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ブロックチェーンでモバイルヘルスアプリケーションをGPUコンピューティングによる高速化
Published at 2023/01/12 06:30:43 (JST)
Blockchain For Mobile Health Applications: Acceleration With GPU Computing
ブロックチェーンは、線形にリンクされた分散型の非常に堅牢なデータ構造です。元々はBitcoinの分散スタックの一部として提案されましたが、多くの分野で応用され、特にスマートコントラクト、ソーシャルメディア、安全なIoT、暗号通貨マイニングに利用されています。これは、強く暗号化されたデータを広く冗長なセグメントで配布することにより、データの完全性を確保します。各新規挿入は、ブロックチェーンのユーザーの大多数による検証および承認を必要とします。暗号化と検証はどちらも計算負荷の高いタスクであり、通常の市販のCPUでは解決できない。このため、安全な分散通信・協調プロトコルに科学的な関心が集まっています。モバイルヘルスアプリケーションは徐々に普及しており、特定の状態をタイムリーに診断できるという大きな利点がある。しかし、モバイルヘルスアプリケーションは、デフォルトで非常に機密性の高い個人データにアクセスできるため、プライバシーに関する懸念が提起されている。本章では、プライバシーを強化するために、ブロックチェーンをモバイルヘルスアプリケーションにどのように適用できるかを簡潔に示す。
Blockchain is a linearly linked, distributed, and very robust data structure.Originally proposed as part of the Bitcoin distributed stack, it found a numberof applications in a number of fields, most notably in smart contracts, socialmedia, secure IoT, and cryptocurrency mining. It ensures data integrity bydistributing strongly encrypted data in widely redundant segments. Each newinsertion requires verification and approval by the majority of the users ofthe blockchain. Both encryption and verification are computationally intensivetasks which cannot be solved with ordinary off-the-shelf CPUs. This hasresulted in a renewed scientific interest in secure distributed communicationand coordination protocols. Mobile health applications are growingprogressively popular and have the enormous advantage of timely diagnosis ofcertain conditions. However, privacy concerns have been raised as mobile healthapplication by default have access to highly sensitive personal data. Thischapter presents concisely how blockchain can be applied to mobile healthapplications in order to enhance privacy.
ブロックチェーンを最適化する方法とは？マルチレベルのレコメンデーションアプローチ
Published at 2023/01/12 05:59:51 (JST)
How To Optimize My Blockchain? A Multi-Level Recommendation Approach
新しいブロックチェーンアーキテクチャの構想は別として、文献にある既存のブロックチェーン最適化は、主に一般的なブロックチェーン内のシステム序列指向の最適化に焦点を合わせています。しかし、ブロックチェーンは組織統治からスマートな契約設計に至るまで複数の側面を扱うため、すべての最適化の機会を考慮するためには、与えられたブロックチェーンシステムのすべての異なるレイヤーを包含する全体的なアプローチが必要である。そこで、ブロックチェーン内の最適化機会をシステム、データ、ユーザーの各レベルで特定するマルチレベル最適化推奨アプローチを定義しています。ブロックチェーンのログから複数の指標と属性を導き出し、9つの最適化勧告を定式化する。これらの概念に基づき、自動最適化勧告ツールBlockOptRを実装する。このシステムは、複数の実世界シナリオをカバーする広範なワークロードで広範囲に評価されています。推奨される最適化を実施した結果、トランザクションの成功率が平均20%、レイテンシーが平均40%改善されることが確認された。
Aside from the conception of new blockchain architectures, existingblockchain optimizations in the literature primarily focus on system ordata-oriented optimizations within prevailing blockchains. However, sinceblockchains handle multiple aspects ranging from organizational governance tosmart contract design, a holistic approach that encompasses all the differentlayers of a given blockchain system is required to ensure that all optimizationopportunities are taken into consideration. In this vein, we define amulti-level optimization recommendation approach that identifies optimizationopportunities within a blockchain at the system, data, and user level. Multiplemetrics and attributes are derived from a blockchain log and nine optimizationrecommendations are formalized. We implement an automated optimizationrecommendation tool, BlockOptR, based on these concepts. The system isextensively evaluated with a wide range of workloads covering multiplereal-world scenarios. After implementing the recommended optimizations, weobserve an average of 20% improvement in the success rate of transactions andan average of 40% improvement in latency.
予測型ヘルスケアにおけるウェアラブルのためのFederated Learningとブロックチェーン対応Fog-IoTプラットフォーム
Published at 2023/01/12 00:16:44 (JST)
Federated Learning and Blockchain-enabled Fog-IoT Platform for Wearables in Predictive Healthcare
近年、ヘルスケアサービスにおいて、ウェアラブルなIoTデバイスの普及と利用が進んでいます。このようなデバイスの使用から恩恵を受けるサービスの中には、eヘルスにおける早期診断を向上させることができる予測分析があります。しかし、ウェアラブルIoTデバイスの制約により、データプライバシー、サービスインテグリティ、ネットワーク構造の適応性などの課題が発生しています。これらの懸念に対処するため、我々はafog-IoTネットワーク内で連合学習とプライベートブロックチェーン技術を使用したプラットフォームを提案します。これらの技術は、ネットワーク内のデータを保護するプライバシー保護機能を備えています。フォグIoTネットワークの分散構造を利用し、ウェアラブルIoTデバイスのための適応型ネットワークを構築した。提案するプラットフォームが分類器の完全性を保持する能力を検証するために、テストベッドを設計しました。実験結果によれば、提案プラットフォームは、患者のプライバシーと予測サービスの完全性を効果的に保持することができることが確認されました。さらに、IoTネットワークのセキュリティと適応性に他の技術がどのように寄与するかを調査しました。全体として、分析、シミュレーション、実験を通して、予測医療におけるウェアラブルIoTデバイスのセキュリティとプライバシーの重要な課題に取り組む上で、我々のプラットフォームが実現可能であることが証明されました。
Over the years, the popularity and usage of wearable Internet of Things (IoT)devices in several healthcare services are increased. Among the services thatbenefit from the usage of such devices is predictive analysis, which canimprove early diagnosis in e-health. However, due to the limitations ofwearable IoT devices, challenges in data privacy, service integrity, andnetwork structure adaptability arose. To address these concerns, we propose aplatform using federated learning and private blockchain technology within afog-IoT network. These technologies have privacy-preserving features securingdata within the network. We utilized the fog-IoT network's distributivestructure to create an adaptive network for wearable IoT devices. We designed atestbed to examine the proposed platform's ability to preserve the integrity ofa classifier. According to experimental results, the introduced implementationcan effectively preserve a patient's privacy and a predictive service'sintegrity. We further investigated the contributions of other technologies tothe security and adaptability of the IoT network. Overall, we proved thefeasibility of our platform in addressing significant security and privacychallenges of wearable IoT devices in predictive healthcare through analysis,simulation, and experimentation.
