JP6601828B2 - ブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システムおよび方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システムおよび方法に関する。
ＩｏＴ分野の応用が拡がりながら事物間、または事物器機間の通信保安の問題が重要な課題として台頭されている。ＩｏＴ分野の器機間の通信において、器機相互間に互いに相手を認識するための相互認証は無線周波数暗号化シンク/制御方式とブルートゥース（登録商標）方式とが主流をなしている。両方のいずれも特定の無線周波数帯域を使っているという点で次のような問題点が存在している。
ＩｏＴ分野および器機間の相互認証だけでなく、特定な事物、通信などの分野において、互いに相手の装置、器機、またはユーザを特定して認識し、認識された後に、通信の状況における保安状態を維持しなければならない場合、その通信手段は有線・無線通信、または有線・無線ネットワーク方式を使わなければならないが、一般的にはハッキング、権限離脱のような現象や問題点は根本的に解消することができない。
また、特定な周波数帯域を利用する方式の場合、一時的にまたは器機自体に割当を受けて、この周波数帯域の内で器機間の通信が行われ、相互器機間の特性によって制御データ自体を暗号化・復号化して使ったりする。結果的にこのような過程のため、制御速度においてタイムラグ（時間損失）が発生して誤作動することができるし、送信・受信距離が遠くなるほどこのようなエラーが易しく発生することができる。
また、特定な周波数帯域を使っているため、根本的に使われた周波数を通じるハッキングが可能である。即ち、特定の周波数帯域を悪意のユーザが他の器機を通じて干渉してキャッチされる場合、制御権がそのユーザに移ることを防ぐことができない。また、悪意がないとしても周波数の干渉による誤作動を完全に排除することができない。
一方、ブルートゥースを利用する無線方式の場合、第１に、ブルートゥースペアリング方式のＩｏＴ相互認証も無線チャンネル方式と類似の問題点を有している。特に、ブルートゥース信号は、送信・受信距離が無線方式に比べて相対的に非常に短くて、直進性が強くて広い空間や、１０メートル以上離れる場合には、相互認識が不可能であり、ブルートゥース２.０に比べて多く改善したとはいうが、まだブルートゥースは同一な装置らが同一の空間に複数以上存在している場合には、信号干渉が易しく発生する。第２に、ブルートゥースは、既存の無線周波数帯域を利用することより干渉が少なくて保安性能が高いと知られているが、実際では無線周波数帯域を利用することと似ている水準の問題点を有している。特に、ブルートゥースは短絡現象が起きた時に権限を横取りするパターンのハッキングが非常に易しくて、ペアリングコード自体を遠隔操作する方法で権限を獲得する方法もあまり難しくないように捜して見ることができる。従って、ある部分においては無線周波数帯域を利用することよりずっと保安に脆弱である。第３に、ブルートゥース方式の器機間の相互認証は無線周波数帯域を利用することより、より多い多量のデータを迅速に送ることができるというのに利点があって、今までは主に小型な音響器機やデジタル装置間の相互認証、認識方案として多く使われた。しかし、既存に使われた電子認証および電子保安の場合、最大２５６バイトを基準とする中央集中式の保安体系を維持しているのでハッキングに脆弱であり、システム運営と管理に莫大な費用が消耗している。上記で述べた既存の保安認証体系の問題のため新しい方式の電子認証および保安具現の代替技術が急激に台頭しており、これは特にフィンテック（Financial Information Technology）を中心とする次世代の金融産業分野において解決しなければならない基礎的な課題である。
一方、ＩｏＴ基盤の事物間の通信に関与する低電力通信網（LPWAN：Low Power Wide Area Network）では、通信費を軽減するために、主に非免許周波数帯域（License Free Frequency Band）であるISM（Industrial、Scientific、Medical）帯域を使う。この場合にもやはり通信保安が脆弱であるという点で応用分野を広げることに大きく制約がある実情である。
また、従来の事物間の通信管理システムは、基本的に中央サーバー中心に運営されるためサーバー管理費用が大きくなって消費者に大きい負担を与え、中央サーバーはハッキングの確かな目標地点になるのでハッキングの危険がいつも内在するだけでなく、ハッキングを防御するための負担と費用も大きくなるしかなくて、この部分でも消費者やサービス提供者の立場では大きい負担となる。
本発明は、このような従来の技術の問題点を解消するために、事物間、器機間の有線・無線通信システムにおいて通信保安およびハッキング問題の解消に有効なＩｏＴ基盤の事物の管理システムおよび方法を提供する。
上記の目的を達成するための本発明の第１様態は、複数の単位ノードが有線網および無線網の中で少なくとも一つに相互連結され、前記単位ノードの内で相互連結された事物らの動作のための命令の正当性を前記複数のノードらの間で相互認証確認するブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システムであって、 前記単位ノードは有線および無線の中で少なくとも一つに直接・間接的に相互連結されて、個別的にそれぞれ固有機能を行う複数の事物と、前記事物の動作履歴を記録したｎ（ｎ＝自然数）個の個別ブロックをチェーン形態に連携したｎブロックチェーンを含む一方、前記ｎブロックチェーンを基盤にして前記事物らのそれぞれに対して固有の公開キーと個人キーを生成して提供するコアを備え、前記複数の事物らの中で一つはコントローラーとして、前記コアが提供した前記事物らのそれぞれの固有の公開キーリストを有しており、前記固有の公開キーリストから選択された特定の公開キーに対応する事物に対して、自分の個人キーを結合した制御命令を伝達して動作を制御し、前記事物は前記制御命令に応じる応答信号を自分の個人キーと結合して前記コントローラーに送る一方、相応する動作を行い、前記個人キーを結合した制御命令および応答信号の中で少なくとも一つはｎ＋１番目ブロックにして、有効ｎ番目ブロックの暗号化ハッシュを含むブロックハッシュとして前記ノードに伝播され、前記有効ｎ番目ブロックは前記複数のノードによって事前に承認確認される。
