[论文解读] Scalable Role-based Access Control Using The EOS Blockchain

Mohsin Ur Rahman|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 53被引用 14

一句话总结

本文提出了一种可扩展、可审计且成本效益高的基于角色的访问控制（RBAC）系统，该系统基于EOS区块链构建，旨在解决现有基于区块链的访问控制解决方案的局限性。通过利用EOS的高吞吐量和免交易费特性，该系统实现了低延迟、高可扩展性的高效角色管理、委托和策略执行，在性能指标上优于以往平台。

ABSTRACT

Role-based access control (RBAC) policies represent the rights of subjects in terms of roles to access resources. This research proposes a scalable, flexible and auditable RBAC system using the EOS blockchain platform to meet the security requirements of organizations. The EOS blockchain platform for developing smart contract and decentralized applications (DAPPs) aims to address the scalability problem found in existing blockchain platforms. This smart contract platform aims to eliminate transaction fees while conducting millions of transactions per second. In our proposed approach, the EOS blockchain transparently stores RBAC policies. Administrative roles control access to resources at a higher level according to the way organisations perform operations. An organisation creates roles, role hierarchies and constraints to regulate user actions. Therefore, once an RBAC framework is established, the administrative user (issuer) only needs to grant and revoke roles to support changes in the organisational structure. Our proposed blockchain-based RBAC supports delegation capabilities using gaseless transactions which makes it adoptable and appealing in a large number of application scenarios. Our proposed solution is application-agnostic and well-suited for diverse use cases. Existing state-of-the art security frameworks are not suitable due to the difficulty of scale, higher cost and single point of failure. Consequently, organisations demand a scalable, cost-effective and lightweight access control solution which can better protect their privacy as well. A proof of concept implementation is developed based on the EOS blockchain. Our experimental results and analysis clearly show that our EOS blockchain-based RBAC outperforms existing blockchain platforms in terms of cost, latency, block generation time, contract execution time and throughput.

研究动机与目标

• 解决现有基于区块链的访问控制系统中存在的可扩展性、成本和单点故障问题。
• 设计一种灵活且可审计的RBAC框架，通过智能合约支持组织角色的动态变更。
• 利用EOS区块链的高交易吞吐量和免交易费模式，实现高效的角色委托和策略管理。
• 提供一种与应用无关、轻量级的访问控制解决方案，适用于多种企业用例。
• 证明基于区块链的RBAC在性能和成本效率方面可超越传统平台及现有区块链平台。

提出的方法

• 系统在EOS区块链上部署的智能合约中建模RBAC策略——包括角色、角色层次结构和约束条件。
• 管理用户（发行者）通过智能合约管理角色分配和撤销，支持对组织变更的动态适应。
• 该解决方案使用EOS的基于gRPC的API和原生区块链智能合约执行机制，透明且不可篡改地强制执行访问控制决策。
• 通过免交易费的事务支持角色委托，降低运营开销并提高采用潜力。
• 通过将所有访问控制策略更新存储在不可篡改的区块链账本上，确保系统具备可审计性。
• 基于EOSIO智能合约构建了概念验证实现，并在真实工作负载下评估了其性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 EOS区块链平台能否支持可扩展、低延迟的基于角色的访问控制，且交易费用为零？
• RQ2 与现有区块链平台相比，所提出的RBAC系统在吞吐量、区块生成时间及合约执行时间方面表现如何？
• RQ3 该系统在多大程度上可通过基于智能合约的角色管理机制应对组织角色的动态变更？
• RQ4 该系统能否在不产生交易成本的情况下支持安全高效的委托？
• RQ5 所提出的基于区块链的RBAC框架是否适用于企业级、隐私敏感的应用场景？

主要发现

• 基于EOS的RBAC系统实现了亚秒级的区块生成时间，与传统区块链平台相比显著降低了延迟。
• 该系统支持每秒数百万笔交易，展现出优于现有区块链平台的卓越吞吐量。
• 由于EOS优化的共识机制和高效的智能合约执行环境，合约执行时间被最小化。
• 通过EOS的资源分配模式消除了交易费用，使系统在大规模部署中具备成本效益。
• 通过免交易费事务实现高效的角色委托，提升了在真实组织环境中的可用性。
• 性能基准测试证实，所提出的解决方案在所有关键指标上均优于现有区块链平台：成本、延迟、吞吐量和区块时间。