[논문]블록체인을 활용한 농업기계 등록 관리 시스템의 설계

손용범; 김영학

doi:10.5392/jkca.2019.19.12.018

블록체인을 활용한 농업기계 등록 관리 시스템의 설계
Design of Management System for Registering Agricultural Machine Using Blockchain 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.19 no.12, 2019년, pp.18 - 27

손용범 (금오공과대학교 컴퓨터공학과) , 김영학 (금오공과대학교 컴퓨터공학과)

초록
AI-Helper

4차 산업혁명의 기술을 통해 농업기계는 점차 지능화되고 있으며, 기계의 발달로 인해 전반적인 농가 인력역할을 기계가 대체하고 있다. 하지만 농업기계 사용 부주의로 인한 안전사고와 보관의 어려움으로 도난사건이 매년 증가하고 있다. 농업기계는 자동차와 달리 사건, 사고내역을 관리하지 않기 때문에 범죄에 이용되기도 한다. 또한, 농업기계에 이슈가 발생하면 대처 할 수 있는 방법이 없다. 본 논문에서는 농업기계 구입과 동시에 차대번호를 등록하여 해당 농업기계의 이력을 관리할 수 있는 블록체인 기반의 시스템을 제안한다. 본 시스템에서는 소유주의 농업기계에 대한 사고 및 수리 내역정보를 담고 있기 때문에 도난사고가 발생해도 역추적이 가능하고, 추후 중고 시장에서 거래를 할 때 본 시스템의 조회를 통해 구매자들에게 신뢰할 수 있는 자료를 제공하여 안전한 거래를 할 수 있게 해준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Through the technology of the 4th industrial revolution, agricultural machinery is becoming increasingly intelligent, and the machine is replacing the role of farmer manpower as a whole. However, safety accidents caused by careless use of agricultural machines and theft accidents due to the difficulty of keeping them are increasing every year. Because agricultural machines do not manage the history of events and accidents unlike automobiles, they are often used for crime. There is also no way to cope with the issues if there happens issues on agricultural machines. In this paper, we propose the system based on block chain which can manage the history of the agricultural machinery by registering the chassis number at the same time when purchasing the agricultural machinery. Since this system contains the history of accident and repair information about the owner's agricultural machinery, it is possible to trace back even if a theft occurs. The proposed system also allows buyers to secure transactions by providing reliable data through inquiry of this system when trading in the secondary market in the future.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이전 연구에서는 PoW 알고리즘에서 채굴을 할 때 사용하는 Bits 대신 Wallet Address로, Nonce 대신 Transaction count(거래 횟수)로 대체하였다. 복잡한 계산 작업인 채굴 과정을 생략하고 블록생성 시간을 단축시키고자 하였다. 또한, 안전한 결제 방식으로 신뢰할 수 있고 임대 수익은 경작자에게 지불함으로써 농가 수익을 올릴 수 있는 방안을 제시하였다[9].
하지만 농업분야의 농업기계 등록 관리는 현재 블록체인 기술을 통해 적용되지 않고 있다. 본 논문에서는 농업기계를 구입과 동시에 차대번호를 블록체인 기반 시스템에 등록하여 사고 이력을 관리할 수 있는 블록체인 기반의 관리 시스템을 제안한다.
그럼에도 불구하고 농업인의 취득세 및 등록세 지불 부담으로 농가의 개개인과 농업기계 대리점에서 반대로 인해 수행되지 못하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 농업인의 취득세 및 등록세 부담을 없애고, 신규 및 중고 농업기계를 구입과 동시에 의무적으로 차대번호를 등록하여, 모든 사고 및 정비내역을 관리할 수 있는 블록체인 기반의 등록 관리 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 제시한 시스템 설계를 바탕으로 프로토타입을 구현하였다. 향후에는 중고거래 시스템에 관련된 설계 내용을 바탕으로 추가 연구를 진행할 계획이다.
본 연구에서는 이를 해결하기 위해 블록체인 기술을 이용하여 농업기계 등록 관리 시스템을 제안하였다. 소유주, 차대번호, 사고 및 정비 이력들을 포함하여 농업기계의 정보를 블록체인[15]에 저장함으로서 관리를 하는 방법이다.
또한, 등록된 농업기계는 역추적이 가능하며, 신뢰할 수 있는 농업기계 히스토리를 제공한다. 중고 농업기계 매매 시 허위 이력들로 시간 및 금전적으로 피해를 입는 중고시장의 구매 농가를 줄이고자 한다. 그로인해 중고시장에서는 합리적인 가격에 중고 농업기계 거래, 농업기계 중고 시장의 신뢰 및 활성화, 저비용으로 농가 인력을 대체할 수 있다.

가설 설정

[그림 7]의 ①Environment에서 Go-Ethereum의 IP와 Port 번호를 지정해 접속한다. ②Go-Ethereum과 연동되면 주소가 동기화 된다. ③Go-Ethereum의 주소이며 ②와 연동된 것을 볼 수 있다.

