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데이터를 블록이라는 단위로 저장하여 P2P 네트워크상에 분산하여 저장 및 관리하는 블록체인은 2009년 사토시 나카모토라는 가명으로 제안한 논문에 의해 개념이 정의되었다. 블록체인이란 블록 네트워크에 참여하는 모든 사용자가 거래에 대한 기록을 저장하고, 거래에 대한 블록을 추가하면 그에 대한 보상을 제공함으로서 사용자들의 거래내용을 일정 시간 간격으로 지속적으로 블록 네트워크에 추가하는 방식을 이용한다[7][8].

블록체인의 핵심적인 특징은 블록이라는 데이터단위의 연결방식에 있다. 블록데이터가 생성되면, 해당 블록에 대한 해시값을 생성하고, 생성된 해시값은 블록에 대한 주소값으로 사용되며, 블록간의 연결을 위해 이전 블록의 해시값을 헤더에 추가한다[9][10]. 즉, 블록 네트워크에 기록되어있는 블록간에는 이전 블록에 대한 해시값으로 연결되어 있으며, 하나의 블록을 임의로 변경하기 위해서는 이후에 연결되는 모든 블록에 대해 해시값을 위조해야한다는 것이다[11]-[13]. 또한, 전체 네트워크상에서 다수가 인증하는 블록을 정상적인 블록으로 인정하는 합의 알고리즘에 의해 공격자가 임의로 데이터를 위조하기 위해서는 위와 같이 모든 블록에 대한 해시값을 연산함과 동시에, 네트워크상의 사용자중 반수 이상의 다수를 차지해야만 한다. 이와 같은 두 조건에 의해 네트워크상의 사용자가 많을수록, 블록 생성의 주기가 길수록 외부의 공격으로부터 안전한 환경을 만들 수 있게 된다[14][15].

Fig. 1. 
Structure of blockchain

단, 블록체인은 거래기록을 모두에게 공유하기 때문에, 거래 기록에 대한 무결성을 확보할 수 있으나, 비밀성은 확보하기 어렵다는 단점을 가진다.

스마트 컨트랙트란 1996년 Nick Szabo에 의해 최초로 제안된 개념으로 디지털상의 계약조건을 작성하면, 계약 조건에 따라 자동적으로 계약을 실행할 수 있다고 주장하였다. 하지만, 이와 같은 개념은 복사나 위·변조가 쉬운 디지털 데이터에 적용하기 어려웠다[16][17].

하지만 블록 데이터에 대해 무결성을 보장하는 블록체인이 화제가 되면서 디지털 데이터에 대한 무결성 문제가 최소화되자 실시간에 인접한 거래를 가능하게 할 수 있는 기술로서 대두되었다.

블록체인에서의 스마트 컨트랙트는 개발자에 의해 계약 조건과 내용을 개발할 수 있으며, 이에 따라 다양한 분야에서 스마트 컨트랙트를 이용하여 자동적으로 계약을 실행할 수 있게 되었으며, 과정에서 중개인의 필요성이 사라짐에 따라 비용 절감과 정확하고 신속한 처리가 가능하게 되었다[18][19].

그러나, 데이터에 대해 비밀성을 보장할 수 없는 블록체인의 특성상, 스마트 컨트랙트의 내용은 공개될 수 있으며, 개발자의 실수에 의해 악용될 수 있는 여지가 있다는 점에서 신중한 개발이 요구된다.

데이터의 무결성을 강화하는 분산 공유 네트워크라는 특성에 의해 블록체인은 데이터의 공유가 요구되는 분야에서 많은 연구가 수행되고 있다. 본 절에서는 블록체인과 스마트 컨트랙트를 응용하여 진행된 다양한 국내외 연구 동향을 정리하였다.

국내의 연구 사례로 김의현(2018)은 스마트 컨트랙트를 이용한 중고차 매매 플랫폼에 대한 연구를 진행한 사례가 있었으며[20], 김영수(2018)은 커미트먼트 스킴을 응용한 스마트 컨트랙트 기반의 보안 모델을 연구하였다[21]. 이용주(2019)는 스마트 컨트랙트 기반의 스마트 팩토리 주문제작 프로토콜을 연구하는 등 다양한 분야에서 스마트 컨트랙트를 응용하는 사례를 확인하였다[22].

