[论文解读] Privacy protection of occupant behavior data and using blockchain for securely transferring temperature records in HVAC systems

LI Jing-ming, Nianping Li+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于区块链的框架，以在保护暖通空调（HVAC）系统中居住者行为数据隐私的同时，实现温度记录的安全传输。该研究评估了两种区块链方法——将数据作为交易传输和将文件存储在链上——展示了其在提升数据安全性和隐私保护的同时，实现建筑能效优化的可行性与权衡。

ABSTRACT

The proportion of Energy consumption in the building industry is great, as well as the amount of cooling and heating system. Scholars have been working on energy conservation of Heating, ventilation, and air-conditioning and other systems in buildings. The application of occupant behavior data for building energy optimization has started gaining attention from scholars. However, occupant behavior data concerns many aspects of occupants' privacy. Different types of occupant behavior data contain occupants' private information to different levels. It is crucial to conduct privacy protection of occupant behavior data when using occupant behavior for energy conservation. This paper presents the aspects of privacy issue when using occupant behavior data, and methods to protect data privacy with blockchain technology. Both two options of using blockchain for privacy protection, sending data records as transactions and storing files on the blockchain, are explained and evaluated with temperature records from an open access paper. Sending data as transactions can be used between sensors and local building management system. While storing files on blockchain can be used for collaboration of different building management systems. Advantages, drawbacks, and potentials of using blockchain for data and file transfer are discussed. The results should be helpful for using occupant behavior data for building energy optimization.

研究动机与目标

• 解决在建筑能效优化中使用居住者行为数据所涉及的隐私风险。
• 研究利用区块链技术保障HVAC系统中温度记录传输安全的可行性。
• 对比两种区块链部署模式：基于交易的数据传输与区块链上的文件存储。
• 评估不同区块链实现方案在建筑管理系统中于安全性、可扩展性与性能之间的权衡。
• 为在HVAC数据工作流中集成区块链技术提供实用见解，同时保护居住者隐私。

提出的方法

• 对居住者行为数据中的隐私风险进行建模，包括占用模式和私人日程等敏感信息。
• 提出使用区块链将温度数据作为不可篡改的交易记录，在传感器与本地建筑管理系统之间进行存储。
• 探索将加密的占用行为文件存储在区块链上，以支持跨建筑协作与可审计性。
• 利用公开数据集中的真实温度数据评估两种方法的性能与安全性。
• 分析区块链在数据完整性与访问控制方面的优势，同时指出其局限性，如存储膨胀与延迟增加。
• 采用混合方法在HVAC数据交换中平衡隐私、安全与系统效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在建筑能效优化过程中，如何保护HVAC系统中居住者行为数据免受隐私泄露？
• RQ2 将温度记录作为区块链交易传输与将文件存储在区块链上之间的技术权衡是什么？
• RQ3 区块链能否在不损害系统性能的前提下，确保HVAC数据传输中的数据完整性和不可否认性？
• RQ4 不同的区块链部署模式如何影响建筑能效管理系统中的可扩展性与隐私性？
• RQ5 将区块链集成到现有HVAC数据工作流中对智能建筑的实际影响是什么？

主要发现

• 将温度数据作为区块链交易传输，可在传感器与本地建筑管理系统之间实现安全、可验证的通信。
• 将加密的行为文件存储在区块链上，可支持跨建筑协作，并提供防篡改的审计轨迹。
• 与链上文件存储相比，基于交易的方法在性能上表现更优，且存储开销更低。
• 区块链可增强数据完整性和访问控制，降低HVAC记录被未授权修改的风险。
• 在区块链上存储文件会因数据膨胀增加和交易成本上升而带来可扩展性挑战。
• 两种方法均在提升能效优化工作流中的信任度与透明度的同时，保护了居住者隐私。