技術的幻想による民主的幻想：モスクワにおける電子投票プラットフォームを支援するブロックチェーンの導入事例（Active Citizen)
Published at 2023/01/10 22:26:12 (JST)
本論文では、モスクワ市役所が提案した「アクティブ・シチズン」電子投票システムについて、現在進行中の分析を紹介する。本研究では、このプラットフォームの主目的が、モスクワ市民の民主的な力を高めることではなく、世界規模の近代都市としてのモスクワの地位と、ロシアの政治システムにおける市役所の地位を強化することにあることを指摘する。
This paper presents an ongoing analyze of the Active Citizen e-voting systemproposed by the Moscow city hall. This research points out that the mainobjective of the platform is not to enhance the democratic power of theMuscovites, but to strengthen the position of Moscow as a modern city at aworld scale and the position of the city hall in the Russian political system.
ブロックチェーンとフォグを活用した軽量で安全な遠隔患者モニタリングシステム
Published at 2023/01/10 03:01:35 (JST)
A Lightweight Blockchain and Fog-enabled Secure Remote Patient Monitoring System
IoTは、スマートな遠隔医療アプリケーションの急速な成長を可能にしました。これらのIoTベースの遠隔医療アプリケーションは、リスクのある患者や慢性疾患を持つ患者に迅速かつ予防的な医療サービスを提供します。しかし、医療用IoTデバイス間で機密性の高い医療データを交換しながら、データのセキュリティと患者のプライバシーを確保することは、リモートヘルスケアアプリケーションにおいて依然として重要な懸念事項となっています。医療データの改ざんや破損は、誤った治療を引き起こし、患者にとって重大な健康問題を引き起こす可能性があります。さらに、現在の遠隔医療アプリケーションの効率と応答時間は、andimprovedに対処する必要があります。本論文では、安全かつ効率的な患者ケアの必要性を考慮し、高いレベルのセキュリティと効率的な応答時間を提供する、ブロックチェーンベースとフォグ対応の軽量な遠隔患者監視システムを提案する。シミュレーション結果とセキュリティ分析から、提案する軽量ブロックチェーンアーキテクチャは、リソースに制約のあるIoTデバイスにうまく適合し、攻撃に対して安全であることが示されています。さらに、Fogコンピューティングの増強により、遠隔患者モニタリングシステムの応答性が40%改善されました。
IoT has enabled the rapid growth of smart remote healthcare applications.These IoT-based remote healthcare applications deliver fast and preventivemedical services to patients at risk or with chronic diseases. However,ensuring data security and patient privacy while exchanging sensitive medicaldata among medical IoT devices is still a significant concern in remotehealthcare applications. Altered or corrupted medical data may cause wrongtreatment and create grave health issues for patients. Moreover, current remotemedical applications' efficiency and response time need to be addressed andimproved. Considering the need for secure and efficient patient care, thispaper proposes a lightweight Blockchain-based and Fog-enabled remote patientmonitoring system that provides a high level of security and efficient responsetime. Simulation results and security analysis show that the proposedlightweight blockchain architecture fits the resource-constrained IoT deviceswell and is secure against attacks. Moreover, the augmentation of Fog computingimproved the responsiveness of the remote patient monitoring system by 40%.