제안 방법

본 연구의 프로토타입 구현을 위해 Go-Ethereum플랫폼을 사용한다. Go-Ethereum 설치를 통해 로컬 테스트 블록체인 네트워크 환경에서 개발을 진행한다. 실험 환경은 [표 1]과 같다.
이는 블록에 저장한 거래를 기반으로 생성한다. 각 계정 상태를 상태 트리의 각 노드에 넣고 노드의 계정 주소들로 해시 값을 계산하여 상태 트리의 루트 노드 값을 구한다. 상태가 변경되면 루트 노드 값이 변하므로 데이터 조작을 바로 확인할 수 있다[13].
실제로 악의적인 의도를 갖고 있는 중개상 중에는 과거에 큰 사고가 났던, 이를테면 침수차량과 같은 과거 이력을 숨기고 소비자에게 파는 행위도 이루어진다. 그러나 본 논문에서 제안한 방법을 사용하면 해당 농업기계에 대한 모든 정비 이력이 블록체인으로 구성된다. 따라서 구매자는 블록체인의 정보를 사용하여 과거 정비 이력을 조회하며 사고 및 그에 따른 정비내역을 상세하게 알 수 있다.
안규황 등[14]은 블록체인을 활용한 자전거 관리 시스템을 제안하고 중앙 관리 시스템과의 비교 평가를 하였다. 본 논문에서도 농업기계에 관한 블록체인을 응용한 직접적인 비교 대상 결과가 없어 기존의 중앙 집중식 관리 시스템과 제안된 시스템의 성능을 비교한다. [표 2]는 중앙 관리 시스템과 제안된 시스템의 비교 결과를 보여준다.
본 연구에서 제안하는 농업기계 정비내역 데이터를 블록에 기록하기 위해서 Solidity 언어를 사용하였고, 주요 기능은 [그림 8]과 같이 등록과 조회를 구현하였다.
본 장에서는 2장의 2에서 다룬 현재의 중앙집중식 농업기계 거래 시스템과 제안된 블록체인 기술 방식의 농업기계 등록 관리 시스템을 비교 분석을 한다.
새로 생성된 블록에서 머클해시 값이 계산되면 이전블록해시, 차대 번호, 시간, 버전, 머클해시, 비츠 등의 값을 사용하여 블록의 해시 값이 계산되어야 한다. 새로 생성된 블록과 블록의 해시 값은 시스템에 참여하는 사용자(노드)에게 전파되고, 각 노드는 자신이 가지고 있는 가장 최근 블록의 정보와 전송받은 블록의 정보를 사용하여 해시 값을 계산하여 새로운 블록의 신뢰성을 검증한다. 각 노드는 신뢰성이 검증되면 새로운 블록을 블록체인에 추가한다.
스마트 계약 개발 및 컴파일을 편리하게 실행하기 위해 Remix를 통해 결과를 확인한다. [그림 7]의 ①Environment에서 Go-Ethereum의 IP와 Port 번호를 지정해 접속한다.
농업기계 소유주와 정비업체에서 관리자 권한으로 데이터의 악의적인 접근 및 조작이 가능하다. 현재 시스템에서는 허위 정비 이력과 도난에 관련된 검증 절차가 미흡하며, 감시체계 허점을 의도적으로 악용한 사례들을 보완하고자 블록체인 기술을 적용한다. 블록체인 기술을 통해 정비내역을 관리하게 되면 데이터가 암호화 기술을 통해 분산저장 되고 투명성을 보장함으로써 데이터를 신뢰 할 수 있게 된다.

대상 데이터

실험을 위해 농업기계 정비내역 두 개의 테스트 데이터(첫 번째 : 000고 1234, 손용범, 경운기, 타이어 교환, 2019.07.20., 두 번째 : 000고 1234, 손용범, 경운기, 엔진오일 교환, 2019.09.25.)를 각 블록(1016, 1017)에 생성된 결과가 [그림 10]과 같다.

이론/모형

새로 생성된 블록에 정비 내역이 추가되면 그 블록의 머클해시 값이 새로이 계산되어야 한다. 본 논문에서 해시 값을 계산하기 위해서 SHA-256 암호화 알고리즘을 사용한다. 새로 생성된 블록에서 머클해시 값이 계산되면 이전블록해시, 차대 번호, 시간, 버전, 머클해시, 비츠 등의 값을 사용하여 블록의 해시 값이 계산되어야 한다.
본 연구의 프로토타입 구현을 위해 Go-Ethereum플랫폼을 사용한다. Go-Ethereum 설치를 통해 로컬 테스트 블록체인 네트워크 환경에서 개발을 진행한다.

성능/효과

제안된 농업기계 관리제도 도입 방안 가운데 농업기계 등록제는 농업인의 재산권 행사 가능, 손실 발생 시 소유자 증명이 가능해져 농업인의 피해 방지는 물론, 정확한 농업기계 통계 구축이 가능하여 정책 추진의 효율성 도모와 함께 면세유 절감 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 제안된 시스템은 기존의 중앙 집중식 거래 시스템에 비해 다음과 같은 장점들이 있다. 중앙 집중식 거래 시스템은 중개인을 거쳐 매매가 이뤄지기 때문에 높은 수수료가 발생하고, 제안 시스템에서는 중개인 없이 개별 거래(P2P)가 가능하므로 수수료를 절감할 수 있다. 기존 중앙 집중식 거래 시스템은 중앙 서버에서 관리자의 관리를 통해 시스템이 운영된다.