望ましくは、前記コントローラーは、移動端末機またはコンピューターとか、マイクロプロセッサー、メモリーおよび制御プログラムを内蔵した独立モジュールであり、前記コアは、ノードの内に配置されるとか、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターに配置されて、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターの資源の中で一部を使いながら他のコアと有線または無線で連結が可能である。
望ましくは、前記ノードらの中で少なくとも一部は、前記伝播されたブロックハッシュに対して、自分たちが有しているｎブロックチェーンを基礎にして前記ブロックハッシュに対応するｎ＋１番目ブロックを承認する承認確認信号を相互間に他のノードらに提供して、前記事物において前記公開キーと個人キーが自動で周期的に更新される。
望ましくは、前記ノードらが提供する承認確認信号が特定回数に到逹すると、前記ブロックハッシュに対応するｎ＋１番目ブロックは前記ｎブロックチェーンに連結記録されてｎ＋１ブロックチェーンとして生成され、前記ｎ＋１ブロックチェーンは全てのノードらに伝播されて、前記ｎブロックチェーンがｎ＋１ブロックチェーンとして更新される。
望ましくは、前記制御命令および応答信号の中で少なくとも一つは、発行時間を含み、前記ブロックハッシュの生成は、前記コントローラーまたは事物が行う。
望ましくは、前記有線網はインターネットを含み、前記無線網は移動通信網およびLPWANの中で少なくとも一つを含む。
望ましくは、前記ノードは、家庭内または収容施設内の事物システムであって、各事物の動作履歴パターンを基礎にして家庭内の老弱者または肢体障害者の状態を把握する。
望ましくは、前記ノードは家庭内の事物システム、建物内の事物システム、農場内の事物システム、工場内の事物システム、物流事物システム、道路内の事物システム、山野内の事物システムの中でいずれかの一つであり、前記ノードの中で少なくとも一つは、ドローン、自動車、スマートファーム（smart palm）を事物として含む。
前記の目的を達成するための本発明の第２様態は、複数の単位ノードが有線網および無線網の中で少なくとも一つに連結され、前記単位ノードの内で相互連結された事物らの動作のための命令の正当性を前記複数のノードらの間で相互認証確認するブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システムを利用する事物の管理方法であって、ＩｏＴ基盤の事物の管理システムは、有線および無線の中で少なくとも一つに直接・間接的に相互連結されて、個別的にそれぞれ固有機能を行う複数の事物と、前記事物の動作履歴を記録したｎ（ｎ＝自然数）個の個別ブロックをチェーン形態に連携したｎブロックチェーンを含む一方、前記ｎブロックチェーンを基盤にして前記事物らのそれぞれに対して固有の公開キーと個人キーを生成して提供するコアと、前記複数の事物の動作を制御するコントローラーを備え、前記事物の管理方法は、前記コアが前記ｎブロックチェーンを基盤にして固有の公開キーおよび対応個人キーを生成して前記事物と前記コントローラーにそれぞれ個別的に割り当てる一方、前記固有の公開キーおよび対応個人キーリストを提供する段階と、前記コントローラーが制御命令を自分の個人キーと制御対象となる第１事物の公開キーを結合して前記第１事物に提供する段階と、前記第１事物が自分の個人キーで前記制御命令の正当性を確認して前記制御命令に応じる応答信号を自分の個人キーと結合して前記コントローラーに提供する一方、制御命令による動作を行う段階と、前記制御命令および前記応答信号の中で少なくとも一つをｎ＋１ブロックに対応するブロックハッシュとして生成して全てのノードに伝播する段階と、前記伝播されたブロックハッシュを前記各ノードで承認する段階と、前記ノードらの承認個数が特定値に到逹すると、ｎ＋１番目ブロックを前記ｎブロックチェーンに記録してｎ＋１ブロックチェーンを生成し、全てのノードらに伝播する段階を備える。
望ましくは、前記コントローラーは、移動端末機またはコンピューターとか、マイクロプロセッサー、メモリーおよび制御プログラムを内蔵した独立モジュールであり、前記コアは、ノードの内に配置されるとか、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターに配置されて、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターの資源の中で一部を使いながら他のコアと有線または無線で連結が可能である。
望ましくは、前記制御命令および応答信号の中で少なくとも一つは、発行時間を含み、前記ブロックハッシュの生成は、前記コントローラーまたは事物が行う。
望ましくは、前記有線網はインターネットを含み、前記無線網は移動通信網およびLPWANの中で少なくとも一つを含む。
望ましくは、前記ノードは、家庭内または収容施設内の事物システムであって、各事物の動作履歴パターンを基礎にして家庭内の老弱者または肢体障害者の状態を把握する。
望ましくは、前記ノードは家庭内の事物システム、建物内の事物システム、農場内の事物システム、工場内の事物システム、物流事物システム、道路内の事物システム、山野内の事物システムの中でいずれかの一つであり、前記ノードの中で少なくとも一つは、ドローン、自動車、スマートファームを事物として含む。