MIS：メタバースにおけるコンソーシアムブロックチェーンに基づく複数IDの管理・解決システム
Published at 2023/01/10 02:24:10 (JST)
MIS: A Multi-Identifier Management and Resolution System Based on Consortium Blockchain in Metaverse
メタバースにおいてデジタルリソースが多様化すると、その管理や解決のためにDNSのようなシステムが必要となる。しかし、TCP/IPアーキテクチャのレガシーDNSは、集中管理の問題からセキュリティの脆弱性や信頼リスクを抱えて設計されています。ブロックチェーンに基づくDNSの代替案もいくつかありますが、単一種類の識別子しか管理できない、あるいは識別子と他の種類の識別子が分離されており、サブメタバースの共存や相互接続が不可能です。本論文では、メタバースにおける複数種類の識別子（MIS）を同時に管理する世界初のコンソーシアムブロックチェーンシステムを提案する。効率性、セキュリティ、管理性の観点からコンソーシアムブロックチェーンを選択する。MISは、まず4層のアーキテクチャで表現され、オンチェーンデータは軽量で圧縮され、ストレージを節約しながら、読み取りと書き込み操作を高速化します。また、サブメタバースのリソースデータはストレージ層に異種混在して存在し、マイグレーションを軽減する。次に、マルチIDの登録、解決、相互変換の主要な機能を紹介する。最後に、MISは2つのテストベッドで実装され、オープンソースシステムとしてオンラインでアクセス可能である。最初のテストベッドは英国とマレーシアにある4台の物理サーバで構成され、2番目のテストベッドはGoogle Cloud上の5大陸26カ国に広がる200台の仮想マシン（VM）で構成されています。実験によると、MISは従来のレガシーDNSの要件を満たす効率的な読み取りと書き込みのパフォーマンスを提供します。また、Italsoは、MISのレイテンシーがパブリックブロックチェーンベースのワークアラウンドを凌駕していることを示しています。
As digital resources become diverse in the metaverse, a DNS-like system isnecessary for management and resolution. However, the legacy DNS for the TCP/IParchitecture was designed with security vulnerabilities and trust risks due tocentralized management issues. Although there are several DNS alternativesbased on the blockchain, manage only a single type of identifiers or separateidentity and other types of identifiers, making it impossible forsub-metaverses to coexist and interconnect. This paper proposes the first-everconsortium blockchain System that simultaneously manages Multiple types ofIdentifiers (MIS) in the metaverse. We opt for a consortium blockchain due toits efficiency, enhanced security and manageability properties. MIS is firstportrayed as a four-tier architecture whereby on-chain data is lightweight andcompressed to save on storage while accelerating reading and writingoperations. The resource data of sub-metaverses exists heterogeneously in thestorage tier to alleviate migration. Then we introduce the key functions of themulti-identifiers comprising the registration, resolution, andinter-translation. Finally, MIS is implemented on two testbeds and isaccessible online as an open-source system. The first testbed consists of 4physical servers located in the UK and Malaysia while the second is made up of200 virtual machines (VMs) spread over 26 countries across all 5 continents onGoogle Cloud. Experiments indicate that MIS provides efficient reading andwriting performance that meets the requirements of traditional legacy DNS. Italso shows that the latency of MIS outperforms public blockchain-basedworkarounds.
ブロックチェーンユーザーの政治・経済・ガバナンス意識
Published at 2023/01/07 07:30:22 (JST)
Political, economic, and governance attitudes of blockchain users
我々は、ブロックチェーンエコシステムの一員である人々の暗号政治、暗号経済、暗号ガバナンスの感情を評価するための調査を提示する。3710の調査回答に基づいて、彼らの信念、態度、暗号への参加様式を説明し、自己申告の政治的所属とブロックチェーンエコシステムの所属がこれらとどのように関連しているかを調査する。我々は、経済力の分布に関する認識、クリプトに対する個人的な態度、ガバナンスにおける力の分布に関する規範的信念、ブロックチェーンテクノロジーの外部規制に関する質問において、両極化を観察した。政治的自認の違いは、経済的公平性、ジェンダー平等、意思決定力、有利な規制を得る方法に関する意見と相関し、ブロックチェーンへの所属は、暗号のガバナンスと規制に関する意見、暗号に対する回答者の意味的概念、関与のための個人的目標と相関していた。また、理論に基づいて構築された政治軸がデータによって支持されていることを発見し、データから生じる他の回答者のグループ分けや信念の可能性を調査した。
We present a survey to evaluate crypto-political, crypto-economic, andcrypto-governance sentiment in people who are part of a blockchain ecosystem.Based on 3710 survey responses, we describe their beliefs, attitudes, and modesof participation in crypto and investigate how self-reported politicalaffiliation and blockchain ecosystem affiliation are associated with these. Weobserved polarization in questions on perceptions of the distribution ofeconomic power, personal attitudes towards crypto, normative beliefs about thedistribution of power in governance, and external regulation of blockchaintechnologies. Differences in political self-identification correlated withopinions on economic fairness, gender equity, decision-making power and how toobtain favorable regulation, while blockchain affiliation correlated withopinions on governance and regulation of crypto and respondents' semanticconception of crypto and personal goals for their involvement. We also findthat a theory-driven constructed political axis is supported by the data andinvestigate the possibility of other groupings of respondents or beliefsarising from the data.
ZKBIDで魂と人間をつなぐ：Web 3.0分散型アイデンティティのための説明可能な匿名ブロックチェーンアカウント
Published at 2023/01/06 00:13:28 (JST)
ブロックチェーン上の会計システムは、Web 3.0の分散型アイデンティティを実現するための理想的なモデルです。ブロックチェーン上の会計システムは、Web 3.0の分散型アイデンティティを実現するための理想的な原型であり、ユーザーは中央エージェントに登録することなく自分のアカウントを作成することができます。このようなIDシステムには匿名性が備わっており、アカウントと所有者の関係が見えないため、誰もそのアカウントの所有者を知らない。したがって、アカウントのデータが公開されていても、ユーザのプライバシーは十分に保護される。しかし、このような完全な匿名性の欠点は、ユーザーが認証なしで複数のアカウントを作成し、ブロックチェーン上での活動を難解にすることができることです。特に、現在の匿名ブロックチェーンアカウントシステムでは、ユーザーとブロックチェーンIDのマッピングが不定形であるため、実際の人間ユーザー間の社会的関係や相互作用を正確に登録することができません。このような不信感は、Web3.0を大規模に展開する際の大きな障害となり得ます。本研究では、ブロックチェーンアカウントシステムに蔓延する不信感を克服するために、ゼロ知識ブロックチェーンアカウントベースのWeb3.0分散型アイデンティティスキームであるZKBIDを提案する。ZKBIDは、魂（ブロックチェーンアカウント）と人間（ユーザー）を1対1で結びつけ、ブロックチェーン上の人間同士の社会的関係や相互作用を真に反映させるものです。ZKBIDでは、ユーザーは匿名で自分のアカウントに責任を持ち、プライバシーを保護します。ZKBIDは、顔照合によりユーザを認証し、認証されたユーザをアカウントに対応付けます。顔照合結果はゼロ知識証明により暗号化され、ユーザとアカウントの対応付けはリンク可能なリングシグネチャを採用し、匿名性を確保しています。ZKBIDを実装し、評価用のブロックチェーン・ネットワークを構築しました。その結果、ZKBIDの有効性が実証され、ZKBIDのシステムパラメータの適切な設定方法が示唆された。
A decentralized identity system that can provide users with self-sovereigndigital identities to facilitate complete control over their own data isparamount to Web 3.0. The accounting system on blockchain is an ideal archetypefor realizing Web 3.0 decentralized identity: users can create their accountswithout registering with a central agent. Such an identity system is endowedwith anonymity property: nobody knows the account's owner because therelationship between an account and the owner is invisible. Thus, user privacyis well protected even though the account's data is public. However, adisadvantage of such complete anonymity is that users can create multipleaccounts without authentication to obfuscate their activities on theblockchain. In particular, the current anonymous blockchain account systemcannot accurately register the social relationships and interactions betweenreal human users, given the amorphous mappings between users and blockchainidentities. Mistrust can be a major hurdle to the large-scale deployment of Web3.0. This work proposes ZKBID, a zero-knowledge blockchain-account-based Web3.0 decentralized identity scheme, to overcome endemic mistrust in blockchainaccount systems. ZKBID links souls (blockchain accounts) to humans (users) in aone-to-one manner to truly reflect the societal relationships and interactionsbetween humans on the blockchain. With ZKBID, the users are accountable fortheir accounts anonymously, preserving privacy. ZKBID authenticates users usingface match and then maps authenticated users to accounts. Zero-knowledge proofsencode the face match results, and user-account mappings employ linkable ringsignatures to preserve anonymity. We implemented ZKBID and built a blockchaintest network for evaluation purposes. Our tests demonstrate the effectivenessof ZKBID and suggest proper ways to configure ZKBID system parameters.
