ5 该系统在多大程度上能够支持电子政务利益相关方之间的实时、可扩展信息共享？

主要发现

• 所提出的联盟链系统有效缓解了传统集中式电子政务系统固有的单点故障风险。
• 性能评估显示单笔交易耗时较低，表明系统响应迅速，适用于实时应用。
• 系统实现了每秒高吞吐量的交易处理，证明了其在电子政务工作负载下的实际可扩展性。
• 通过预先选定的可信节点进行共识和验证，显著提升了系统的安全性和效率。
• 该架构支持交易的全生命周期管理，包括创建、提交、授权利益相关方的访问与审查。
• 结果证实了该系统在真实电子政务环境中部署的可行性。