本発明によれば、事物間、器機間の有線・無線通信システムにおいて通信保安およびハッキング問題を良好に解消することができる。
本発明の一実施例としてブロックチェーン認証を利用するＩｏＴ基盤の事物の管理システムの全体的な構成を示した概路図である。 本発明の一実施例としてブロックチェーン認証の過程を図式的に示した図である。 本発明のブロックチェーン認証に関与するコアとコントローラーおよび管理サーバー間の構成および連結関係を示した概路図である。 本発明の一実施例としてＩｏＴ基盤の事物の管理方法を示したフローチャートである。
以下、本発明の望ましい実施例に対して添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例としてブロックチェーン認証を利用するＩｏＴ基盤の事物の管理システムの全体的な構成を示した概路図である。本発明の一実施例によるブロックチェーン認証を利用するＩｏＴ基盤の事物の管理システム（以下、"事物の管理システム"という。）は、複数の単位ノードND１、ND２、ND３、ND４がインターネット６００、移動通信網７００、低電力通信網（以下、"LPWAN"という。）５００、LPWAN５００に含まれまたは連携されるゲートウェー（GW）３００、４００などで相互連結されて成り、必要によって、アップデート、データ収集、最小限の管理などのための管理サーバー８００が含まれることができる。しかし、全体的な事物の管理システムは管理サーバー８００がなくてもノードND１、ND２、ND３、ND４の間で運営が可能になるように構成されることができる。全体的な単位ノード（以下、"ノード"または"単位ノード"を混用して使う。）の個数は、説明の便宜上で４個にして示されているがその数は無数に多く、特別に制限を置かない。
各ノードND１、ND２、ND３、ND４は関与する各構成要素らの規模や連結方式などで差があるが、基本的にブロックチェーンを含み、連結された事物に対して既存のブロックチェーンを基盤にして固有の公開キーと個人キーを生成して提供するコアC１０、C２０、C３０、C４０と、コアC１０、C２０、C３０、C４０を中心にして連結された事物Dと、事物に対して動作開始、動作中止、動作時間、動作形態などの制御命令を付与するコントローラーCT１０、CT２０、CT３０、CT４０を含んで成る。
図１を参照すれば、ノード（または、"第１ノード"を併用して使い、以下において他のノードの場合にも同一の規則を適用する。）ND１は、コア（または、"第１コア"を併用して使い、以下において他のコアにも同一の規則を適用する。）C１０を中心に３個の事物（または、"第１事物、第２事物、第３事物"を併用して使い、以下において他の事物にも同一の規則を適用する。）D１１、D１２、D１３が有線で連結され、コントローラー（または、"第１コントローラー"を併用して使い、以下において他のコントローラーにも同一の規則を適用する。）CT１０は、移動端末機MTで構成されており、ワイファイ/ブルートゥース網１００とインターネット６００を経由してコアC１０に連結される方式になっている。ここで移動端末機MTまたはMTCT１０は、例えばスマートホン、アイホンなどの携帯が可能でありデータ通信が可能な全ての通信手段をいう。従って、第１ノードND１の場合、遠距離でもインターネット６００に接続されることができる環境なら移動端末機MTを介して遠隔で希望している事物D１１、D１２、D１３の動作を制御することができる。第１ノードND１は、インターネットが連結され、事物らが有線で連結されやすい環境である家庭や、一般建物内の事物の管理で使われやすい例であり、ここで事物D１１、D１２、D１３は家庭の場合、例えばガスオン・オフバルブ、電熱器、冷暖房器具、電燈、ドアーラック、一般的な家電製品などを挙げることができ、建物の場合、一般的な家電製品代わり、一般的な事務用装置などが含まれることができる。
第２ノードND２は、コアC２０を中心に２個の事物D２１、D２２が有線で連結され、他の事物D２３は、ワイファイ/ブルートゥース網２００を介して無線で連結されており、コントローラーCT２０は、移動端末機MTとして移動通信網７００を介して無線でコアC２０に連結されている。第２ノードND２も一般的な家庭や建物に適用することができ、特に近距離無線網であるワイファイ/ブルートゥース網２００を介して一つの事物D２３が無線で連結されているので、この場合は有線で連結が不便とか有線の面倒な点を取り除こうとする事物、例えばノートブック、無線制御式の事務用品などに適用することができる。なお、第２ノードND２の場合は、インターネット網が連結されることができない場所にコントローラCT２０が存在している時に適用するのにちょうど良い。
第３ノードND３はいわゆる低電力通信網であるLPWAN（Low Power Wide Area Network）５００と、LPWAN５００の延長線と言えるゲートウェー３００を介してコアC３０、コントローラーCT３０、事物D３１、D３２、D３３が全て無線で相互連結された構造を示している。LPWAN５００は都心の場合は２Kmまで近距離通信が可能であり、山野や農村の場合は１００Km以上の距離でも近距離で通信が可能であるので非常に有用に使われることができる。特に、非免許周波数帯域（License Free Frequency Band）であるISM（Industrial、Scientific、Medical）帯域を使うことができるので、通信費が安く、電波浸透性が非常に高く、低電力通信が可能であるので、農村や山野にセンサーを長期間（例えば、１年乃至５年など）に使ってもセンサーモジュールのバッテリー消耗の心配がない。これに伴って、大きい建物や大きい建物間の通信、山野や平地の長距離環境で環境関連のデータを収集して統制するのに使うことができるので、農村、中小大規模工場、大型研究団地、軍事施設などに使うことに適合している。また、コアC３０、コントローラーCT３０、事物D３１、D３２、D３３が全てブロックチェーン認証で信頼性のある無線通信が可能であるので、構成、配置、事物の種類にほとんど制約がなくて応用分野が非常に広い。LPWAN５００の具体的な例ではアメリカのLoRaWAN（登録商標）、ヨーロッパのSigfox（登録商標）とその他にもオープン網としてのWeightless（登録商標）、次世代LTE網などを挙げることができる。
