Integrating Blockchain and Federated Learning for Secure Model Aggregation in IoT-SCADA Networks

Ahakonye, Love Allen Chijioke 금오공과대학교 대학원 2024 국내박사

Performance monitoring and optimization of Internet of Things-Supervisory Control and Data Acquisition (IoT-SCADA) systems are vital for intelligent industrial systems. Effective attack prediction is crucial to improve security management. Internet of Things (IoT) devices and Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems are sensors and data collectors for monitoring critical industrial processes. Real-time data from these systems is utilized to train Machine Learning (ML) models for cybersecurity threat detection and mitigation, enhancing critical infrastructure security against malicious attacks. However, sharing sensor data for centralized learning compromises data privacy and security. Federated Learning (FL) offers a solution by performing ML model training on the clients. A limitation is a potential vulnerability to model parameter aggregation, where adversaries infer sensitive information from the aggregated model updates. Blockchain (BC) technology enables secure and immutable aggregation with encryption. This thesis integrates FL and BC to safeguard data privacy during the aggregation and transmission, ensuring the integrity of model updates and promoting transparency through smart contracts. The combination mitigates attacks by significantly minimizing global model loss to 0.1587 with 95.68 accuracy in the presence of adversarial perturbation. It also achieved an average latency of 2.92 × 104 and 4.5 × 104 milliseconds in the training and aggregation of the IoT network intrusion and datasets. It enhances security against unauthorized access and automates and audibly traces the aggregation process, ensuring scalability and fostering participant trust. Additionally, the decision and confidence impact ratio metrics of the SHapley Additive exPlanations (SHAP) eXplainable Artificial Intelligence (XAI) interpretability proffers insight into the model outcome, enhancing the reliability and trust for the model’s predictions. IoT-SCADA(Internet of Things-Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템의 성능 모니터링 및 최적화는 지능형산업 시스템에 필수적이다. 보안 관리를 개선하려면 효과적인 공격예측이 중요하다. IoT(Internet of Things) 장치 및 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템은 중요한산업 프로세스를 모니터링하기 위한 센서 및 데이터 수집기이다. 이러한 시스템의 실시간 데이터는 사이버 보안 위협탐지 및 완화를 위한 ML(Machine Learning) 모델을 훈련하는데 활용되어 악의적인 공격에 대한 중요한 인프라 보안을 강화한다. 그러나 중앙집중식 학습을 위해 센서 데이터를 공유하면 데이터 개인 정보보호 및 보안이 손상된다. FL(Federated Learning)은 클라이언트에 대해 ML 모델 교육을 수행하여 솔루션을 제공한다. 제한 사항은 모델 매개변수 집계에 대한 잠재적 취약점이며, 이는 적대자들이 집계된 모델 업데이트로부터 민감한 정보를 추론할 수 있다는 것이다. BC(Blockchain) 기술은 암호화를 통해 안전하고 불변의 집계를 가능하게 한다. 이 논문은 FL과 BC를 통합하여 집계 및 전송 중에 데이터 개인정보를 보호하고 모델 업데이트의 무결성을 보장하며 스마트 계약을 통해 투명성을 증진한다. 이 조합은 적대적 방해의 존재하에서 글로벌 모델 손실을 0.1587로 크게 최소화하고 95.68의 정확도를 달성하므로써 공격을 완화한다. 또한 IoT 네트워크 침입 및 데이터 세트의 훈련 및 집계에서 2.92 × 104 와 4.5 × 104 ms의 평균지연 시간을 달성했다. 이는 무단 액세스에 대한 보안을 강화하고 집계 프로세스를 자동화하고 감사 가능하게 추적하여 확장성을 보장하고 참가자의 신뢰를 증진한다. 또한 SHAP(SHApley Additive exPlanations) XAI(eXplainable Artificial Intelligence)의 해석 가능성이 제공하는 결정 및 신뢰도 영향 비율 지표는 모델 예측의 신뢰성과 신뢰를 향상시키는 통찰력을 제공한다.