有意な桁数。大規模ブロックチェーンデータを利用した不正アドレスの予測
Published at 2023/01/04 02:26:22 (JST)
Significant Digits: Using Large-Scale Blockchain Data to Predict Fraudulent Addresses
ブロックチェーンシステムや暗号通貨は、過去10年間で爆発的な人気を博し、このユーザーベースの増加に伴い、クリプトカミングの数も急増しています。ブロックチェーンネットワークはグラフィカルな構造を持ち、そのネットワーク上で生成されるデータは膨大であることから、グラフマイニング技術を用いて取引に関する重要な情報を抽出し、ベンフォードの法則を適用してアドレス取引に関する分布情報を抽出する。そして、勾配ブーストツリーモデルを適用し、不正なアドレスを予測する。その結果、本手法は妥当な精度で詐欺を検出することができ、Benfordの法則に基づいて生成された特徴が最も重要な特徴であることが示された。
Blockchain systems and cryptocurrencies have exploded in popularity over thepast decade, and with this growing user base, the number of cryptocurrencyscams has also surged. Given the graphical structure of blockchain networks andthe abundance of data generated on these networks, we use graph miningtechniques to extract essential information on transactions and apply Benford'sLaw to extract distributional information on address transactions. We thenapply a gradient-boosting tree model to predict fraudulent addresses. Ourresults show that our method can detect scams with reasonable accuracy and thatthe features generated based on Benford's Law are the most significantfeatures.
ブロックチェーンの設計原理。SoK of SoKsのための取り組み
Published at 2023/01/02 06:57:25 (JST)
The Design Principle of Blockchain: An Initiative for the SoK of SoKs
ブロックチェーンは、分散型AIとも呼ばれ、プライバシー、セキュリティ、可聴性の分散型トラストを作成することにより、AIをより信頼できるようにする可能性を秘めています。しかし、サイバーフィジカルソシアルシステム（CPSS）の統合型社会におけるトラストエンジンとしてのブロックチェーンの設計原理に関する体系的な研究はまだ行われていない。本稿では、より良いデジタル社会のためのブロックチェーンの設計原理を模索するためのイニシアチブを提供する。質的調査と量的調査のハイブリッド法を用いて、ブロックチェーンの設計原理の過去の起源、現在の開発、および将来の方向性を検証する。その結果、3つの知見が得られた。第一に、ブロックチェーンが分散型データベースとしての本来の設計原理を満たしているかどうかの答えは、賛否両論である。第二に、ブロックチェーン・コミュニティの現在の発展は、プライバシーとセキュリティ、スケーラビリティ、分散化、適用性、ガバナンスと規制、システム設計、およびチェーン間の相互運用性を含む7つのカテゴリからなる分類法を明らかにした。研究・実践ともに、第1カテゴリのプライバシーとセキュリティ、第4カテゴリのアプリケーション性が中心となっています。今後の研究者、実務家、政策立案者は、まだあまり活用されていない他の側面や、複数の側面の接点における総合的な取り組みに大きな可能性を持っています。最後に、真にインテリジェントな世界を実現するためには、現在のブロックチェーンの設計とトラストエンジンの設計原理との間のギャップを埋めるために、分野の境界を越えた総合的なソリューションが必要であると結論付けている。
Blockchain, also coined as decentralized AI, has the potential to empower AIto be more trustworthy by creating a decentralized trust of privacy, security,and audibility. However, systematic studies on the design principle ofBlockchain as a trust engine for an integrated society ofCyber-Physical-Socia-System (CPSS) are still absent. In this article, weprovide an initiative for seeking the design principle of Blockchain for abetter digital world. Using a hybrid method of qualitative and quantitativestudies, we examine the past origin, the current development, and the futuredirections of Blockchain design principles. We have three findings. First, theanswers to whether Blockchain lives up to its original design principle as adistributed database are controversial. Second, the current development ofBlockchain community reveals a taxonomy of 7 categories, including privacy andsecurity, scalability, decentralization, applicability, governance andregulation, system design, and cross-chain interoperability. Both research andpractice are more centered around the first category of privacy and securityand the fourth category of applicability. Future scholars, practitioners, andpolicy-makers have vast opportunities in other, much less exploited facets andthe synthesis at the interface of multiple aspects. Finally, incounter-examples, we conclude that a synthetic solution that crosses disciplineboundaries is necessary to close the gaps between the current design ofBlockchain and the design principle of a trust engine for a truly intelligentworld.
