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アプリケーション 使用目的 採用理由
ADEPT (2015) スマート契約とネットワーク合意の活用 分散化,自律化
スマートシティ
(2016)
信頼性向上とフォールトトレランス向上 信頼性
ファームウェア更
新(2016)
ファームウェア検証時のデータの完全性、データ認
証、否認防止の確実な実施
分散化,信頼性,
効率化
スマートホーム
(2016)
分散信頼と、IoTデバイスとそのデータへのアクセ
ス制御の共通プラットフォーム化
分散化&アクセ
ス制御
VANETS(2016) 分散型自己管理システムの構築 自律性
eBusiness
(2016)
スマート契約に基づく透明な自己管理と自己調整
システムの実現
分散化&自律
性
SCM(2016) 偽造できないことによるオブジェクト追跡や所有権
記録の実施
トレーサビリティ
(信頼性)
Slock.it(2015) 分散型管理とスマート契約実行能力の実現 自律性
なぜブロックチェーンが使われたのか?
ブロックチェーン導入IoT先行アプリケーションで
ADEPT:自律分散型ピアツーピア遠隔測定システム(by IBM)
VANETS(Vehicular ad-hoc network):自己管理車両アドホックネットワーク
Imran Makhdoom, et al., “Blockchain’s adoption in IoT: The challenges, and a way forward”, Journal of Network and Computer Applications 125, 251-279, 2019.
・・から開始する。
8. 8Tiago M. Fernández-Caramés, Paula Fraga-Lamas, “ A Review on the Use of Blockchain for the Internet of Things”, IEEE Access · May 2018
また、IoTアークテクチャは分散化への動向も
クラウド中心 ブロックチェーンサーバー中心
分散方式集中方式
・より進んだクラウド利用にも弱点がある
・集中型による信頼性・障害対応・高コストへの懸念
これらの理
由によって
16. 16
代表的ブロックチェーンプラットフォーム比較
Features Bitcoin Ethereum Hyperledger-Fabric
完全に開発された 〇 〇 〇
マイナー参加可能 Public Public, Private, Hybrid Private
信用不要運用 〇 〇 Trusted validator nodes
複数のアプリケーション 金融分野のみ 〇 〇
コンセンサスルール PoW PoW, PoS PBFT/SIEVE
コンセンサス終了性 × × 〇
ブロックチェーンフォーク 〇 〇 ×
少ない手数料 × × オプショナルに可能
スマートコントラクトの実行 × 〇 〇
TXの整合性と認証 〇 〇 〇
データの機密性 × × 〇
ID管理 × × 〇
鍵管理 × × 〇(CAを通じて)
ユーザ認証 デジタル署名 デジタル署名 登録証明書に基づく
デバイス認証 × × ×
攻撃に対する脆弱性 51%, linking attacks 51% > 1/3故障ノード
TXスループット 7 TPS 8-9 TPS >3500 TPS
TX単一確認における待ち時間 10 分 15–20 秒 Bitcoin, Ethereumより短い
スケーラブルであるか? × × ×
17. 17
PoW PoS PoET PBFT DBFT IOTA
適応分野 金融 各種 各種 各種 各種 金融(現在)
エネルギーコスト 高い (PoWに比
して)低い
(PoWに比
して)低い
低い 低い 良好
計算コスト 高い (PoWに比
して)低い
(PoWに比
して)低い
高い(コ
ミュニケー
ション複
雑)
低い 低い
合意最終性 確率的 確率的 確率的 即時 即時 確率的
TX検証時の
遅延
長い (PoWに比
し)短い
(PoWに比
し)短い
短い 短い 短い
ブロックチェーン
のタイプ
許可無
し
許可有り
無し両方
許可有り
無し両方
許可有
り
許可有
り
許可無し(現
在)
特殊ハードが
必要
必須で
はない
不要 必要
(Ex.Intel
SGX)
不要 不要 不要
IoT向けで現在お薦めのコンセンサスルール
Hyperledger-
Fabric
Bitcoin Ethereum
Imran Makhdoom, et al., “Blockchain’s adoption in IoT: The challenges, and a way forward”, Journal of Network and Computer Applications 125, 251-279, 2019.