Axiom Blockchain Architecture with Extended Framework for Network and Miner layer. : 네트워크 및 광부 계층을위한 확장 프레임 워크가있는 Axiom 블록 체인 아키텍처

Gul, Malik-Junaid Jami 경북대학교 대학원 2021 국내박사

통계적, 인공 신경망 및 머신 러닝 모델을 통합하면 악의적인 공격으로부터 블록체인을 보호하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 다만 블록체인은 여전히 개발 프로세스를 수행하기 위해 표준화가 필요하며 이 같은 미흡함으로 AI나 다른 모델을 효과적으로 통합하기 어렵다. 광범위한 스펙트럼에서 블록체인의 개발 과정을 포괄하는 표준을 제안하는 것은 어려운 과제다. 따라서 본 연구에서는 문제를 세 단계로 세분화합니다. 1단계는 AI와 블록체인을 통합해 악성 공격을 완화할 수 있는 기반을 제공할 수 있는 블록체인 표준 개발을 목표로 한다. 블록체인 개발 프로세스에 대한 광범위한 정보를 수집하고 블록체인 프레임워크 확장을 위한 통합을 수용할 수 있는 블록체인 프레임워크(Axioms)를 제공한다. 우리의 연구 결과는 블록체인을 개발 프로세스를 수용하기 위해 8개 층으로 나눌 수 있으며 블록체인의 기본 건물 구조로 활용할 수 있음을 보여준다. 이 연구는 다른 연구와 달리 각 구성 요소에 의해 수행되는 작업의 특성에 따라 표준 프레임워크를 제안하며, 우리의 연구는 구성 요소에 대해 시작된 공격 대상(블록체인의 약한 링크를 활용하기 위해)을 포괄한다. 따라서 제안된 블록체인 구조는 블록체인 인프라 구축을 위한 표준으로 사용될 수 있는 보안과 다른 기술의 유연성과 쉬운 통합을 제공한다. 2단계는 8개 계층으로 나눠 블록체인의 확장성 문제를 해결하기 위한 참고 자료로 활용되는 표준 블록체인 프레임워크를 활용한다. 블록체인 원장을 탑재한 노드를 확장하는 측면에서 확장성이 뛰어나 결국 블록체인을 해킹하거나 데이터를 조작하기가 어려워진다. 따라서 블록 체인 프레임워크를 확장하여 데이터를 공유하므로 클라우드 스토리지 확장은 공격자로부터 숨겨집니다. 우리는 자기 회귀 통합 이동 평균(ARIMA) 모델을 참조 계층과 통합한다. ARIMA 모델은 CPU 로드 및 스토리지 활용률을 예측하는 데 사용됩니다. CPU 로드 및 스토리지 활용률을 예측하면 블록체인 원장을 수용할 수 있는 노드나 서버를 식별하는 데 도움이 됩니다. 연구의 세 번째 단계는 광부 계층에서 블록체인 프레임워크의 확장을 제공한다. 우리는 광부 환경에서 들어오는 패킷을 관찰하고 이를 사전 처리한 다음 광부가 블록체인에 블록을 추가하는 것을 막는 것과 같은 결정을 내리도록 훈련된 지능형 에이전트를 통합한다. 지능형 에이전트는 참여 광부에게 점유율을 유지하여 대부분의 공격과 이기적인 공격을 완화한다. 본 연구는 블록체인을 개발하는 동안 표준 구조로 사용할 수 있는 완전한 블록체인 계층 기반 프레임워크를 제안한다. AI 모델과 함께 작동하는 블록체인 프레임워크는 매우 제한적이며, 우리의 연구는 그러한 기술을 통합하는 것을 더 실현 가능하게 한다. 이 연구는 또한 참조 계층에서 확장이 이루어질 수 있기 때문에 통계 및 인공지능 모델을 통합하는 것을 가능하게 한다. 연구 결과에 따르면 개발 프로세스를 유지하는 것이 용이할 뿐만 아니라 2단계와 3단계 결과에 따라 공정한 공유 정책으로 패킷을 수신함에 따라 AI 기법의 통합이 다수 공격과 이기적 공격을 효과적으로 완화한다.

(An) integrated open quality system with blockchain technology in smart manufacturing environment

Shujaat, Alisa Sungkyunkwan University 2023 국내박사

This study is conducted for the purpose to manifest the applications of blockchain technology by developing and integrated open quality system with blockchain technology called “Blockchain-enabled Open Quality” (OQB) framework in smart manufacturing environment to enhance trust, transparency, responsibility, and visibility among all the stakeholders of the value chain. The research is then further extended to explore the applications of OQB system to the entire supply chain to become more transparent, visible, and trustworthy by taking advantages from the indigenous potentials of the proposed framework. In this era of rapid developments in technology, new trends and approaches to manage quality in Industry 4.0 is emerging with more holistic approaches to digital and smart manufacturing. The word “quality” no longer just applies to the responsibilities of a department, but quality intelligence is extending beyond the service and manufacturing floor to the entire value chain. Although there have been many studies focused on quality management, the new technologies still face difficulties in evaluating quality and solving problems arising from lack of trust, transparency, track, and traceability for managing quality. In this research, we discuss the blockchain’s potential to deliver business value with transparent quality approach integrated with Open Quality having increased visibility across the entire manufacturing value chain with a systematic literature review. By doing so, a “Blockchain-enabled Open Quality” framework is proposed, and its applications are discussed. The main contribution of this research is providing a platform to share manufacturing information regarding quality within the entire value chain system. This ensures that all members, stakeholders, and processes of the value chain obtain verified information to ensure trust and transparency, visibility, track, and traceability. By this means, the manufacturers are able to improve the product and system quality, and at the same time meeting the expectations of customer and stakeholder in a better way. Beside this, the thesis study also discusses the potential threats that are associated with implementation of OQB system, along with their possible solutions. Moreover, the future study and opportunities are also presented by finding the research gaps for the new concept of quality in Industry 4.0.

