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
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。
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。
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。
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。
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
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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
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L2rDvL6WcXQbNi346yyHZm3D7tepE1ioCnL4wy9CPPWQ4qPDY54P(生成された個人キー)
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。
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。
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。
Claims (14)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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