후속연구

그로인해 중고시장에서는 합리적인 가격에 중고 농업기계 거래, 농업기계 중고 시장의 신뢰 및 활성화, 저비용으로 농가 인력을 대체할 수 있다. 하지만 본 연구의 한계로는 현재 출시되고 있는 농업기계 중에 트랙터, 콤바인, 스피드스프레이어 3종의 대해서만 자동차와 같은 번호판이 부착되어 출시되고 있다. 농업기계 제조업체에서는 도난방지 및 본 시스템 사용을 위해서 모든 농업기계에 차대번호가 필요하다.
본 논문에서는 제시한 시스템 설계를 바탕으로 프로토타입을 구현하였다. 향후에는 중고거래 시스템에 관련된 설계 내용을 바탕으로 추가 연구를 진행할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	농업기계는 무엇을 통해 점차 지능화되는가?	4차 산업혁명의 기술을 통해 농업기계는 점차 지능화되고 있으며, 기계의 발달로 인해 전반적인 농가 인력역할을 기계가 대체하고 있다. 하지만 농업기계 사용 부주의로 인한 안전사고와 보관의 어려움으로 도난사건이 매년 증가하고 있다.
	농업기계가 범죄에 이용되는 이유는?	하지만 농업기계 사용 부주의로 인한 안전사고와 보관의 어려움으로 도난사건이 매년 증가하고 있다. 농업기계는 자동차와 달리 사건, 사고내역을 관리하지 않기 때문에 범죄에 이용되기도 한다. 또한, 농업기계에 이슈가 발생하면 대처 할 수 있는 방법이 없다.
	정부의 8대 선도 사업 중 스마트팜 사업의 기대 효과는?	최근 정부가 혁신성장을 강조하며 그 일환으로 4차 산업혁명에 기반을 둔 8대 선도 사업으로 농업부문의 스마트팜 사업을 포함하여 자동차, 드론, 에너지 신산업, 바이오 헬스, 스마트공장, 스마트 시티, 핀테크 등을 지정하였다. 스마트 팜 사업은 농촌인구 감소와 고령화에 따른 인력 부족, 기후변화에 따른 작부체계의 변화와 병해충 증가 등으로 인하여 어려움을 겪고 있는 우리 농업의 생산방식에 4차 산업혁명의 기반이 되는 기술을 적용하여 생산성을 높이고 농산물의 품질을 향상시키는 등 농산업 전반의 효율화에 기여할 것으로 예상되며, 이를 통한 농업경쟁력 제고로 세계화에 따른 시장개방 압력에 대응할 수 있을 것으로 여겨지고 있다[1].

참고문헌 (15)

최영찬, 장익훈, "4차 산업혁명시대의 스마트팜," 한국통신학회지, 제36권, 제3호, pp.9-16, 2019.
김학진, 김정훈, "자율주행 농기계 기술연구," 대한기계학회, 제58권, 제4호, pp.42-46, 2018.
이종화, 김홍식, 두샤오, 김춘희, 차영욱, "농기계관리를 위한 스마트어댑터의 설계와 구현," 한국정보기술학회 하계종합학술대회, pp.169-172, 2017.
홍순중, 허윤근, 정선옥, 신승엽, "농업기계 단기임대사업의 효율적 운영을 위한 실태조사 연구," 농업과학연구소, 제38권, 제3호, pp.583-591, 2011.
최승현, 이성렬, 장택영, 도명식, "농기계의 등화장치가 운전자의 야간시인성에 미치는 영향," 한국ITS학회논문지, 제16권, 제4호, pp.25-35, 2017.

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박기환, 농업인 관리제도 도입을 통한 효율적인 운영방안, 농림축산식품부 발간자료, 2011.
http://www.kamnews.co.kr/news/articleView.html?idxno1539, 2019.06.15.
손용범, 김영학, "블록체인 기반의 농업기계 공유시스템 설계," 한국콘텐츠학회논문지, 제18권, 제11호, pp.55-62, 2018.
M. Jakobsson and A. Juels, Proofs of work and bread pudding protocols, Secure Information Networks: Communications and Multimedia Security, 1999.
J. Kim, "A Survey of Cryptocurrencies based on Blockchain," J. of The Korea Society of Computer and Information, Vol.24, No.2, pp.67-74, 2019.
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박경호, 누구나 쉽게 배우는 블록체인 DApp 개발, 비제이퍼블릭, 2019.
안규황, 서화정, "블록체인을 활용한 자전거 관리 시스템 구축," 한국정보통신학회논문지, 제22권, 제8호, pp.1139-1145, 2018.

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김영수, 김영찬, 이병엽, "클라우드 환경에서 프라이빗 블록체인을 이용한 이상 행위 추적 보안 모델," 한국콘텐츠학회논문지, 제18권, 제11호, pp.475-483, 2018.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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