A Study on a Distributed Hyperledger Blockchain System in Manufacturing Industry

Dilnozkhon Imomalieva 인하대학교 대학원 2019 국내석사

The need for transparency and traceability is a vital business challenge in manufacturing and maintaining supply chains both locally and globally [61]. Many companies and buyers have little to no information on their second and third tier suppliers. Several startups and companies such as Sourcemap, Hiperos and Aravo have taken initiatives to provide a solution by visualizing end-to-end supply chains and informing organizations with valuable knowledge on their third-party networks [56-58]. However, these initiatives to provide more transparency in manufacturing supply chains is incremental and mostly voluntary at present [59-60]. Incidents in the past decades that illustrated that even tight and expensive security mechanisms are unable to guarantee complete data security, thus leaving organizations at potential risks. The arrival of blockchain comes to the rescue as a blessing. At its core, a blockchain is a decentralized distributed system. A blockchain protocol runs on top of the Internet on a peer-to-peer network (i.e. the Internet) of computers (called nodes) that run the protocols individually. While Bitcoin blockchain is used to exchange digital cryptocurrency, Ethereum allows parties to exchange property, shares, or anything of value. Both of these blockchains are public and permissionless. In contrast, there is Hyperledger which is a permissioned and restrictive blockchain but allows private channels to be created among specific participants unlike other blockchains. Also, each of the blockchains has its own security mechanism and limitation. The implementation of distributed ledger technology can improve transparency and traceability issues within every tier of the manufacturing supply chain through the use of immutable records of data or items, distributed storage of the records, and controlled user accesses; for the last requirement Hyperledger Fabric provides an excellent opportunity as it facilitates permissioned networks [61]. In this paper, we discuss the features of blockchain that make it feasible to be adopted for increased transparency and traceability. We demonstrate through implementation of Hyperledger Fabric and Composer for GM Uzbekistan that indeed blockchain has the capability to provide such feature. Through the implemented blockchain application during the production and tracking of engine blocks, we were able to demonstrate to GM Uzbekistan the powerful use of blockchains to track each parts of a car through its manufacturing process until reaching the end buyers. It not only facilitates the buyers and gains their trust, but rather it works both ways as GM Uzbekistan is now directly able to know who their customers are and their preferences as well as the suppliers who are providing raw materials to them.

Blockchain information management model for enhancing privacy and safety of construction workers’ personal information

은테푸아, 사아 알비나 에쿠아 동아대학교 대학원 2023 국내석사

Managing information in the construction industry poses significant challenges due to its complex dynamics, involving various stakeholders and a diverse workforce. Irrespective of project scale, such as small renovations or large infrastructure developments, addressing issues of unauthorized access, breaches, and data theft is crucial. To overcome these challenges, this study conducted a case study on tiling activities within a renovation project, where construction workers’ biographic and safety data, particularly work related musculoskeletal disorders (WMSDs) risk assessment data was collected and securely stored on a Hyperledger Fabric blockchain infrastructure, developed on the Amazon Web Services cloud platform in the Asia-Sydney region. The results indicate that the proposed blockchain model offered a decentralized and tamper-resistant data management system that effectively protects the privacy and security of construction workers’ personal information, with respect to fundamental security goals of confidentiality, privacy and integrity. The study's outcomes contribute to the advancement of blockchain technology in the construction industry, enabling stakeholders to access authenticated and verified information. This empowers informed decision-making in workforce management for high-risk construction activities, facilitates the assessment of task-related risks, ensures efficient resource allocation, and enables critical safety measures to minimize the occurrence of work-related injuries. By prioritizing worker privacy, safety, and well-being, this study enhances data management and decision-making processes in the construction industry. 건설 산업의 정보 관리는 다양한 이해 관계자와 다양한 인력을 포함하는 복잡한 역학 관계로 인해 상당한 어려움을 겪고 있습니다. 소규모 리노베이션이나 대규모 인프라 개발과 같은 프로젝트 규모에 관계없이 무단 액세스, 위반 및 데이터 도난 문제를 해결하는 것이 매우 중요합니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 본 연구에서는 리노베이션 프로젝트 내 타일링 활동작업에서 건설근로자 근골격계 질환(WMSD) 위험 평가 데이터와 관련된 개인 및 안전 데이터를 수집하여, Amazon Web Services 클라우드 플랫폼(아시아-시드니 지역)상에성 개발된 Hyperledger Fabric 블록체인 인프라에 안전하게 저장할 수 있는 사례 연구를 수행했습니다. 연구 결과, 제안된 블록체인 모델의 기밀성, 개인정보 및 무결성이라는 근본적인 보안 목표 준수 관점에서 건설근로자의 개인정보의 프라이버시보호와 보안을 증진시키는 분산 및 변조 방지 데이터 관리 시스템을 개발하였다. 특히, 개발된 시스템은 사례연구에서 설명한 바와 같이 고위험 건설 활동에 대한 작업 관련 위험 평가 정보 보호를 통해, 효율적인 데이터 관리로 작업 관련 부상 발생을 최소화하는 중요한 안전 조치 의사결정을 지원할 수 있으며, 궁극적으로 근로자의 프라이버시, 안전, 보건 데이터의 보완을 강화함으로써 건설업계의 데이터 관리 및 의사결정 프로세스를 지원할 것으로 기대된다. 또한 본 연구 결과는 건설산업 전반적으로 이해관계자들이 인증되고 검증된 정보에 접근할 수 있도록 함으로써 건설산업 블록체인 기술 발전에 이바지할 것이다.