第４ノードND４も第３ノードND３と基本的に同一の構造であるが、コントローラーCT４０がインターネット６００に直接連結された、例えばコンピューターなどのPCで使われ、コアC４０がコントローラーCT４０に共に連結されるとか一体になっているという点で互いに異なっている。この場合にはコントローラーCT４０が大きい負荷を要しながら統制主体（ユーザ）がある室内に位置し、統制対象である事物D４１、D４２、D４３は野原や広い場所にわたって分布する場合に適切に適用することができる。例えば、野戦で活動する場所には事物D４１、D４２、D４３を置く、領内の室内には統制室を置く軍部隊環境や、大型工場、収容施設などで運営するのに適合している。
第１ノード乃至第４ノードでは、説明の便宜上、それぞれ一定な個数のコア、コントローラー、事物を例示しているが、その数には特別な制限がない。例えば、広い環境では複数のコアと複数のコントローラーを使うこともできる。
次に、本発明に適用されるブロックチェーン認証の構造に対して説明する。
図２は本発明の一実施例としてブロックチェーン認証の過程を図式的に示した図であり、ブロックチェーン認証の過程を第１コアC１０を中心に説明する。
（１）第１コアC１０が連結されたコントローラーCT１０と第１事物D１１、第２事物D１２、第３事物D１３とに対して、既存のブロックチェーン（自然数ｎ個のブロックで連結されたチェーン、"nブロックチェーン"という。）を使って、それぞれ公開キーと個人キーを生成して提供する。生成された公開キーと個人キーは、実質的にはコントローラーと事物らのそれぞれに設置された貯蔵部（例えば、チップまたはMPU形態のマイクロプロセッサーのメモリー部に該当する。図３においてコントローラーCTと事物Dの貯蔵部を参照する。）に不揮発性の形態に移植されることもできて、また必要によっては周期的に新しく生成されて入れ替えされるように提供されることもできる。
第１コアC１０が公開キーと個人キーペアーを生成する一例は次のようである。
―新しい公開キー生成
bitcoin-cli getnewaddress
1K3QKCeb9ZGzSpwhgymwu9SCTCGtgd4M1d（生成された公開キー）
―生成された公開キーを利用してペアーをなす個人キーを生成
bitcoin-cli dumpprivkey"1K3QKCeb9ZGzSpwhgymwu9SCTCGtgd4M1d"
L2rDvL6WcXQbNi346yyHZm3D7tepE1ioCnL4wy9CPPWQ4qPDY54P（生成された個人キー）
（２）コントローラーCT１０にウォレット（wallet）機能をするアプリケーションを含み、設置されたアプリケーションは各事物D１１、D１２、D１３の公開キーを有している。
コントローラーCT１０から、例えば、第１事物D１１に対して特定動作を命令するために制御命令と第１事物D１１の公開キーとを伝送する。
（３）第１事物D１１は伝送を受けた公開キーと自分が有している個人キーを比べて、正常な値である場合、該当の命令を行い、コントローラーCT１０の制御命令と応答動作の過程で生成されたハッシュ（ブロックハッシュ）を新しいｎ＋１番目ブロックにしてｎ個のブロックが連結されるｎブロックチェーンに記録する。ここでのブロックハッシュは以前の有効ブロック（即ち、ｎ番目ブロック）の暗号化ハッシュを含む。
（４）プールPLでは決まった難易度によって目標値を捜し、ブロックハッシュが見つけられる場合、全てのノード（具体的にはノードのコアC１０、C２０、C３０、C４０）に新しいブロックハッシュが見つけられたことを伝播する。ここでプールPLは決まったノードのグループであることもでき、管理サーバー８００の構成要素からなることもできる。この場合、管理サーバー８００の次元でブロックハッシュの正当性を判別して各ノードに伝達し、各ノードは自動でブロックハッシュを承認する形態で行われることもできる。
（５）各コアC１０、C２０、C３０、C４０は該当値の真偽の可否を以前ｎ番目ブロックで判別して確認を行う。
（６）ノードの確認が決まった回数に到逹すれば（例えば、システムに含まれる全てのノードの中で５回の承認などで承認回数を決めることができる。）、コントローラーCT１０と第１事物D１１との間で発生した制御命令と回答動作の信号をｎ＋１番目ブロックに記録し、該当のｎ＋１番目ブロックをｎブロックチェーンに記録する。
（７）データ収集サーバー（DGS：Dater Gathering Server）は、各ノードにRPCで接続して必要な情報を収集する機能を行い、アルゴリズム形態のプログラムで各ノードに形成された構成要素であるとか、管理サーバー８００のデータ収集部S１（図３参照）の形態で構成されることもできる。
一方、コントローラーと事物間の認証の方式は同一であるのでコントローラーCT１０の制御命令のみを基盤にしてブロックチェーン認証の方式を適用することもできる。また、ブロックチェーン認証はコントローラーのみを認証しても保安には問題がないので（即ち、事物らはコントローラーの制御命令がなければ反応をしないので）、コントローラーだけのブロック認証の方式も処理負担を減らすことができて望ましい。
また、各事物は自分の公開キーおよび個人キーが周期的に自動で更新されるとか、ユーザの必要によって新しく更新されることもできる。即ち、公開キーおよび個人キーを貯蔵するメモリーは、EPROM、S-RAMなどで読み出し・書き込みが同時に可能な不揮発性メモリーで構成することができる。このように構成する場合には、その更新の記録がブロックチェーンに更新される度に追加されることが望ましく、これによって、より一層に外部のハッキングや操作、インタラプトなどが不可能になる。このように事物に対して周期的に個人キーと公開キーが更新されるとか、これがブロックチェーンにまた反映される方式は、ビットコインのブロックチェーン認証ではない本発明の独創的な認証の方式である。
