[论文解读] Short Paper: Design and Evaluation of Privacy-preserved Supply Chain System based on Public Blockchain

Takio Uesugi, Yoshinobu Shijo+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于公共区块链的隐私保护供应链系统，通过加密所有权转移记录并使用零知识证明来验证合法性，而无需暴露区块链地址。该方法使制造商能够在保护敏感分销数据的同时追踪产品，且在以太网上每方的交易费用上限为2.60美元。

ABSTRACT

Securing the traceability of products in the supply chain is an urgent issue. Recently, supply chain systems that use public blockchain (PBC) have been proposed. In these systems, PBC is used as a common database shared between supply chain parties to secure the integrity and reliability of distribution information such as ownership transfer records. Thus, these systems secure a high level of traceability in the supply chain. However, the distribution information, which can be private information, is made public since the information recorded in PBC can be read by anyone. In this paper, we propose a method for preserving privacy while securing traceability in a supply chain system using PBC. The proposed method preserves privacy by concealing the distribution information via encryption. In addition, the proposed method ensures distribution among legitimate supply chain parties while concealing their blockchain address by using a zero-knowledge proof to prove their authenticity. We implement the proposed method on Ethereum smart contracts and evaluate cost performance based on transaction fees. The results show that the fee per party is at most 2.6 USD.

研究动机与目标

• 解决公共区块链供应链中所有权转移记录公开可见导致的隐私泄露问题。
• 使制造商能够在不暴露敏感分销数据或参与者身份的情况下追踪产品。
• 确保只有合法的供应链参与者才能参与转移，同时隐藏其区块链地址。
• 评估系统在以太坊交易费用方面的成本性能。
• 通过保持低运营成本，实现高价值产品实际部署的可行性。

提出的方法

• 系统使用制造商的公钥在将区块链地址存储到公共区块链之前对其进行加密。
• 制造商持有的私钥可解密并追踪产品所有权的完整流转过程。
• 使用零知识证明（zk-SNARKs）验证某一方是否持有秘密令牌，从而证明其合法性，而无需暴露其身份或地址。
• 在以太网上实现了三个智能合约：ManufacturerManagerContract（MMC）、ProductsManagerContract（PMC）和VerifierContract（VC）。
• 实现中使用ZoKrates生成zk-SNARKs，使用Solidity 0.5.11编写智能合约逻辑，并通过Remix IDE测量Gas成本。
• 系统假设产品分销流程从制造商开始，发货和收货的交易流程有明确区分。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于公共区块链的供应链系统能否在保持完整可追溯性的同时，保护所有权转移记录的隐私？
• RQ2 供应链参与者如何在不暴露其区块链地址的情况下证明其合法性？
• RQ3 在真实世界的区块链部署中，集成加密和零知识证明带来的交易成本开销是多少？
• RQ4 尽管存在区块链交易费用，该系统是否仍可实际应用于高价值产品？
• RQ5 如何扩展该系统以支持产品的组装与拆卸流程？

主要发现

• 所提出的方法成功隐藏了区块链地址和分销信息，保护了隐私。
• 制造商可通过使用其私钥解密加密地址，准确追踪产品所有权。
• 零知识证明有效验证了参与者的合法性，且未泄露身份或地址信息。
• 所有操作中每方的最高交易费用为2.60美元，该数据基于评估时以太网的Gas成本。
• 该系统适用于汽车和家电等高价值产品，2.60美元的费用可作为保修或召回管理成本而合理化。
• 未来可通过预先部署VerifierContract降低重复部署费用，实现成本进一步降低。