Factors Affecting the Participation Intention of Blockchain Mobile Application : Mixed-Method Approach

호신희 전남대학교 대학원 2020 국내박사

After the birth of Bitcoin, people are more interested in its underlying blockchain technology. After years of development, the application scenarios of blockchain technology became widely, especially in mobile application area. The emergence of blockchain has impacted the traditional centralized storage mode and the centralized management mode of mobile applications. In recent years, the protection and regulation of personal privacy has become a hot topic in various countries. The United States, Europe, South Korea, China and the Pacific Rim all have legal discussions on personal privacy protection. In the final analysis, this is because of the connection of traditional networks, the reasons for information leakage, and many personal privacies were stored on third-party servers. At first, people's understanding of blockchains only stayed on cryptocurrencies such as Bitcoin, but with the background of smart contracts and the coming issue of legitimate decentralized currencies in China and other countries, more and more companies and R&D personnel regard blockchains as the key technology of the next technological revolution. Availability and confidentiality can go hand in hand based on blockchain characteristics, which has become a hot spot for major applications. There have been many studies on currency based on blockchain technology in the world, because the first application of blockchain is indeed cryptocurrency, but the application of mobile life benefit based on blockchain has not been used in the research scope of researchers in various countries because of the difficulty of development and low consumer acceptance. In China, there have been mobile applications based on blockchain technology, although not many of them are representative applications, but one of them has representativeness because users have exceeded 50 million already. With the development of technology, various mobile applications in the early stage can meet most of the needs of consumers. Therefore, consumers will use the various applications and they trust that do not reveal their privacy, which can bring them various benefits. With this issue, the proposed model of trust and the acceptance model of new technology are used as reference to find out the main influencing factors of people's participation of mobile applications in blockchain system. So, our article explores what factors will critical facilitate customer participation in blockchain mobile application. Based on previous studies, this paper develops variables based on the characteristics of blockchain applications, by analysis the most popular blockchain application in China which called “star”. And, through bibliometric methods study by use citespace analysis the web of sciences category find that trust is also the hot trend insures of blockchain researches. Studies the research of online trust is interdisciplinary, abstract and complex. Researchers have studied the meaning, dimension, process, antecedent and consequence of trust from different perspectives. The meaning of the model of online trust are complex and confusing, which brings great challenges to the follow-up research. Many researchers devote themselves to the study of the concept of trust. One of the most commonly used research methods is to use semantics to analyze the research results of predecessors and propose a conceptual model of trust. In these online trust researches the Proposed Model of Trust is the most valuable. So, our research will focus on the three main dimensions of this theories: ability, benevolence and Integrity. To find their representable characteristics in blockchain mobile applications. Which is availability, confidentiality and reputation being find in blockchain characteristics as the factors of trustworthiness. For the cutting-edge technologies acceptance, the most valuable and useful theory is UTAUT (Unified theory of acceptance and use of technology), lots of studies by using this theory to do research such as smartphone acceptance, cloud service acceptance and so