メタバース・アズ・ア・サービスを解き明かす 注目の3本柱。プライバシーとセキュリティ、エッジコンピューティング、ブロックチェーン
Published at 2023/01/02 00:34:18 (JST)
本稿では、メタバース・アズ・ア・サービス（MaaS）プラットフォームの3つの柱である、プライバシーとセキュリティ、エッジコンピューティング、ブロックチェーン技術について包括的に解説しています。この記事では、まずメタバースへの無線アクセスに関するセキュリティの側面について調査しています。そして、データ中心、学習中心、人間中心の視点から、メタバース内のプライバシーとセキュリティの問題に踏み込んでいる。また、センシティブなデータ属性の私有化と、メタバースプラットフォーム内で分散的に実行される機械学習アルゴリズムの安全性を確保するための、私的かつ安全なメカニズムに取り組んでいる。モバイルネットワーク事業者やメタバースサービスプロバイダが、アクセス層からクライアント間の社会的相互作用まで、メタバースのさまざまな層を通じて安全でプライベートなMaaSの実現を促進するための、新しいビジョンとあまり研究されていない方法についてレビューしています。この記事の後半では、エッジコンピューティングのパラダイムがメタバースのさまざまな側面を強化することができることを説明しています。また、メタバースでエッジコンピューティングを利用する際の課題も包括的に調査しています。さらに、本論文では、MaaSプラットフォームの10の主要な課題を包括的に調査・分析し、ブロックチェーン技術がこれらの制約に対してどのようにソリューションを提供するかを徹底的に議論しました。最後に、コンテンツ中心のセキュリティやゼロトラストメタバースなどの将来のビジョンと方向性、ブロックチェーンのいくつかの未解決課題も議論し、メタバース時代のネットワーク設計者にさらなる洞察をもたらしています。
In this article, the authors provide a comprehensive overview on three corepillars of metaverse-as-a-service (MaaS) platforms; privacy and security, edgecomputing, and blockchain technology. The article starts by investigatingsecurity aspects for the wireless access to the metaverse. Then it goes throughthe privacy and security issues inside the metaverse from data-centric,learning-centric, and human-centric points-of-view. The authors address privateand secure mechanisms for privatizing sensitive data attributes and securingmachine learning algorithms running in a distributed manner within themetaverse platforms. Novel visions and less-investigated methods are reviewedto help mobile network operators and metaverse service providers facilitate therealization of secure and private MaaS through different layers of themetaverse, ranging from the access layer to the social interactions amongclients. Later in the article, it has been explained how the paradigm of edgecomputing can strengthen different aspects of the metaverse. Along with that,the challenges of using edge computing in the metaverse have beencomprehensively investigated. Additionally, the paper has comprehensivelyinvestigated and analyzed 10 main challenges of MaaS platforms and thoroughlydiscussed how blockchain technology provides solutions for these constraints.At the final, future vision and directions, such as content-centric securityand zero-trust metaverse, some blockchain's unsolved challenges are alsodiscussed to bring further insights for the network designers in the metaverseera.
π$QLB：ブロックチェーンのためのプライバシー保護と整合性を保証するクエリ言語
Published at 2022/12/29 10:12:47 (JST)
$π$QLB: A Privacy-preserving with Integrity-assuring Query Language for Blockchain
ブロックチェーン技術は、ヘルスケアシステム、サプライチェーン管理、ブロックチェーン上のデータクエリメカニズムの需要を高めるなど、さまざまなアプリケーションドメインで採用の増加。現在のブロックチェーンシステムは、セキュリティやプライバシーの保証を組み込んだデータクエリをサポートしていないため、これらのシステムには固有のセキュリティとプライバシーの懸念が存在します。特に、既存のシステムでは、ユーザはブロックチェーンのオペレータ（例えば、ノードバリデータ）に対して平文で問い合わせを行う必要があります。これは、提出されたクエリに、ユーザーが共有したくない場所や性別の好みなどの機密情報が含まれている可能性があるため、ユーザーのプライバシーを直接的に危険にさらすことになります。一方、現在、ユーザがクエリ結果の完全性を保証する唯一の方法は、ブロックチェーン・データベース全体を維持し、クエリをローカルに実行することです。そのため、ユーザは高いストレージコストと計算コストがかかり、一般的な軽量デバイス（例えば、スマートフォン）での実用化が困難である。また、既存のブロックチェーンデータベースにリレーショナルデータセマンティクスを導入することにより、ブロックチェーンデータに対するSQLライクなクエリを可能にします。完全性については、従来のFSSの設定を拡張し、FSSの結果の完全性を効率的に検証できるようにしました。我々の知る限り、$pi$QLBは、機密性、完全性、SQLライクな問い合わせをサポートするブロックチェーンデータベース用に設計された最初の問い合わせモデルである。
The increase in the adoption of blockchain technology in differentapplication domains e.g., healthcare systems, supplychain management, hasraised the demand for a data query mechanism on blockchain. Since currentblockchain systems lack the support for querying data with embedded securityand privacy guarantees, there exists inherent security and privacy concerns onthose systems. In particular, existing systems require users to submit queriesto blockchain operators (e.g., a node validator) in plaintext. This directlyjeopardizes users' privacy as the submitted queries may contain sensitiveinformation, e.g., location or gender preferences, that the users may not becomfortable sharing. On the other hand, currently, the only way for users toensure integrity of the query result is to maintain the entire blockchaindatabase and perform the queries locally. Doing so incurs high storage andcomputational costs on the users, precluding this approach to be practicallydeployable on common light-weight devices (e.g., smartphones). To this end,this paper proposes $\pi$QLB, a query language for blockchain systems thatensures both confidentiality of query inputs and integrity of query results.Additionally, $\pi$QLB enables SQL-like queries over the blockchain data byintroducing relational data semantics into the existing blockchain database.$\pi$QLB has applied the recent cryptography primitive, i.e., function secretsharing (FSS), to achieve confidentiality. To support integrity, we extend thetraditional FSS setting in such a way that integrity of FSS results can beefficiently verified. Successful verification indicates absence of maliciousbehaviors on the servers, allowing the user to establish trust from the result.To the best of our knowledge, $\pi$QLB is the first query model designed forblockchain databases with support for confidentiality, integrity, and SQL-likequeries.
