[论文解读] Smart Contract-Based Access Control for the Internet of Things

Yuanyu Zhang, Shoji Kasahara+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2018

Access Control and Trust参考文献 2被引用 63

一句话总结

本文提出一个基于 Ethereum 智能合约的分布式、值得信赖的 IoT 访问控制框架，由多个 access control contracts (ACCs)、一个 judge contract (JC) 和一个 register contract (RC) 组成，以及一个带有 Ethereum 实现的案例研究。

ABSTRACT

This paper investigates a critical access control issue in the Internet of Things (IoT). In particular, we propose a smart contract-based framework, which consists of multiple access control contracts (ACCs), one judge contract (JC) and one register contract (RC), to achieve distributed and trustworthy access control for IoT systems. Each ACC provides one access control method for a subject-object pair, and implements both static access right validation based on predefined policies and dynamic access right validation by checking the behavior of the subject. The JC implements a misbehavior-judging method to facilitate the dynamic validation of the ACCs by receiving misbehavior reports from the ACCs, judging the misbehavior and returning the corresponding penalty. The RC registers the information of the access control and misbehavior-judging methods as well as their smart contracts, and also provides functions (e.g., register, update and delete) to manage these methods. To demonstrate the application of the framework, we provide a case study in an IoT system with one desktop computer, one laptop and two Raspberry Pi single-board computers, where the ACCs, JC and RC are implemented based on the Ethereum smart contract platform to achieve the access control.

研究动机与目标

• 通过将 IoT 的访问控制从集中的、信任的机制迁移到分布式的、可信的机制，来解决安全挑战。
• 设计一个基于智能合约的框架，使 IoT 中的主体-对象对能够进行静态和动态的访问校验。
• 提供注册、更新和管理访问控制方法以及不当行为判断过程的机制。
• 通过在常见 IoT 硬件上进行基于 Ethereum 的案例研究，证明框架的可行性。

提出的方法

• 引入一个包含多个 ACCs 用于主体-对象对、一个 JC 进行不当行为判断、以及一个 RC 进行方法注册与管理的框架。
• 每个 ACC 通过监控主体行为实现静态策略校验和动态校验。
• JC 维护不当行为记录，并根据不当行为历史向 ACCs 返回惩罚。
• RC 维护一个方法的查找表（ACC 和 JC），并提供用于注册、更新和删除方法的 ABI。
• 在私有 Ethereum 网络上实现该框架，使用 geth、Remix for Solidity、以及 web3.js 进行交互。
• 提供一个包含桌面、笔记本和两台 Raspberry Pi 设备的案例研究，以说明部署与运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 区块链基础的智能合约如何在物联网系统中实现分布式且可信的访问控制？
• RQ2 一个 ACC-JC-RC 框架是否能够在物联网环境中有效执行静态策略与基于动态行为的校验？
• RQ3 在资源受限的物联网网关上部署 ACCs 并管理不当行为判断的实际基于 Ethereum 的体系结构是什么？

主要发现

• 一个 ACC 可以通过监控请求行为并与 JC 交互来同时执行静态策略验证和动态验证。
• JC 作为不当行为的集中决策者，维护记录并确定惩罚。
• RC 作为注册表，存储方法元数据并为 ACCs 和 JC 提供管理 ABIs。
• 该案例研究展示了在私有 Ethereum 网络上部署 ACCs、JC 和 RC，物联网网关充当本地设备的代理。
• 该框架通过区块链共识来建立信任，因为矿工在网络中验证访问控制操作。