on, as previously stated, most of the applications of existing technologies have fully met the requirements of consumers for performance and system fluency. So, the blockchain solves several aspects that the current technology cannot provide is the availability and confidentiality can go together and share the benefits of personal networking behaviors for consumers. So, we summaries six independent variables such as (1) confidentiality, (2) availability, (3) cost economy, (4) expected profit, (5) reputation, and 3 mediators (1) trust and (2) performance expectation (3) blockchain interest and one dependent variable as blockchain mobile apps participation intention. For this blockchain mobile apps participation intention we can understand as the participate in our committee not only using the service, it’s because of the characteristics of blockchain system its POW (proof of work), POS (proof of stake) and POA (proof of activities) it can solve the online providers share profit of consumers networking contributions to system users by the real economy profit. So, when you are using a blockchain mobile application you can be node of this blockchain for using its service and keeping this chain operation. Base on the proposed trust model theory, unified theory of acceptance and use of technology, the decentralization characteristics of blockchain mobile application, we proposed ten hypotheses as H1: Reputation has positive influence on trust; H2: Confidentiality has positive influence on trust; H3: Availability has positive influence on trust; H4: Confidentiality has positive influence on performance expectancy; H5: Availability has positive influence on performance expectancy; H6: Cost economy has positive influence on performance expectancy; H7: Expected profit has positive influence on performance expectancy; H8: Blockchain interest has positive influence on blockchain mobile apps participation intention; H9: Trust has positive influence on blockchain mobile apps participation intention; H10: Performance expectancy has positive influence on blockchain mobile apps participation intention. H11: Cost economy has positive influence on blockchain interest; H12: Expected profit has positive influence on blockchain interest. The methodology of our study is to use bibliometric analysis find key variables and operate focus group interview to supply our research model and measurement then collect data by questionnaires in mainland China by internet, the respondents mainly focus on the more blockchain developed regions in Shenzhen, Shanghai, Beijing, Hong Kong, Hangzhou. People also have a higher understanding of blockchains than ordinary consumers. For design of questionnaire, because the blockchain is a totally new technology and the decentralization characteristics is unlike common sense, so we investigate the questionnaires from previous studies in a few similar fields and do the group focus interview by online video. The respondents are 10 people from Huobi.com blockchain decentralization exchange platform. And all the questionnaires were analysis by the EFA (exploratory factor analysis) to confirm the accuracy of questionnaires. After EFA we do the regular data collections on internet and from the empirical analysis the research gives results as follows. The result showed that all hypothesizes are significant, and reputation, confidentiality and profit play an important demission and trust also has strong influence on blockchain mobile apps participation intention. The mediating effects of trust to reputation, confidentiality and availability are all significant and the mediator performance expectancy’s mediating influence on confidentiality, availability, cost economy and expected profit are all significant, and the mediating effect of performance expectancy to confidentiality is complete mediating effect. From these results our research finds that, consumers are demanding more and more confidentiality, as well as the life benefit mobile applications, which are no longer in the initial stage. For further stage the profitability function is become important. As we all know, in this age the data can become profit already lots