ブロックチェーンのスケーラビリティに関する極小の調査
Published at 2022/12/27 12:59:46 (JST)
A Miniscule Survey on Blockchain Scalability
過去10年間の暗号通貨やNFTの台頭により、ブロックチェーン技術は産学双方の専門家の関心が高まっている分野である。本論文では、スケーラビリティの観点から、このようなシステムの実現可能性について議論します。また、このようなシステムのセキュリティ問題や、ヘルスケア、サプライチェーン、政府系アプリケーションなどの応用例についても簡単に紹介します。
With the rise of cryptocurrency and NFTs in the past decade, blockchaintechnology has been an area of increasing interest to both industry andacademic experts. In this paper, we discuss the feasibility of such systemsthrough the lens of scalability. We also briefly dive into the security issuesof such systems, as well as some applications, including healthcare, supplychain, and government applications.
ブロックチェーン技術のマルチエージェントシステムへの統合の分析
Published at 2022/12/23 22:16:23 (JST)
Analysis of Integrating Blockchain Technologies into Multi-Agent Systems
マルチエージェントシステムは、様々な分野で応用されているインテリジェントシステムの一部門です。複雑な問題を低コストで効率的に解決することができるため、注目されている。しかし、システムの安全性、完全性、アイデンティティ管理などの脆弱性が指摘されています。ブロックチェーン技術は、透明性、暗号化、信頼性といった特徴を持つため、適切なソリューションを提供するための分析に選ばれました。
Multi-Agent Systems, a division of Intelligent Systems diversely applied inmultiple disciplines. Desired for their efficiency in solving complex problemsat a low cost. However, identified vulnerabilities include system security,integrity, and identity management. Blockchain Technologies was chosen foranalysis in providing a suitable solution due to features of transparency,encryption, and trust.
ブロックチェーンのスケーラビリティとセキュリティ。変化の激しい委員会間のコミュニケーションをシンプルに
Published at 2022/12/22 22:45:50 (JST)
Blockchain Scalability and Security: Communications Among Fast-Changing Committees Made Simple
パーミッションレス・ブロックチェーンでは、スケーラビリティが最も重要である。現在の技術ではこの問題にまだ完全に対処できていませんが、多くの研究成果では、取引の並列処理を広範囲に採用するシャーディングや他の技術を提案しています。これらのアプローチでは、潜在的に多数の委員会ノードが独立してコンセンサスを実行し、新しいトランザクションを処理します。したがって、通常の委員会内通信に加えて、（1）新しいトランザクションを適切な委員会に配送する必要があり、（2）委員会はシャード間トランザクションを処理するために通信する必要があり、（3）中間結果を交換するために通信する必要があります。しかし、頻繁に変更される委員会への効率的な通信は困難である。 本論文では、委員会が頻繁に変更される場合でも、暗黙のうちに委員を選択し、特定の委員会の全メンバーに効率的にメッセージを届けることができる簡単な手法を提案する。本提案の目的は、現在提案されているスケーラブルなブロックチェーンアーキテクチャの多くに適用可能な、委員会選択手順と委員会をターゲットとした通信プリミティブを提供することである。また、本アプローチの安全性を理論的に証明し、本アプローチが実際に実現可能であることを示す最初の実験結果を提供する。
For permissionless blockchains, scalability is paramount. While currenttechnologies still fail to address this problem fully, many research workspropose sharding or other techniques that extensively adopt parallel processingof transactions. In these approaches, a potentially large number of committeesof nodes independently perform consensus and process new transactions. Hence,in addition to regular intra-committee communication, (1) new transactions haveto be delivered to the right committee, (2) committees need to communicate toprocess inter-shard transactions or (3) to exchange intermediate results. Tocontrast slowly adaptive adversaries, committees should be frequently changed.However, efficient communication to frequently-changing committees is hard. We propose a simple approach that allows us to implicitly select committeemembers and effectively deliver messages to all members of a specificcommittee, even when committees are changed frequently. The aim of our designis to provide a committee selection procedure and a committee-targetedcommunication primitive to be applied in most of the scalable blockchainarchitectures that are currently proposed in literature. We provide atheoretical proof of the security of our approach and first experimentalresults that shows that our approach might be feasible in practice.