一方、ｎ＋１ブロックチェーンは、少なくともシステムの全体ノードの中で有効ノード個数によって正当なものとして承認を受けたブロックチェーンなので、以後にまたｎ+２ブロックとして表現されるハッシュブロックを生成する時の正当性の判断基準となることができる。図２の過程の場合、同一の制御命令または応答信号を連鎖的に発生させたことは、第１コントローラーまたは第１事物の外に存在していることができなく、第１コントローラーの正当性を害しようとすれば、過去の全てのブロックのハッシュ暗号を解読して操作しなければならないので、これはあまりにも多い時間が掛かるので現実性がない。
次に、コアCとコントローラーCTと管理サーバー８００の構造および関係について説明する。
図３は本発明のブロックチェーン認証に関与するコアとコントローラーおよび管理サーバー間の構成および連結関係を示した概路図である。
先ず、各ノードNDが含むコアCは、基本的に該当のノードのコントローラーCTと事物Dの動作履歴を示すブロックチェーンと、他のノードのコントローラーCTと事物Dの動作履歴を共同で保管、管理、更新するブロックチェーン部C１、ノードNDの内のコントローラーCTと事物Dの個人キーと公開キーを生成するキー生成部C２、コアCの動作プログラムおよび動作メモリーを含むコア側の貯蔵部C３、ブロックハッシュの承認可否判断、各構成の制御のためのコア側の制御部C４、他の構成要素との通信のための有線・無線リンク部C５、単位ノードの内に含まれる事物およびコントローラーの機能特性、制御特性を登録する事物登録部C６を含むことができる。
コントローラーCTは、CPU、またはMPUを有して自主的に独立されたアプリケーションプログラムで動作しながら事物Dに対して動作、制御命令を行うことができ、コアCと連携して他のノードらとも有線・無線通信の可能なスマートホンなどの移動端末機と、PCなどのコンピューター、またはユーザインターフェースを有している有線式または無線式の移動または固定コントローラーを意味する。そして、位置は家や建物のようなノード区域内であるとか、野外に存在してどんな形態でもノードと通信が可能ならば良い。
コントローラーCTは、事物と同様に基本的に自分の個人キーと公開キー、および他の事物の公開キーリストを有するキー管理部CT１を有しているので、ノードの内の事物に対して制御命令を下すことができる。同様に事物もコントローラーCTに対して、自分の応答信号を伝送することができる。その外のコントローラーCTの構成要素としては、事物の動作種類（動作開始、動作停止、動作時間、動作強度、現在状態の情報提供（例えば、バッテリーの状態、熱、動作速度などのデータ提供など））を選択することができる動作選択部（または、ユーザインターフェース、またはアプリケーションの形態としてユーザが事物の動作を選択するようにする機能をする。）CT２、コントローラーCTの作動プログラムと各種データを貯蔵する貯蔵部CT３、暗号化のためのハッシュ生成部CT４、コントローラー内の各構成要素を制御するとか貯蔵部CT３からのデータを分析判断する機能をするCT側の制御部CT５、他の外部との通信連携のための有線・無線リンク部CT６を含む。有線・無線リンク部CT６は、インターネット、移動通信、LPWANなどをそのコントローラーのハードウェアおよびアプリケーションプログラム（アプリケーション）によって適切に決めることができる。
事物Dは、基本的にコントローラーと機能が同様であるが、パラメーター部D２がコントローラーの動作選択部CT２と異なっており、パラメーター部D２はセンサーからの事物の有効データを収集するとか事物の動作特性を示すパラメーターを事物D側の制御部やコントローラーCTに提供して判断および分析の資料で活用するようにする機能をする。
コントローラーCTや事物D全ては、例えば、MPUまたはプロセッサCPUとメモリー、I/O、有線・無線部を含む独立されたワンチッププロセッサ形態で構成されることもできる。しかし、コントローラーCTは、移動端末機やPCなどで構成されることもできるので、この場合はアプリケーションプログラム形態でユーザインターフェース機能をするソフトウェアを中心に構成され、ハードウェア資源は、移動端末機やPCを利用することもできる。
管理サーバー８００は、事物の管理システム内で発生する各種データを収集するデータ収集部S１と、システムの各種データを管理するデータベースS２、そしてアップデート、システム運営、料金請求などのためのシステム管理部S４を含んでなる。しかし、事物の管理システムの重要な動作は、自主的に作動するように運営され、データ収集部S１もシステム自体に存在しているそれぞれのノードに分散させて機能することもできる。即ち、本発明の管理サーバー８００は、事物の管理システムを積極的に統制管理する概念ではなく、補助的な概念で最小限の管理のための目的で存在している。即ち、管理サーバー８００がいなくても実質的に事物の管理システムは自ら作動するように構成されることができる。
図３において通信線COML１、COML２、COML３、COML４は有線、無線、近距離、長距離の中でいずれも含まれることができる。
次に、図４を参照して本発明の全体的なシステムの動作を説明する。
図４は本発明の一実施例としてＩｏＴ基盤の事物の管理システムを利用したＩｏＴ事物の管理方法を示したフローチャートである。図２の第１コアC１０、第１事物D１１、第１コントローラーCT１０を中心に説明する。
ステップS１：コアC１０が、既存のブロックチェーンを基盤にして相互認証された公開キーと個人キーをペアーで形成して各事物D１１、D１２、D１３およびコントローラーCT１０に割り当てる。ここで割り当てという意味は、事物とコントローラーの貯蔵部に移植するとか、事物とコントローラーに既に存在している公開キーと個人キーのペアーを新しく更新することを言う。
