블록체인 기반 접근제어 기술 동향 Analysis of Blockchain-based Access Control Technology

정보통신 기술의 급속한 발전으로 인해 도래한 데이터 중심 사회에서 사용자와 기업은 이전에 누리지 못했던 이점을 가지게 되었다. 사용자는 자신의 데이터와 활동 내역, 그리고 심지어 자신의 관심사항을 기업에 제공하여 무료에 가까운 비용으로 서비스를 제공받는다. 기업은 사용자의 데이터를 기반으로 맞춤화된 광고, 서비스를 제공하여 막대한 수익을 창출한다. 기업들이 보유하고 있는 데이터 용량은 2018년 9.7페타바이트(1페타바이트 =1,000테라바이트)로, 2016년 평균 1.45페타바이트에 비해 7배나 증가하였다. 특히 업계의 리더들은 평균 21.4페타바이트의 데이터를 보유하여, 후발주자의 평균인 1.18페타바이트에 비해 18배나 많다. 데이터 활용이 늘어남에 따라 개인정보 보호에 대한 관심도 증가하고 있다. IoT, AI 기술의 발전으로 인해 데이터의 축적 범위와 규모가 확장되고 더욱 정확하게 사용자를 분석할 수 있게 되었다. 그러나 사용자에 관한 더 많은 데이터가 수집, 공유 및 분석될수록 개인정보가 침해될지도 모른다는 우려가 커지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 기업이 보유한 데이터를 대상으로 개인정보를 보호하는 연구가 다수 수행되었다. 권한이 부여된 기업만 사용자 데이터에 접근할 수 있는 데이터 접근제어 기술, 개인 식별 정보를 데이터에서 제거하고 게시된 데이터와 개별 사용자 간의 연결 가능성을 방지하는 데이터 익명화 기술이 대표적이다. 최근에는 의도된 목적을 달성하기 위해서만 데이터를 사용할 수 있게 하는 연구가 수행되었다. 하지만 사용자가 동의하지 않은 목적으로 데이터를 사용하는 경우, 현재는 법적 조치가 취해질 수 있지만 기술적 접근법은 부족한 실정이다. 최근에는 블록체인(Blockchain)이라고 하는 공개적으로 검증 가능한 공개 원장을 사용하여, 사용자가 중앙 권한을 필요로 하지 않고 암호화된 데이터(예, 비트코인에서의 거래내역)를 안전하게 전송할 수 있게 해 주는 시스템이 등장했다. 블록체인은 시간순으로 연결된 블록을 기록하고 저장하는 공개 원장으로, 암호화, 디지털 서명 및 P2P 네크워킹 기술에 기반을 둔다. 블록체인 기술은 변조 방지라는 속성으로 인해 데이터 회계 및 감사 기능에 널리 채택되고 있다. 블록체인 데이터베이스는 레코드를 블록으로 유지·관리하는 공유된 분산 데이터베이스이다. 블록은 모든 블록체인 사용자가 접근할 수 있지만 삭제하거나 변경할 수는 없고 추가만 가능하다. 각 블록은 이전 블록의 해시 값을 가지므로 블록은 체인으로 서로 연결된다. 각 블록은 여러 개의 검증된 트랜잭션, 해당 블록의 생성 시간을 나타내는 타임 스탬프, 암호화 작업을 위한 난수(Nonce)를 포함한다. 블록체인 네트워크는 P2P 방식으로 블록체인을 유지·관리하는 노드로 구성된다. 모든 노드는 블록에 접근할 수 있지만 완전히 제어할 수는 없다. 블록체인 기술을 통해, 사용자들은 신뢰할 수 있는 제3자가 없어도 상호작용할 수 있다. 사용자가 원하는 수준의 보안 요구 사항을 제공하는 블록체인 데이터베이스에 사용자들 간의 상호작용 이력이 기록된다. 구체적으로, 블록체인 사용자가 다른 사용자와 상호작용해야 할 때 블록체인 네트워크에 트랜잭션을 브로드캐스트한다. 블록체인 네트워크의 여러 노드는 트랜잭션이 유효한지 확인하고, 유효한 트랜잭션을 결합하는 마이닝 과정을 거치면서 트랜잭션 블록을 생성한다. 블록체인은 활용 목적과 데이터 관리 방식, 참여자의 범위에 따라 퍼블릭(public) 블록체인, 프라이빗(private) 블록체인, 컨소시엄(consortium) 블록체인으로 구분할 수 있다. 