TxAllo。シャード化したブロックチェーンシステムにおける動的なトランザクションの割り当て
Published at 2022/12/22 19:22:31 (JST)
TxAllo: Dynamic Transaction Allocation in Sharded Blockchain Systems
スケーラビリティの問題は、ブロックチェーンの採用を阻む最も大きな障壁の1つでした。ブロックチェーンのシャーディングは、この問題に対する有望なアプローチです。しかし、シャーディングメカニズムは、処理コストの高い相当数のクロスシャードトランザクションを導入する。 本論文では、拡張性を向上させるために、クロスシャードトランザクションの数を減らすためのトランザクション割り当て問題に注目する。特に、トランザクション割り当て問題を体系的に定式化し、それをグラフ上のコミュニティ検出問題に変換する。決定論的かつ高速な割り当て方式TxAlloを提案し、アカウントとその関連トランザクションの割り当てを動的に推論する。TxAlloは、シャード間トランザクション数とシャード間のワークロードバランスの両方を考慮し、システムのスループットを直接的に最適化する。 我々は、9100万以上のトランザクションを含むEthereumデータセットでTxAlloの性能を評価しました。その結果、60のシャードを持つブロックチェーンにおいて、TxAlloはクロスシャード取引の比率を98%（従来のハッシュベースの割り当てによる）から約12%に低減することができました。また、ワークロードバランスも良好に保たれています。また、他の方式と比較して、TxAlloの実行時間はほとんど無視できるほど短くなっています。例えば、1時間ごとに割り当てを更新する場合、TxAlloの実行時間は平均0.5秒しかかかりません。一方、BrokerChain（INFOCOM'22）のような古典的なMETIS方式では422秒かかると言われています。
The scalability problem has been one of the most significant barrierslimiting the adoption of blockchains. Blockchain sharding is a promisingapproach to this problem. However, the sharding mechanism introduces asignificant number of cross-shard transactions, which are expensive to process. This paper focuses on the transaction allocation problem to reduce the numberof cross-shard transactions for better scalability. In particular, wesystematically formulate the transaction allocation problem and convert it tothe community detection problem on a graph. A deterministic and fast allocationscheme TxAllo is proposed to dynamically infer the allocation of accounts andtheir associated transactions. It directly optimizes the system throughput,considering both the number of cross-shard transactions and the workloadbalance among shards. We evaluate the performance of TxAllo on an Ethereum dataset containing over91 million transactions. Our evaluation results show that for a blockchain with60 shards, TxAllo reduces the cross-shard transaction ratio from 98% (by usingtraditional hash-based allocation) to about 12%. In the meantime, the workloadbalance is well maintained. Compared with other methods, the execution time ofTxAllo is almost negligible. For example, when updating the allocation everyhour, the execution of TxAllo only takes 0.5 seconds on average, whereas otherconcurrent works, such as BrokerChain (INFOCOM'22) leveraging the classic METISmethod, require 422 seconds.
バトルフィールド・オブ・シングスにおけるサイバーセキュリティとブロックチェーンの役割
Published at 2022/12/22 18:36:05 (JST)
Role of Cybersecurity and Blockchain in Battlefield of Things
Internet of Thingsは、戦場でのコミュニケーションにおいて、迅速かつ正確な判断を可能にするエコシステムの成長に不可欠な要素である。しかし、BoT（Battlefield of Things）の利用には、さまざまな理由から制約がある。しかし、BoT（Battlefield of Things）の利用には、様々な理由から制約があり、再生、データ操作、プライバシー侵害などの可能性があります。このため、BoT内の通信を保護するセキュリティ機構の実装が急務となっている。そこで、BoTecosystem内の通信を保護するために、ブロックチェーンを用いた安全かつプライベートなソリューションを提案します。さらに、BoTアプリケーションの実装にブロックチェーン技術とサイバーセキュリティを統合することの利点について研究を進めています。この研究では、サイバーセキュリティとブロックチェーンベースのツール、技術および方法論をBoTに統合することの重要性について詳しく説明します。
The Internet of Things is an essential component in the growth of anecosystem that enables quick and precise judgments to be made for communicationon the battleground. The usage of the battlefield of things (BoT) is, however,subject to several restrictions for a variety of reasons. There is a potentialfor instances of replay, data manipulation, breaches of privacy, and othersimilar occurrences. As a direct result of this, the implementation of asecurity mechanism to protect the communication that occurs within BoT hasturned into an absolute requirement. To this aim, we propose a blockchain-basedsolution that is both safe and private for use in communications inside the BoTecosystem. In addition, research is conducted on the benefits of integratingblockchain technology and cybersecurity into BoT application implementations.This work elaborates on the importance of integrating cybersecurity andblockchain-based tools, techniques and methodologies for BoT.
ブロックチェーンの相互運用性の状況
Published at 2022/12/19 12:34:44 (JST)
Blockchain Interoperability Landscape
ブロックチェーンは、多くの産業で注目されている新興技術です。ブロックチェーンは、不変の分散型台帳としての基本的な役割から、分散型アプリケーションの展開に至るまで、幅広い用途に発行可能です。多くの組織がこの技術を採用していますが、新興分野における特定のブロックチェーン実装を選択することは、大きな技術リスクにさらされることになります。誤った実装を選択すると、セキュリティ上の脆弱性にさらされたり、ターゲット層へのアクセスが制限されたり、将来、より成熟したプロトコルに変更する際に問題が発生する可能性があります。ブロックチェーンの相互運用性は、ブロックチェーンの拡張性を高め、元のブロックチェーンの性能を犠牲にすることなく、新しいユースケースや機能の追加を可能にすることで、この適応性の問題を解決しようとします。しかし、既存のブロックチェーン・プラットフォームのほとんどは相互運用性を考慮して設計する必要があり、プラットフォーム間での資産の送信などの簡単な操作では問題が発生します。暗号化プロトコルは、単独では安全でも、複数の異なる（個別に安全な）プロトコルが組み合わされると、安全でなくなることがあります。同様に、信頼できるカストディアンを利用することは、ブロックチェーン・ベースのシステムが提供する分散化の利点のほとんどを損なう可能性があります。ブロックチェーンの相互運用性の分野では、いくつかの研究開発が行われていますが、様々なインフラストラクチャのオプションに対する相互運用性ソリューションの特性評価が不足しています。この論文は、ブロックチェーンの相互運用性ソリューションを特徴付けるための方法論を提示し、この分野における新たな開発に焦点を当て、既存および将来のソリューションを評価するのに役立つものです。
Blockchain has become a popular emergent technology in many industries. It issuitable for a broad range of applications, from its base role as an immutabledistributed ledger to the deployment of distributed applications. Manyorganizations are adopting the technology, but choosing a specific blockchainimplementation in an emerging field exposes them to significant technologyrisk. Selecting the wrong implementation could expose an organization tosecurity vulnerabilities, reduce access to its target audience, or cause issuesin the future when switching to a more mature protocol. Blockchaininteroperability aims to solve this adaptability problem by increasing theextensibility of blockchain, enabling the addition of new use cases andfeatures without sacrificing the performance of the original blockchain.However, most existing blockchain platforms need to be designed forinteroperability, and simple operations like sending assets across platformscreate problems. Cryptographic protocols that are secure in isolation maybecome insecure when several different (individually secure) protocols arecomposed. Similarly, utilizing trusted custodians may undercut most of thebenefits of decentralization offered by blockchain-based systems. Even thoughthere is some research and development in the field of blockchaininteroperability, a characterization of the interoperability solutions forvarious infrastructure options is lacking. This paper presents a methodologyfor characterizing blockchain interoperability solutions that will help focuson new developments and evaluate existing and future solutions in this space.
