[论文解读] Privacy Preserving and Cost Optimal Mobile Crowdsensing using Smart Contracts on Blockchain

Dimitris Chatzopoulos, Sujit Gujar+2 more|Rare & Special e-Zone (The Hong Kong University of Science and Technology)|Aug 13, 2018

Mobile Crowdsensing and Crowdsourcing参考文献 21被引用 7

一句话总结

本文提出了一种基于区块链的、保护隐私的移动众包感知系统，利用智能合约实现空间众包中的成本最优、诚实的任务分配。通过利用ISP和许可型区块链，该系统在确保用户匿名性和位置隐私的同时，通过一种新颖的诚实拍卖机制，将提供方成本降低至现有最先进方法的十分之一。

ABSTRACT

The popularity and applicability of mobile crowdsensing applications are continuously increasing due to the widespread of mobile devices and their sensing and processing capabilities. However, we need to offer appropriate incentives to the mobile users who contribute their resources and preserve their privacy. Blockchain technologies enable semi-anonymous multi-party interactions and can be utilized in crowdsensing applications to maintain the privacy of the mobile users while ensuring first-rate crowdsensed data. In this work, we propose to use blockchain technologies and smart contracts to orchestrate the interactions between mobile crowdsensing providers and mobile users for the case of spatial crowdsensing, where mobile users need to be at specific locations to perform the tasks. Smart contracts, by operating as processes that are executed on the blockchain, are used to preserve users' privacy and make payments. Furthermore, for the assignment of the crowdsensing tasks to the mobile users, we design a truthful, cost-optimal auction that minimizes the payments from the crowdsensing providers to the mobile users. Extensive experimental results show that the proposed privacy preserving auction outperforms state-of-the-art proposals regarding cost by ten times for high numbers of mobile users and tasks.

研究动机与目标

• 解决空间移动众包中的用户隐私与成本效率双重挑战。
• 确保移动用户的身份和位置对服务提供方保持机密。
• 设计一种诚实的、成本最优的拍卖机制，以最小化支付给移动用户的费用，同时激励其诚实报告参与成本。
• 利用区块链上的智能合约，实现众包提供方、移动用户和ISP之间安全、去中心化的协调。

提出的方法

• 系统使用由ISP和相关方维护的区块链，以确保数据完整性和不可篡改性。
• 区块链上的智能合约负责处理任务注册、竞价、付款分发和数据访问控制。
• 基于博弈论原理，设计了一种新颖的成本最优拍卖（CSOPT），以实现任务的诚实分配并最小化总支付金额。
• ISP作为可信中介，利用蜂窝接入点验证基于位置的任务执行情况，而无需暴露用户身份。
• 区块链的事务隐私特性隐藏用户身份，而智能合约则强制执行付款和任务执行逻辑。
• 系统与现有移动网络集成，并使用类似以太坊的执行环境来部署和执行智能合约。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何确保众包数据仅在指定地理区域被收集，同时不暴露用户身份？
• RQ2 如何保护移动用户的隐私，使其免受服务提供方和网络基础设施的监视？
• RQ3 如何以最小化成本的方式将任务分配给移动用户，同时确保其对参与成本的出价是诚实的？
• RQ4 与集中式系统相比，使用区块链进行协调在移动众包中的性能开销如何？

主要发现

• 当移动用户和任务数量较高时，所提出的CSOPT拍卖机制相比现有最先进方法，总支付成本最高可降低十倍。
• CSOPT算法的开销随用户和任务数量的增加呈次线性增长，在1,000名用户和1,000项任务的情况下，运行时间仍低于10秒。
• 系统总延迟（包括区块链挖矿和任务执行）保持在可忽略水平（低于10秒），当任务持续时间在数十秒量级时。
• 智能合约的使用实现了支付和数据访问的可信自动化执行，无需依赖中心化权威机构。
• 系统维持了强大的隐私保障：即使在数据提交后，服务提供方（CSP）也无法获知用户身份或其家庭/工作位置。