퍼블릭 블록체인은 누구나 접근 가능한 개방형 블록체인으로 채굴 등 알고리즘을 통해 거래를 증명하여 거래 신뢰도를 높이고 익명성을 보장한다는 장점이 있어 비트코인 등 암호화폐 시장의 기반 플랫폼으로 활용되고 있다. 하지만 익명화된 상태에서 거래를 증명하는 알고리즘이 많은 계산량을 요구하기 때문에 거래시간이 느리다. 프라이빗 블록체인은 승인된 사용자만 접근이 가능하도록 협의하여 통제하는 형태로 기업들의 요구에 맞게 적용 가능한 기업형 블록체인이라고 할 수 있다. 중앙 기관에서 트랜잭션을 증명하기 때문에 빠르고 효율적인 거래처리가 가능하다. 하지만 중앙기관에 의존하기 때문에 퍼블릭 블록체인보다는 덜 안전하다. 컨소시엄 블록체인은 프라이빗 블록체인처럼 승인된 사용자만 접근 가능하지만, 조직 간의 협조적인 참여를 허용하는 특징이 있다. 사전 합의된 규칙으로 빠르게 거래를 증명하며 사용자 권한을 관리하여 민감한 정보를 제어할 수 있는 장점이 있다. 블록체인 기술은 적용 범위에 따라 자금 거래, 자산, 스마트 컨트랙트를 각각 지원하는 3가지 세대로 구분될 수 있다. 블록체인 1세대는 2009년 사토시 나카모토에 의해 등장한 비트코인이 대표적이다. 1세대의 애플리케이션은 자금 거래에만 국한되어 가상화폐로 구현되었으며, 블록체인 개념을 처음으로 사용했다. 블록체인 2세대는 화폐가 아니라 자산을 교환하는 광범위한 사용 사례를 가진다. 2세대에서 사용자는 주식 또는 자산을 소유하며, 상품, 부동산 및 심지어 투표를 포함한 다양한 유형의 자산을 교환할 수 있다. 블록체인 3세대에서는 스마트 컨트랙트가 도입되었다. 스마트 컨트랙트(Smart contract)는 블록체인 네트워크의 모든 사람이 확인할 수 있는 프로그래밍 가능한 계약으로, 두 통신 당사자가 계약을 엄격히 준수하도록 동작한다. 블록체인의 기능은 3세대에서 크게 향상되어 세계적인 인기를 얻었고, 몇 가지 다른 중요한 서비스에 대한 응용 분야에 대한 관심이 증가했다. 이상적인 블록체인 기반 데이터 프라이버시의 기본 개념은 데이터 저장소 계층 위에 블록체인 계층을 구축하는 것이다. 소유자는 스마트 컨트랙트를 통해 원하는 ACL을 정의하고, ACL 및 데이터를 암호화한 뒤에 블록체인 트랜잭션에 게시한다. 기존 방식과 달리, 조직은 데이터를 직접 소유하지 않는다. 대신 이들은 블록체인 네트워크의 일부가 되며 ACL이 허용하는 경우에만 데이터를 처리할 수 있다. 데이터 접근을 정의하는 정책은 스마트 컨트랙트 또는 데이터 관리 메시지를 기반으로 한다. 또한 블록체인 메모리가 제한되어 대량의 데이터를 저장할 수 없기 때문에 오프체인 데이터베이스를 사용하여 암호화된 데이터를 저장할 수 있다. 다음에서는 프라이버시 서비스를 제공하기 위해 블록체인 기술을 이용하는 몇 가지 최신 연구들을 분석한다. 소유자는 Taccess 트랜잭션에서 정책 집합을 전송하여 허용 및 접근제어를 변경할 수 있다. 이 정책 집합을 통해 블록체인 노드의 정확성을 검사할 수 있다. 마찬가지로 사용자 또는 서비스 공급자는 앞서 지정한 정책이 충족될 경우, 블록체인 노드가 승인할 Tdata 트랜잭션을 전송하여 데이터에 접근할 수 있다. 반환된 응답(접근 정보 또는 거부 메시지)은 암호화되기 때문에 권한이 없는 사용자는 데이터에 접근할 수 없다. 오프 블록체인 키 값 저장소는 분산된 해시테이블(DHT: Distributed Hash Tables)의 하나인 Kademilia로 구현하고, LevelDB2라는 경량 데이터베이스를 사용하여 지속성 있는 블록체인 인터페이스를 제공한다. DHT는 승인된 읽기/쓰기 트랜잭션을 수행하는 노드 네트워크(블록체인 네트워크와 분리되어있을 수 있음)에 의해 유지·관리된다. 데이터는 노드 전체에서 충분히 무작위화 되고 고가용성을 보장하기 위해 복제된다.