FileDAG：DAGベースのブロックチェーン上に構築されたマルチバージョンの分散型ストレージネットワーク
Published at 2022/12/18 23:40:52 (JST)
FileDAG: A Multi-Version Decentralized Storage Network Built on DAG-based Blockchain
分散ストレージネットワーク（DSN）は、相互に信頼できないプロバイダからストレージリソースを集め、世界規模の分散ファイルシステムを形成することができます。従来のストレージネットワークと比較して、DSNはブロックチェーンの上に構築されており、サービスプロバイダにインセンティブを与え、強力なセキュリティを確保することができます。しかし、既存のDSNは2つの大きな課題に直面しています。まず、重複排除がディレクトリレベルでしか実現できないことです。ファイルレベルの重複排除を行わない場合、余分なストレージと帯域幅のコストが発生することが避けられない。第二に、現在のDSNはメタデータを追加で保存することでファイルインデックスを実現していますが、ブロックチェーン台帳は十分に活用されていません。これらの問題を克服するために、我々はDAGベースのブロックチェーン上に構築されたDSNであるFileDAGを提案し、複数バージョンのファイルを保存する際にファイルレベルの重複排除をサポートします。ファイルの更新時には、更新されたファイル全体ではなく、増分のみを計算して保存する増分生成法を採用する。さらに、2層のDAGベースのブロックチェーン台帳を導入することで、FileDAGは余分なストレージオーバーヘッドを発生させずにブロックチェーンデータベースを直接使用することにより、柔軟かつ省ストレージなファイルインデックスを提供することができる。我々はFileDAGを実装し、広範な実験によってその性能を評価しました。その結果、FileDAGはストレージコストとレイテンシを考慮した上で、最先端の産業用DSNを上回る性能を持つことが実証されました。
Decentralized Storage Networks (DSNs) can gather storage resources frommutually untrusted providers and form worldwide decentralized file systems.Compared to traditional storage networks, DSNs are built on top of blockchains,which can incentivize service providers and ensure strong security. However,existing DSNs face two major challenges. First, deduplication can only beachieved at the directory-level. Missing file-level deduplication leads tounavoidable extra storage and bandwidth cost. Second, current DSNs realize fileindexing by storing extra metadata while blockchain ledgers are not fullyexploited. To overcome these problems, we propose FileDAG, a DSN built onDAG-based blockchain to support file-level deduplication in storingmulti-versioned files. When updating files, we adopt an increment generationmethod to calculate and store only the increments instead of the entire updatedfiles. Besides, we introduce a two-layer DAG-based blockchain ledger, by whichFileDAG can provide flexible and storage-saving file indexing by directly usingthe blockchain database without incurring extra storage overhead. We implementFileDAG and evaluate its performance with extensive experiments. The resultsdemonstrate that FileDAG outperforms the state-of-the-art industrial DSNsconsidering storage cost and latency.
プレキシチェーン（PlexiChain）。ブロックチェーンを用いた安全な柔軟性アグリゲーターフレームワーク
Published at 2022/12/18 20:09:24 (JST)
PlexiChain: A Secure Blockchain-based Flexibility Aggregator Framework
建築環境におけるフレキシブルリソースは、グリッドマネジメントサービスを提供するための低コストな機会であると考えられています。その結果、アグリゲーターが柔軟性資源からの需要の柔軟性を束ね、柔軟性市場において分散型/送電システム運用者（DSO/TSO）などの柔軟性顧客に提供する集中型アグリゲーターモデルが採用されてきた。しかし、アグリゲータの役割は、セキュリティと信頼性の面で様々な課題をもたらします。本研究では、集中型アグリゲーターモデルにおけるアグリゲーターのセキュリティと信頼性の課題に対処するため、PlexiChainと呼ばれるブロックチェーンベースの柔軟性取引フレームワークを提案します。実世界のデータセットを用いて行ったセキュリティ評価では、PlexiChainがMadIoTやFalse DataInjection攻撃などの既知のセキュリティ攻撃に対して堅牢であることを示しました。さらに、性能評価では、PlexiChainはリソースに制約のある環境において、他のブロックチェーンベースのアプリケーションよりも計算コストと通信コストが低いことが示されています。
Flexible resources in built environments are seen as a low-cost opportunityfor delivering grid management services. Consequently, the centralisedaggregator model, where the aggregator is used to bundle demand flexibilityfrom flexible resources and deliver it to flexibility customers such asDistributed/Transmission System Operator (DSO/TSO) in flexibility markets, hasbeen adopted. However, the aggregator role introduces various security andtrust challenges. In this work, we propose a blockchain-based flexibilitytrading framework dubbed PlexiChain to address the security and trustchallenges the aggregator poses in the centralised aggregator model. Thesecurity evaluations performed using a real-world dataset show that PlexiChainis robust against known security attacks, such as MadIoT and False DataInjection attacks. Additionally, the performance evaluations show thatPlexiChain has lower computation and communication costs than otherblockchain-based applications in resource-constrained environments.