sharing economy service providers to be valuable because of data and the consumer’s online behaviors can provide lots data not only the privacy information. So, by the unique blockchain system characteristics how the service providers supply the secure of system and provide profit to share to blockchain system committee participant (application user) is a way to improve the application industry and get more benefit and more fair on the online society. For scholar research, our paper extends proposed model of trust involve to blockchain the decentralization system, provide the confidentiality, reputation and availability in blockchain how to reflect the ability, benevolence and integrity. And extend the reflections of performance expectancy in the UTAUT (Unified theory of acceptance and use of technology), also the interest of new technology can be the important drive of a new technology applications such as blockchain. 비트코인의 등장으로 사람들은 기본 블록체인 기술에 대해 더 많은 관심을 갖는다. 수년간의 개발 지나서 블록체인 기술의 응용 시나리오는 특히 모바일 응용 분야에서 점점 더 많이 발전하고 있다. 블록체인의 출현은 전통적인 중앙화 스토리지 모드와 모바일 애플리케이션의 중앙화 관리 모드에 영향을 미쳤다. 최근에는 개인 정보 보호 및 규제가 여러 국가에서 화제가 되고 있다. 미국, 유럽, 한국, 중국 및 환태평양 지역은 모두 개인 정보 보호에 관한 법적 토론을 하고 있다. 이는 기존 네트워크의 연결, 정보 유출 이유 및 많은 개인 정보가 제3자 서버에 저장되었기 때문이다. 처음에 블록체인에 대한 사람들의 이해는 비트코인과 같은 암호화폐에만 머물렀지만 스마트 계약의 등장 인해 점점 더 많은 회사와 R&D 개발자 블록체인이 핵심 기술로 간주한다.가용성과 기밀성은 블록체인 특성에 따라 밀접한 관련이 있을 수 있으며, 이는 주요 응용 분야에서 핫스팟이 되었다. 블록체인의 첫 번째 응용 프로그램은 실제로 암호 통화이기 때문에 세계에서 블록체인 기술을 기반으로 한 통화에 대한 많은 연구가 있었지만 블록체인을 기반으로 한 모바일 생활복지의 응용 프로그램은 다양한 연구원의 연구 범위에서 사용되지 않았다. 그런데 중국에는 블록체인 기술을 기반으로 모바일 응용 프로그램이 대표할 수 있는 응용 프로그램은 아니지만 사용자가 이미 5 천만 명 초과했기 때문에 그 중 하나가 대표성을 가지고 있다. 기술의 발달로 초기 단계의 다양한 모바일 애플리케이션은 소비자의 요구를 대부분 충족시킬 수 있다. 따라서 소비자는 자신의 개인 정보를 공개하지 않는 신뢰할 수 있는 다양한 응용 프로그램을 사용하여 다양한 이점을 얻을 수 있다. 이 문제로 인해 네트워크 신뢰의 주요 모델과 새로운 기술의 수용 모델이 블록체인 시스템에서 사람들이 모바일 응용 프로그램을 사용하는 주요 영향 요인을 찾기 위해 참조로 인용된다. 따라서 본 논문에서는 고객이 블록체인 시스템에 참여하는데 중요한 요소가 무엇인지 살펴본다. 이전의 연구를 기반으로 “스타”라고 불리는 중국에서 가장 인기 있는 블록체인 응용 프로그램을 분석하여 블록체인 응용 프로그램의 특성을 기반으로 변수를 개발한다. 또한, 인용 공간 분석을 사용한 문헌 측정법 연구를 통해 과학 분야의 온라인 신뢰가 또한 블록체인 시스템 연구의 핫 트렌드를 발견한다. 신기술 수용의 경우 가장 많이 인용하고 유용한 이론은 UTAUT 이며, 이 이론을 사용하여 스마트 폰 수용, 클라우드 서비스 수용 등에 대한 연구를 수행하는 많은 연구 있었다. 기존 기술의 응용 프로그램 대부분은 성능 및 시스템 유창성에 대한 소비자의 요구 사항을 완전히 충족했다. 따라서 블록체인은 현재 기술이 제공 할 수없는 여러 측면을 해결하여 가용성과 기밀성이 함께 유지되고 소비자를 위한 개인 네트워킹 동작의 이점을 공유할 수 있다는 것 인다. 따라서 우리는 (1) 기밀성, (2) 가용성, (3) 경제성, (4) 수익성, (5) 명성 및 매개변수 (1) 신뢰성과 (2)성과 기대, (3) 블록체인 관심 그리고 블록체인 모바일 앱 참여 의도는 종속 변수로 요약한다. 이 블록체인 시스템 참여 의도를 위해 우리는 서비스를 사용하는 것뿐만 아니라 POW (작업 증명), POS (스테이크 증명) 및 POA (활동 증명)와 같은 블록체인 시스템의 교란으로 인해 공동체에 참여하는 것으로 이해할 수 있다. 그것은 온라인 공급자가 실제 경제 이익에 의해 시스템 사용자에게 기여하는 소비자 네트워킹 이익의 이익을 해결할 수 있다. 따라서 블록체인 시스템 응용 프로그램을 사용하는 경우 서비스를 사용할 체인 작업을 유지하기 위해 이 블록체인의 노드가 될 수 있다. 논문 연구를 위해서 우리 신뢰성 모델과 기술수용의도 결합해서 연구가설은 10개 제시하였다. H1: 명성은 신뢰성에 긍정적 인 영향을 미친다. H2: 기밀성은 신뢰성에 긍정적인 영향을 미친다. H3: 가용성은 신뢰성에 긍정적인 영향을 미친다. H4: 기밀성은 성과 기대에 긍정적인 영향을 미친다. H5: 가용성은 성과 기대에 긍정적인 영향을 미친다. H6: 경제성은 성과 기대에 긍정적인 영향을 미친다. H7: 수익성은 성과기대에 긍정적인 영향을 미친다. H8: 블록체인 관심은 블록체인 시스템 참여 의도에 긍정적인 영향을 미친다. H9: 신뢰성은 블록체인 모바일 앱 참여 의도에 긍정적인 영향을 미친다. H10: 성과 기대는 블록체인 모바일 앱 참여 의도에 긍정적인 영향을 미친다. H11: 경제성은 블록체인 관심에 긍정적인 영향을 미친다. H12: 수익성은 블록체인 관심에 긍정적인 영향을 미친다. 본 연구의 방법론은 인터넷을 통해 중국 본토의 설문지로 데이터를 수집하는 것으로, 응답자들은 주로 심천, 상하이, 베이징, 홍콩, 항저우에서 더 많은 블록체인 개발 지역에 중점을 든다. 사람들은 또한 일반 소비자보다 블록체인에 대한 이해가 높다. 설문지 디자인의 경우, 블록체인은 완전히 새로운 기술이기 때문에 분산 특성은 상식과 다르기 때문에 몇 가지 유사한 분야에서 이전 연구의 설문지를 조사하고 온라인 비디오를 통한 그룹 포커스 인터뷰를 수행한다. 응답자는 Huobi.com 블록체인 탈중앙화 거래소 플랫폼에서 10 명 직원이다. 결과는 모든 가설이 채택되고 명성, 기밀성 및 수익성이 중요한 결점을 낳고 신뢰성도 블록체인 모바일 참여 의도에 큰 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 명성, 기밀성 및 가용성에 대한 신뢰성의 매개 효과는 모두 성립하며, 기밀성, 가용성, 경제성 및 수익성에 대한 성과기대의 매개 효과는 모두 성립하며 기밀성에 대한 성과 기대의 매개 효과는 완전 매개 효과이다. 이 결과에서 우리의 연구에 따르면 소비자들은 더 이상 초기 단계에 있지 않은 모바일 애플리케이션의 기능뿐만 아니라 점점 더 많은 기밀성을 요구하고 있다. 추가 단계에서는 수익성 기능이 중요해졌다. 우리 모두 알다시피, 이 시대에 데이터는 이미 수익이 될 수 있다. 인터넷서비스 제공 업체는 데이터 때문에 귀중한 가치를 지니고 있으며 소비자의 온라인 행동은 개인 정보뿐만 아니라 많은 데이터를 제공 할 수 있다. 따라서 고유 한 블록체인 시스템 특성에 따라 서비스 제공 업체가 시스템의 보안을 제공하고 블록체인 시스템공동체에 공유할 수익을 제공하는 방법 (응용 프로그램 사용자)은 응용 프로그램 산업을 개선하고 온라인 사회에서 더 많은 혜택과 공정성을 얻는 법이다 . 학술적 층면에서, 우리의 논문은 제안 된 신뢰 모델이 분산 시스템을 블록체인 특성화하고 블록체인의 기밀성, 명성 및 가용성을 반영하는 방법을 포함하도록 확장한다.