21. 21
ブロックチェーンインフラストラクチャの状況
• IEEE 802.15.4,
802.11a/b/g/n,p
• LoRa, ZigBee, NB-
IoT, SigFoxなど
• 低帯域幅・低電力の無線通信機器を介して
インターネットやゲートウェイ機器に接続
• 各種市販IoT機器
• 各種センサー内蔵機
器
民生用IoT機器およびセン
サー内蔵デバイスなど
オープンスタンダードあるいは
デファクトスタンダードなもの
IoTデバイスは千差万別で、リ
ソースにも制約があるため、クリ
ティカルマスのインフラが登場する
状況にはほど遠い。
既存ITインフラ、特にスマホなどは、ク
リティカルマスに規模拡大し、インフラと
して機能する強力な計算とネットワー
キングデバイスとなった。
金融分野(および既存IT環境)はこちらに近い
vs
ブロックチェーンインフラストラクチャ 加えてインフラストラクチャの状況が厳しい
23. 23
IoT セキュリティ要件 有無 ブロックチェーン技術
信頼フリーの運用 〇 全て実現
分散ストレージ 〇 全て実現
非集中の制御 〇 全て実現
データの整合性(Integrity) 〇 全て実現
データ認証 〇 全て実現
データの機密性/プライバシー 〇 Hyperledger-Fabric
仮名(Pseudonymous) IDs 〇 全て実現(仮名IDに基づく)
プライバシー保護計算 ×
ユーザー登録(Enrolment) 〇 Hyperledger-Fabric
アイデンティティ管理 〇 Hyperledger-Fabric
ユーザ認証 〇 全て実現
ユーザ認可(Authorization) 〇 Hyperledger-Fabric
キー管理(キー発行と失効) 〇 Hyperledger-Fabric
制限付きネットワークアクセス 〇 Ethereum & Hyperledger-Fabric
デバイス認証 ×
ソフトウェアの整合性チェック ×
ランタイム/同期ソフトウェア更新 ×
侵害されたデバイスの検出 ×
IoT中心の合意プロトコル ×
IoT重視のTX検証ルール ×
合意の最終性(Consensus Finality) 〇 Hyperledger-Fabric
フォーク無し 〇 Hyperledger-Fabric
ブロックチェーン視点でのIoTセキュリティ要件は多々あるが
24. 24
IoT パフォーマンス要件 有無 ブロックチェーン技術
自律システム 有り Ethereum &
Hyperledger-Fabric
(スマート契約に基づい
て)
TX確認における低遅延 有り Hyperledger-Fabric
通信の複雑さが少ない 有り Bitcoin, Ethereum,
IOTA
スケーラビリティ △ IOTA -(ネットワークサイ
ズが大きくなると、TXの確
認レートが上がることにより)
ブロックチェーン視点でのIoTパフォーマンス要件は多々あるが
有り印が付く場合でも達成水準は不充分
26. 26
ADEPT スマートシティ ファームウェア
更新
スマートホーム VANETS eBusiness SCM Slock.it
①ブロック
チェーンプ
ラットフォー
ム
Ethereu
m
明確にされ
ていない
(独
自?)
PoWコン
センサス保
有独自
PoWコン
センサス未
使用独自
Ethereu
m
Ethereu
m
IBMブロック
チェーンプラット
フォーム
(Hyperledg
er-Fabric)
Ethereu
m
②解決され
た問題
一元化機
関、単一
障害点、
ユーザー/
データのプ
ライバシー、
相互作用
起因エラー
への対応
異種デバイ
スから受信
したデータ
を共有する
のが困難
だった状況
を解決
サイバー攻
撃の影響
を軽減し、
ネットワー
クの輻輳
問題を回
避
IoTデータ
のアクセス
制御、デー
タの機密
性、整合
性、可用
性、DDoS
攻撃に対し
て保護と保
証
集中管理
とプライバ
シー問題の
解決
集中管理
と透過的
データ共有
/サービス
における問
題の解決
集中型
データベー
スの脆弱
性の解決
製品のアク
セス制御と
手動による
受け渡しの
ための集中
管理と人
的介入問
題の解決
③解決され
たブロック
チェーンの
問題
ユーザー/
データのプ
ライバシー、
ID管理、
データに対
するユー
ザーアクセ
ス制御、ス
ケーラビリ
ティ
特に無し スケーラビ
リティ問題
の解決
(ブロック
チェーンサ
イズに関
連)
マイニング
における
PoW使用
回避による
計算集約
度、TX確
認における
待ち時間、
エネルギー
消費の解
決
特に無し 特に無し 特に無し ブロック内
でマイニン
グされる
TX数の減
少によるス
ケーラビリ
ティ問題の
解決
①、②、③の全体概要
Imran Makhdoom, et al., “Blockchain’s adoption in IoT: The challenges, and a way forward”, Journal of Network and Computer Applications 125, 251-279, 2019.
36. 公共交通機関の改善(MaaS的)
• インテリジェントで安全で分散型の自律型輸送シ
ステム構築が目標
– 共有がスマートシティの主要資産の1つ(カーシェア)
– よりスマートな車両、より安全で疲れにくい運転
– イベントデータレコーダ(EDR)の搭載
– 大規模ストレージデバイスを備えたPCと車両用ス
マートアプリケーションを装備
– 将来の課題にも対応
– ノードの移植性や自動車間での仮想マシン移動も
36
Block-VN:スマートシティ向け分散型ブロックチェーンベース
車両ネットワークアーキテクチャ
P. K. Sharma et al., “Block-VN: A Distributed Blockchain Based Vehicular Network Architecture in Smart City”, J Inf Process Syst, Vol.13, No.1,
pp.184~195, February 2017.
ユースケース事例
IoT/金融混在系
探索的視点からの取組み分析例