ステップS２：コントローラーC１０が制御命令を自分の個人キーと第１事物D１１の公開キーと結合して第１事物に提供する。この場合、有効ｎ番目ブロックの暗号化ハッシュを含む。ｎ番目の暗号化ハッシュは、以前までの正当性が認められたブロックであり、コントローラーC１０の一貫性をさらに証明する。
ステップS３：第１事物D１１は、自分の個人キーを通じて制御命令の正当性を確認する。しかし、正当性が確認されなければ動作を終了する。
ステップS４：正当性が確認された場合、第１事物D１１は制御命令による動作を行い、制御命令および応答信号をｎ＋１番目ブロックに対応するブロックハッシュとして生成する。この場合、ブロックハッシュの生成はコントローラーC１０が行うこともできる。一般的に、コントローラーがブロックハッシュを生成する場合には、低電力通信網（LPWAN：Low Power Wide Area Network）で一層に有利である。即ち、LPWANは、有線電波が力強に深く、そして遠く進行することができるという点と、通信に電力が少なく消耗するという点で、事物装置がセンサー装置としてデータ収集に使われる時が多くある。ところが、データ収集装置として事物が使われる場合、山野や人が近付きにくい場所に設置され、長期間に亘って置かなければならなく、有線で電力供給が難しいので、バッテリーを不可避に使わなければならない。このため、事物装置は低電力消耗型でなければ、１年乃至５年位の長期間の使用が不可能である。従って、事物装置に対しては電力消耗が少ない運営方式を希望しているので、可能な要求動作を電力供給が円滑にできる他の装置に移管することが重要である。このような点で第１事物D１１よりはコントローラーC１０がブロックハッシュを生成するのが有利な場合が多くあるといえる。
ステップS５：ステップS４でコントローラーCT１０または第１事物DがブロックハッシュをプールPLから見つける。
ステップS６：ブロックハッシュはプールPLから他のノードに伝播されることもでき、コントローラーCT１０がコアC１０を通じて他のノードに伝播することもでき、まさに管理サーバー８００のデータ収集部S１を通じてブロックハッシュを収集して全てのノードまたはプールPLに伝播することもできる。そうすると、一定ノードの中で特定ノードが暗号を解読してブロックハッシュをｎ＋１ブロックハッシュとして認めて、全てのノードに新しいｎ＋１ブロックハッシュを伝播する。
ステップS７、S８、S９：各ノードがブロックハッシュをｎ＋１ブロックに承認し（S７）、確認ノードが所定個数に到逹すれば（S８）、管理サーバー８００が、ｎ＋１ブロックをｎブロックチェーンに記録してｎ＋１ブロックチェーンを生成し、また全てのノードに伝播しながらｎ＋１ブロックチェーンの生成過程を終え（S９）、ステップS１から新しくｎ＋１ブロックチェーンを基盤にする公開キーと個人キーサングを生成しながら新しい過程を行う。
本実施の形態によれば、以下の効果がある。
第１に、ブロックチェーン相互認証の方式の最大の特徴の中で一つはすぐ事前に発行、生成させて登録したブロックチェーンアドレスを偽造、変造することができないという部分にある。即ち、器機とユーザ間、器機と器機間のブロックチェーンアドレスを利用して相互認証する場合、これを外部から問い合わせをすることはできるが、ブロックチェーン相互認証技術によって相互承認されたアドレスを有していない限りでは、偽造、変造ができなく、これを取得するための権限を獲得することができない。このような点でビットコインブロックチェーンの認証技法を変形して事物間の通信に適合するようにした新規ブロックチェーン認証の方式を利用するので、特定の機能をする事物や事物の管理システムに対して認証された統制者の他にはどんな場合にも統制権を掌握することができない。従って、悪意の操作者に対する保安負担問題および保安警備問題を根本的に解消することができる。
第２に、事物の管理システムに関する保安を低い費用で確固にできるので、家庭、農場、工場、金融、企業だけでなく、もっと保安が必要な官公署、野戦や軍事施設内の軍事関連システムにも事物の管理システムを幅広く適用することができる。
第３に、ブロックチェーン認証を利用するＩｏＴ事物の管理システムおよび方法は、基本的に分散管理システムを前提にするので、全体システムを集中的に管理しなければならない大きい負荷を持つ中央サーバーを要求しない。従って、中央サーバーの構築費用と管理費用が少なくてハッキングの対象になる一般中央サーバーが存在しないので、このような点でもハッキングの負担を減らすことができる。万一、全体システムのアップデートや一部分散システムの機能を効率的に管理するための特別機能サーバーが存在しても基本的に大きい負荷のかかる事は、分散システムで処理されるので特別機能サーバーの規模や管理費用も少なくて、ハッキングにあっても一般中央サーバーのような損傷を受けない。
第４に、ブロックチェーンシステムにおいて適用する公開キーと個人キー結合方式で通信が行われるので、情報提供者と受信者の間の連結をはっきり保障することができ、通信短絡が発生しても本来の通信状態をはっきり回復することができて、通信障害の軽減と共に全体的に信頼性のある事物間の通信システムを駆逐することができる。
以上のように本発明の望ましい実施例について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されなく、例えば、ステップS９で管理サーバー８００の代わりに特定ノード（最初に算術暗号を解読したノード）がｎ＋１ブロックチェーンを記録または生成して伝播することもできる。この場合、特別に管理サーバー８００の関与がなくてもっと望ましいといえる。また、本発明は家庭や、建物、研究所、農場、工場、軍部隊だけでなく、独居の年寄りまたは一人で生活する生活保護対象者、または生活の監視が必要な人の孤独死を防止するシステムにも適用することができる。この場合、各家庭や収容施設などに電気、水道、ガス、TV、冷蔵庫などの生活家電および基礎ライフパイプライン測定装置を設置して、これを管轄公共機関の担当者または各地域保健所、医療機関などでデータを収集してモニタリングする過程において悪意の通信侵入者の浸透を根本的に防止することができる方法を提供することができる。