Modeling Personal Data Disclosure on Blockchain-Based Service with the Conjoint Method of Blockchain Properties

고영인 포항공과대학교 일반대학원 2023 국내박사

Blockchain-empowered Wireless Networks: Modeling and Analysis

Sungho Lee DGIST 2023 국내박사

Addressing Centralization, Security and Performance Issues in Real-World Blockchain Systems

한종빈 서울대학교 대학원 2023 국내박사

A blockchain system is engineered to facilitate the execution of transactions in a consistent and dependable manner within an untrusted and decentralized environment. This innovative technology also enables the execution of various contracts without intermediary authorities, due to the capabilities of smart contracts embedded within the blockchain system. The blockchain system can permit the reliable execution of transactions because it distributes all data in a decentralized manner and provides trust through consensus mechanisms. Nevertheless, in the blockchain system, centralization issues exist. For example, there are problems such as the security vulnerability of the single signature wallet, the centralization issue in the external database when looking up the transaction history in the blockchain, and the centralization tendency of the miner (verifier) of the consensus algorithm. In this article, we concentrate on solving the centralization issues in blockchain. By addressing these centralization issues, we enhance the security and performance within the blockchain system. There are three key aspects: wallet security, the performance of transaction retrieval, and consensus algorithms. First, centralized single-signature schemes are insecure. To solve this, we introduce an efficient multi-signature wallet that enhances security, performance, storage efficiency, and privacy without altering the underlying blockchain protocol. By exploiting a threshold elliptic curve digital signature algorithm (T-ECDSA) and bloom filter in the transactions, the proposed wallet demonstrates improved verification performance and reduced transaction size and fee compared to existing wallets. Next, services using a centralized external database have to rely on their service and have issues with data authority. To solve this, we propose a new scheme to provide SQL query operations within each blockchain node to retrieve the history information of smart contracts and general transactions within the blockchain system. To do this, we combine an embedded relational database in an Ethereum-based blockchain system to provide the SQL query. It enables range query in blockchain without any user-defined data structure and decreases the management cost for the regular transaction without any external database. Lastly, consensus algorithms tend to be centralized depending on the amount of mining power or staking. To solve this, we propose the Proof of Double Committee (PoDC) consensus mechanism for more decentralization of a block proposer, preventing collusion, and improving performance. In the PoDC, validators are divided into two groups (i.e., standing and steering members), and a coordinator and steering members are randomly selected using double hashing and a Verifiable Random Function (VRF). This approach not only mitigates centralization issues associated with existing consensus algorithms but also can improve blockchain performance than other consensus algorithms, such as Proof of Work (PoW) and Tendermint. 