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블록체인 기반 안전한 사물인터넷 장치 관리 시스템 구현
Implementing Blockchain Based Secure IoT Device Management System 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.4, 2019년, pp.1343 - 1352  

김미희 (Dept. of Computer Science & Eng., Computer System Institute, Hankyong National University) ,  김영민 (Dept. of Computer Science & Eng., Computer System Institute, Hankyong National University)

초록
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많은 수의 다양한 기기로 구성된 사물인터넷(Internet of Things, IoT)의 기기 관리를 위해서 안전하고 자동으로 강화하는 방법을 강구하고 있다. 블록체인은 자율 실행 방식의 '스마트 컨트랙트' 요소로 중재자 없이 빠르게 데이터를 교환하고 IoT 디바이스 간 프로세스를 안전하고 자동으로 관리할 수 있는 방안으로 대두되고 있다. 본 논문에서는 선행연구로서 제안한 DPoS(Distributed Proof of Stake) 체계인 EOSIO 기반 블록체인 구조를 바탕으로 블록체인 플랫폼과 상호작용 하는 사용자 응용 DApp(Decentralized Application)과 실제 IoT 기기(라즈베리파이 기반 기기, 스마트 램프)를 포함하여 전체 시스템의 프로토타입을 구현한다. 시스템의 이점을 분석하고, 시간적 측면의 오버헤드를 측정하여 본 시스템의 실현 가능성 보이고자 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To manage the Internet of Things(IoT) Network, which consists of a large number of various devices, a secure and automatic method of strengthening the IoT network is being proposed. Blockchain has a 'smart contract' element of autonomous execution method, which is emerging as a way to not only excha...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 분산성을 희생하고 확장성을 확보한 체계이다[15]. 본 논문에서는 EOSIO 기반으로 구현된 DPoS 방식의 블록체인을 통해 시스템을 구축하였다.
  • 본 논문에서는 선행 연구에서 제안한 DPoS 합의 알고리즘을 통해 실행속도와 확장성을 얻은 블록체인 기반 IoT 관리 구조를 실제로 구현하고 그 성능을 분석하였다. 구현한 시스템에는 사용자 DApps을 자바 기반 모바일 애플리케이션으로 구현하고, 실제 IoT 기기(라즈베리파이 기반 기기, 스마트 램프)를 포함하여 DApps을 통해 제어되며, 장치제어기록은 블록체인에 기록되도록 구현하였다.
  • 본 논문에서는 선행 연구인 이러한 구조를 바탕으로 블록체인 플랫폼과 상호작용 하는 자바 기반 모바일 애플리케이션 DApp(Decentralized Application)과 실제 IoT 기기(라즈베리파이 기반 기기, 스마트 램프)를 포함하여 전체 시스템의 프로토타입을 구현하였다. 사용자 입장에서 실제 IoT 기기를 DApp으로 동작시키고 블록체인을 통해 관리하는 이점을 분석하고, 블록체인 기반 관리로 인한 시간적인 오버헤드를 측정해서 본 시스템의 실현 가능성 보이고자 한다. 본 논문의 기여부분은 다음과 같다.
  • 스마트 시티 IoT에 관한 연구 중, [7]에서는 시티내의 자동차, 물류 트럭과 같은 교통수단에 블록체인을 접목하는 시스템을 제안했다. 제 3 신뢰 기관 없이 적은 투자로 데이터의 무결성을 유지하고 데이터를 공개하면서도 자료의 신뢰성을 확보할 수 있음을 목표로 한다. [8]에서는 스마트 시티에서 연결이 불안정한 IoT 노드로 인해 블록체인에서 블록이 전파되지 않는 문제의 해결법을 제시했다.

가설 설정

  • 셋째, 개인정보 노출의 가능성이 적어진다. 블록체인 기반 기기 관리와 달리, 플랫폼에 종속된 장치가 해당 플랫폼에서 관리되는 경우(예, 구글플랫폼과 구글AI스피커), 생성되는 자료는 사용자의 동의하에 관리정보가 플랫폼에 저장되어 노출 가능성이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
분산원장 기술인 블록체인의 장점은? 이러한 많은 수의 보안상 취약한 그래서 안전성과 자동화가 중요한 IoT 기기 관리를 위해 블록체인 기술이 하나의 방안으로서 대두되고 있다. 분산원장 기술(Distributed Ledger Technology)인 블록체인은 자율 실행 방식의 ‘스마트 컨트랙트’로 알려진 비즈니스 자동화 소프트웨어 요소를 포함하고 있어서 중재자 없이 빠르게 데이터를 교환하고 IoT 디바이스 간 프로세스를 안전하게 강화하는 표준화된 방법과 방식을 제공한다[4]. 예를 들어, IoT 기기의 인증 및 접근제어 프로세스를 스마트 컨트랙트로 구현함으로써 안전한 체계를 서버 없이 구현할 수 있다.
스마트 홈이란? 스마트 홈은 조명 장치, 난방 장치 등을 인터넷을 통해 원격으로 제어 또는 모니터링 하거나 작동을 자동화 할 수 있도록 돕는 시스템이다. 이러한 스마트 홈 시스템이 다루는 데이터는 가정 내에서 수집하거나 생성되는 것으로, 민감한 개인 정보를 포함할 수 있다.
IoT 기기 관리를 위해 블록체인 기술을 통한 네트워크 강화가 필요한 이유는? 정부와 기업에서는 이러한 많은 수의 IoT 기기에서 만들어지는 트랜잭션 프로세스를 처리하기 위해 네트워크를 안전하고 자동으로 강화하는 방법을 강구하고 있다[2]. 이는 IoT 기기들이 보안 표준이 견고하지 않고, 그마저 지키지 않는 제품과 서비스 회사들이 많기 때문에 이러한 취약점을 노린 공격이 확대될 수 있다고 경고하고 있기 때문이다. 실제 2019년 3월 미국 애틀란타 시가 랜섬웨어 공격을 받아 1,700만 달러에 달하는 피해를 입기도 했고, 스마트시티의 취약한 IoT 기기들을 대상으로 하는 공격이 더욱 증가할 것으로 예측하고 있다[3].
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참고문헌 (22)