１００，２００…ワイファイ/ブルートゥース網、３００，４００…ゲートウェー（GW）、５００…低電力通信網（LPWAN：Low Power Wide Area Network）、６００…インターネット、７００…移動通信網、８００…管理サーバー、BL１，BL２，BL３，BL４…承認確認線、C１…ブロックチェーン部、C２…キー生成部、C３…コア側の貯蔵部、C４…コア側の制御部、C５…有無線リンク部、C６…事物登録部、C１０〜C４０…コア、COML１，COML２，COML３，COML４…通信線、CT１…キー管理部、CT２…動作選択部、CT３…貯蔵部、CT４…ハッシュ生成部、CT５…CT側の制御部、CT６…有無線リンク部、CT１０〜CT４０…コントローラー、D１…キー管理部、D２…パラメーター部、D３…貯蔵部、D４…ハッシュ生成部、D５…CT側の制御部、D６…有無線リンク部、D１１〜D４３…事物、DGS…データ収集サーバー、MT…移動端末機、S１…データ収集部、S２…データベース、S３…有無線リンク部、S４…システム管理部

Claims (14)

  1. 複数の単位ノードが有線網および無線網の中で少なくとも一つに相互連結され、前記単位ノードの内で相互連結された予め定められた複数の事物らの動作のための命令の正当性を前記複数の単位ノードらの間で相互認証確認するブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システムであって、
    前記単位ノードは、
    有線および無線の中で少なくとも一つに直接・間接的に相互連結されて、個別的にそれぞれ固有機能を行う前記予め定められた複数の事物と、
    前記予め定められた複数の事物および前記単位ノードでない他の単位ノードが備える事物の動作履歴を記録したｎ（ｎ＝自然数）個の個別ブロックをチェーン形態に連携したｎブロックチェーンを含む一方、前記ｎブロックチェーンに含まれるデータを用いて、前記予め定められた複数の事物らのそれぞれに対して固有の公開キーと個人キーを生成して提供するコアとを備え、
    前記予め定められた複数の事物らの中で一つはコントローラーとして、前記コアが提供した前記予め定められた複数の事物らのそれぞれの固有の公開キーリストを有しており、前記固有の公開キーリストから選択された特定の公開キーに対応する事物に対して、自分の個人キーを結合した制御命令を伝達して動作を制御し、前記制御命令を伝達された事物は、前記制御命令に応じる応答信号を自分の個人キーと結合して前記コントローラーに送る一方、相応する動作を行い、
    前記個人キーを結合した制御命令および応答信号の中で少なくとも一つはｎ＋１番目ブロックにして、有効ｎ番目ブロックの暗号化ハッシュを含むブロックハッシュとして前記複数の単位ノードに伝播され、前記有効ｎ番目ブロックは前記複数の単位ノード中の少なくとも一部の単位ノードによって事前に承認確認されたことを特徴とするブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  2. 前記コントローラーは、移動端末機またはコンピューターとか、マイクロプロセッサー、メモリーおよび制御プログラムを内蔵した独立モジュールであり、前記コアは、前記単位ノードの内に配置されるとか、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターに配置されて、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターの資源の中で一部を使いながら他のコアと有線または無線に連結可能なことを特徴とする請求項１に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  3. 前記複数の単位ノードらの中で少なくとも一部の単位ノードは、前記伝播されたブロックハッシュに対して、自分たちが有しているｎブロックチェーンを基礎にして前記ブロックハッシュに対応するｎ＋１番目ブロックを承認する承認確認信号を相互間に他の単位ノードらに提供して、前記少なくとも一部の単位ノードが備える事物において前記公開キーと前記個人キーが自動で周期的に更新されることを特徴とする請求項２に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  4. 前記複数の単位ノードらが提供する承認確認信号が特定回数に到逹すると、前記ブロックハッシュに対応するｎ＋１番目ブロックは前記ｎブロックチェーンに連結記録されてｎ＋１ブロックチェーンとして生成され、前記ｎ＋１ブロックチェーンは前記複数の単位ノードらに伝播されて、前記ｎブロックチェーンがｎ＋１ブロックチェーンとして更新されることを特徴とする請求項３に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  5. 前記制御命令および応答信号の中で少なくとも一つは、発行時間を含み、前記ブロックハッシュの生成は、前記コントローラー、または、前記制御命令を伝達された事物が行うことを特徴とする請求項４に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  6. 前記有線網はインターネットを含み、前記無線網は移動通信網およびLPWANの中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  7. 前記複数の単位ノードは、家庭内または収容施設内の事物システムであって、各事物の動作履歴パターンを基礎にして家庭内の老弱者または肢体障害者の状態を把握することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つの項に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  8. 前記複数の単位ノードは家庭内の事物システム、建物内の事物システム、農場内の事物システム、工場内の事物システム、物流事物システム、道路内の事物システム、山野内の事物システムの中でいずれかの一つであり、前記複数の単位ノードの中で少なくとも一つは、ドローン、自動車、スマートファームを事物として含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つの項に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システム。