블록체인 시스템은 신뢰할 수 없는 탈중앙화된 환경에서 안정적인 사용자 간의 자금 전송을 실현하며, 스마트 컨트랙트의 활용을 통해 중간 신뢰 기관 없이 다양한 계약을 체결할 수 있도록 하는 구조를 가지고 있다. 그러나, 블록체인의 확장성과 사용 증가에 따른 다양한 중앙 집중화 문제가 도출되고 있다. 특히, 단일 서명 지갑의 보안 취약성, 블록체인 거래 내역 조회 성능의 부재 및 외부 데이터베이스의 단일 지점 실패, 그리고 합의 알고리즘에서의 검증자 중앙화 경향 등이 주요 문제로 지적되고 있다. 이러한 이유로, 블록체인에서의 중앙화 문제를 극복하고 보안 강화와 성능을 향상시키는 것이 블록체인 시스템에서의 중요한 이슈로 부상하고 있다. 본 연구에서는 이 문제들을 극복하기 위해, 단일 서명 지갑의 보안 강화, 외부 데이터베이스 의존성 해결을 통한 거래 검색 성능 향상, 그리고 합의 알고리즘의 중앙화 이슈를 해결하는 측면에 초점을 맞춘다. 첫 번째로, 블록체인 단일 서명 지갑의 보안 취약성을 해결하기 위해, 임계 타원 곡선 전자 서명 알고리즘(T-ECDSA)과 블룸 필터를 결합한 효율적인 다중 서명 지갑을 제안한다. 이 지갑은 블록체인 프로토콜을 변경하지 않고도 기존 지갑에 비해 검증 성능을 향상시키고 트랜잭션 크기를 축소하는 효과를 가지고 있다. 두 번째로, 외부 데이터베이스를 사용하지 않고 블록체인의 검색 성능을 향상시키기 위해, 블록체인 시스템 내부에 SQL 질의 연산을 통합하는 메커니즘을 제안한다. 이 메커니즘을 통해 이더리움 기반 블록체인 시스템 내부에 관계형 데이터베이스를 임베딩함으로써, 외부 데이터베이스나 별도의 사용자 정의 데이터 구조 없이도 스마트 계약 및 일반 트랜잭션에 대한 범위 질의를 실행할 수 있다. 마지막으로, 블록체인의 합의에 있어서 중앙화 문제를 해결하기 위해, 검증자를 상임위원과 운영위원으로 분리하고 이중 해싱과 검증 가능한 랜덤 함수(VRF)를 이용하여 무작위로 검증자를 선출하는 이중 위원회 증명 (PoDC) 합의 메커니즘을 제안한다. 이는 기존의 작업 증명 (PoW) 및 텐더민트와 같은 합의 알고리즘에서 발생하는 중앙 집중화 문제를 완화하고, 고정된 검증인 숫자를 통해 블록체인의 성능을 향상시킨다. 따라서, 본 논문은 블록체인 시스템에서 중앙 집중화 문제를 해결하고, 전반적인 보안과 성능 최적화를 달성하는 새로운 접근 방식을 제안한다.

(A) Scoping Review on the Application of Blockchain During COVID-19 Pandemic: focusing on digital vaccination certificate

김예은 Graduate School, Yonsei University 2024 국내석사

This study involves a scoping review to look into the specific attributes of blockchain and to examine various cases where digital vaccination certificates have been implemented or proposed during the COVID-19 pandemic. After applying the eligibility criteria, 54 studies were deemed suitable for full-text review. Among these, 20 studies met the inclusion criteria for this scoping review. Studies in the form of journals were the most common and most studies were published in the 'Technology' category. The highest number of cases are found in Asia followed by Europe. The most common type and platform is public blockchain and Ethereum. Most of the studies utilize smart contracts. The included studies presented a summary of the blockchain technologies utilized in the proposed solutions. This study summarized the potential benefits and limitations of blockchain technology in digital vaccine certificates in response to COVID-19. Despite blockchain's benefits like decentralization and transparency, limitations in scalability, cost-effectiveness, and ethical considerations have hindered its widespread adoption. The study highlights the need for further research to address these challenges and suggests exploring the integration of other technologies and policies with blockchain. The aim is to provide a foundation for future research on the effective use of digital vaccine certificates in crises like the COVID-19 pandemic.