  1. "IoT devices grow 2.5x in 2022, expecting half the world's networking devices," Science Times, 2019. 

  2. Lucas Mearian, "IoT can be a blockchain killer app… Active PoC of large companies," IT World, 2018. 

  3. B. L. Risteska Stojkoska and K. V. Trivodaliev, "A review of Internet of Things for smart home: Challenges and solutions," Journal of Cleaner Production, vol.140, pp.1454-1464, 2017. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.10.006 

  4. Y. Seo, J. Song, Y. Kong, "Blockchain Technology: Prospect and Implications in Perspective of Industry and Society," SPRI Issue report, No.2017-004, 2017. 

  5. A. Dorri, S. S. Kanhere, R. Jurdak, and P. Gauravaram, "Blockchain for IoT security and privacy: The case study of a smart home," in Proc. of IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PerCom Workshops), pp.618-623, 2017. DOI: 10.1109/PERCOMW.2017.7917634 

  6. Y. Zhang, S. Kasahara, Y. Shen, X. Jiang, and J. Wan, "Smart Contract-Based Access Control for the Internet of Things," arXiv: 1802.04410 [cs], 2018. DOI: 10.1109/JIOT.2018.2847705 

  7. P. Manjunath, R. Soman and D. P. Gajkumar Shah, "IoT and Block Chain driven Intelligent Transportation System," 2018 Second International Conference on Green computing and Internet of Things (ICGCIoT), pp.290-293, 2018. DOI: 10.1109/ICGCIoT.2018.8753007 

  8. S. Kushch and F. Prieto-Castrillo, "Blockchain for Dynamic Nodes in a Smart City," 2019 IEEE 5th World Forum on Internet of Things (WF-IoT), pp.29-34, 2019. DOI: 10.1109/WF-IoT.2019.8767336 

  9. M. Kim, Y. Kim, "Development of IoT Device Management System Using Blockchain DPoS Consensus Algorithm," Journal of IKEEE, vol.23, no.2, pp.508-516, 2019. DOI: 10.7471/ikeee.2019.23.2.508 

  10. X. Li, P. Jiang, T. Chen, X. Luo, and Q. Wen, "A survey on the security of blockchain systems," Future Generation Computer Systems, p. S0167739X17318332, 2017. DOI: 10.1016/j.future.2017.08.020 

  11. G.-T. Nguyen, and K. Kim, "A Survey about Consensus Algorithms Used in Blockchain," Journal of Information Processing Systems, vol.14, No.1, pp.101-128, 2018. DOI: 10.3745/JIPS.01.0024 

  12. S. Nakamoto, "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System," 2008, https://bitcoin.org/bitcoin.pdf. 2019. 

  13. "Introduction to Smart Contracts - Solidity 0.5.8 documentation." https://solidity.readthedocs.io/en/v0.5.8/introduction-to-smart-contracts.html, 2019. 

  14. V. Buterin, "On Stake," 2014. https://blog.ethereum.org/2014/07/05/stake/. 

  15. B. Xu, D. Luthra, Z. Cole, and N. Blakely, "EOS: An Architectural, Performance, and Economic Analysis," https://whiteblock.io/library/eos-testreport.pdf. 

  16. EOSIO, https://github.com/eosio. 

  17. "WebAssembly," [Online]. Available: https://webassembly.org/. 

  18. "application binary interface - an overview:I ScienceDirect Topics," [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/application-binary-interface. 

  19. "EOS Studio - Graphic IDE for EOSIO Development," [Online]. Available: https://www.eosstudio.io/. 

  20. "Blockchain Security Solutions I Bring Trust to Blockchain with Gemalto," Gemalto. Available: https://safenet.gemalto.com/blockchain/. 

  21. "Explore the Internet of Things (IoT)," 05-Dec-2019. Available: https://www.ibm.com/internet-of-things. 

  22. "Google Cloud IoT - Fully managed IoT services," Google Cloud. [Online]. Available: https://cloud.google.com/solutions/iot/. 

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