  9. 複数の単位ノードが有線網および無線網の中で少なくとも一つに連結され、前記単位ノードの内で相互連結された予め定められた複数の事物らの動作のための命令の正当性を前記複数の単位ノードらの間で相互認証確認するブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理システムを利用する事物の管理方法であって、
    前記単位ノードは、有線および無線の中で少なくとも一つに直接・間接的に相互連結されて、個別的にそれぞれ固有機能を行う前記予め定められた複数の事物と、前記予め定められた複数の事物および前記単位ノードでない他の単位ノードが備える事物の動作履歴を記録したｎ（ｎ＝自然数）個の個別ブロックをチェーン形態に連携したｎブロックチェーンを含む一方、前記ｎブロックチェーンに含まれるデータを用いて、前記予め定められた複数の事物らのそれぞれに対して固有の公開キーと個人キーを生成して提供するコアと、前記予め定められた複数の事物の動作を制御するコントローラーとを備え、
    前記事物の管理方法は、
    前記コアが前記ｎブロックチェーンに含まれるデータを用いて固有の公開キーおよび個人キーを生成して前記予め定められた複数の事物と前記コントローラーにそれぞれ個別的に割り当てる一方、前記コントローラーに対して前記予め定められた複数の事物のそれぞれの固有の公開キーリストを提供する段階と、
    前記コントローラーが制御命令を自分の個人キーと制御対象となる第１事物の公開キーとを結合して前記第１事物に提供する段階と、
    前記第１事物が自分の個人キーで前記制御命令の正当性を確認して前記制御命令に応じる応答信号を自分の個人キーと結合して前記コントローラーに提供する一方、制御命令による動作を行う段階と、
    前記コントローラーまたは前記第１事物が、前記制御命令および前記応答信号の中で少なくとも一つをｎ＋１ブロックに対応するブロックハッシュとして生成して前記複数の単位ノードに伝播する段階と、
    前記伝播されたブロックハッシュを前記各単位ノードで承認する段階と、
    前記複数の単位ノードの中の特定の単位ノードの事物、コントローラー、またはコアが、前記複数の単位ノードらの承認個数が特定値に到逹すると、ｎ＋１番目ブロックを前記ｎブロックチェーンに記録してｎ＋１ブロックチェーンを生成し、前記複数の単位ノードらに伝播する段階を備えることを特徴とするブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理方法。
  10. 前記コントローラーは、移動端末機またはコンピューターとか、マイクロプロセッサー、メモリーおよび制御プログラムを内蔵した独立モジュールであり、前記コアは、前記単位ノードの内に配置されるとか、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターに配置されて、前記コントローラー、または前記移動端末機または前記コンピューターの資源の中で一部を使いながら他のコアと有線または無線に連結可能なことを特徴とする請求項９に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理方法。
  11. 前記制御命令および応答信号の中で少なくとも一つは、発行時間を含み、前記ブロックハッシュの生成は、前記コントローラーまたは前記第１事物が行うことを特徴とする請求項１０に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理方法。
  12. 前記有線網はインターネットを含み、前記無線網は移動通信網およびLPWANの中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項９に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理方法。
  13. 前記複数の単位ノードは、家庭内または収容施設内の事物システムであって、 各事物の動作履歴パターンを基礎にして家庭内の老弱者または肢体障害者の状態を把握することを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一つの項に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理方法。
  14. 前記複数の単位ノードは家庭内の事物システム、建物内の事物システム、農場内の事物システム、工場内の事物システム、物流事物システム、道路内の事物システム、山野内の事物システムの中でいずれかの一つであり、前記複数の単位ノードの中で少なくとも一つは、ドローン、自動車、スマートファームを事物として含むことを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一つの項に記載のブロックチェーン認証を利用したＩｏＴ基盤の事物の管理方法。
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