해외의 사례로 Ahmed(2016)은 Hawk라는 프라이버시를 보장하는 스마트 컨트랙트 모델을 연구하였으며[23], Yong(2016)은 블록체인을 기반으로 하는 지능형 교통 시스템을 제안한 바 있다[24]. Yuanyu(2018)은 IoT(Internet of Things)에 대한 분산적이고 신뢰할 수 있는 접근 제어를 제공하기 위한 스마트 컨트랙트 기반 프레임워크를 제안한 사례가 확인되었다[25].

표 1은 제안된 메커니즘에서 사용된 파라메터에 대해 정리한 용어를 보이는 것이다.

블록 데이터 수집 단계는 배터리의 충전이나 교체 과정이 발생되었을 경우, 해당 과정에서 수집된 정보가 차량의 배터리 관리 모듈로 전송되었음을 가정하고 진행된다. 해당 과정에서는 차량의 배터리에 대해 충전이나 교체가 발생할 경우, 차량의 배터리에 대한 정보를 수집한다. 배터리의 정보를 수집하는 과정에서 배터리 수집 정보의 일부로서 초기 대비 충전량 비율과 평균 방전심도를 연산하게 된다. 식 (1)은 배터리의 초기 대비 충전량 비율을 보이는 것이다.

배터리의 초기 대비 충전량 비율은 충전과정에서 수집된 배터리의 충전량을 배터리 교체 당시 수집된 배터리 초기 최대 충전량으로 나누어 초기 대비 감소율을 확인하기 위한 지표로서 사용된다. 식 (2)와 식 (3)은 배터리의 충·방전 과정에서 발생하는 방전심도를 연산하는 과정을 보이는 것이다.

위의 식을 통해 수집된 전기차의 배터리 데이터는 블록데이터로서 기록되며, 이후 스마트 컨트랙트를 이용한 전기차 충전 이력에 대한 관리에 사용된다. 수집된 정보는 다른 사용자에게 유출되지 않도록 공개키 암호화 방식인 RSA 암호화 방식을 기반으로 암호화하고, 공개키는 블록데이터의 기타 데이터로서 첨부한다. 식 (4)는 블록데이터를 암호화하는 과정을 보이는 것이다.

스마트 컨트랙트 기반 데이터 관리 단계는 수집된 블록데이터에 대해 가중치(WX)에 따른 연산을 통해 배터리의 상태를 측정하고, 측정된 정보를 사용자에게 제공함으로서 배터리의 관리를 보조하는 과정을 의미한다. 스마트 컨트랙트는 배터리가 충전 또는 교체될 경우 발생하게 되며, 발생 과정에서 블록에 기록된 공개키를 기반으로 데이터를 찾고, 해당 데이터에 대해 차량의 모듈로부터 사용자의 개인키를 받아 블록데이터의 복호화를 진행한다. 배터리 상태에 대해 측정하는 과정에서 블록데이터에 대해 중요도에 따라 설정된 가중치를 곱하여 최종적인 상태값을 작성하고 사용자에게 전송한다. 식 (5)는 상태값을 작성하는 과정을 보이는 것이다.

가중치 연산 과정에는 L_BR, L_CD, B_MCR, A_DOD, NC, DD의 6가지 지표를 적용한다. 가중치 연산을 통해 구해진 상태값은 수치에 따라 표 2와 같은 3가지 상태로 구분될 수 있다.

제안 메커니즘은 전기차의 배터리의 충전 이력을 관리한다는 점에서 충전 과정에서 전기차 사용자, 충전 인프라와 블록 네트워크의 3가지 구성요소가 요구된다. 전기차의 배터리 충전이 수행되면 전기차의 클라이언트단에서는 충전 인프라에 사용자를 인증하기 위한 정보를 전달하고, 충전 인프라는 블록 네트워크상에 기록된 충전이력을 사용자 인증 정보를 통해 획득한다. 이후 전기차 인프라는 충전 이력을 전기차 클라이언트의 공개키로 암호화하여 전기차 클라이언트에 전송한다. 동시에 충전이력을 해시화하여 블록 네트워크에 전송한다. 블록 네트워크는 충전 인프라로부터 받은 해시를 통해 동일 해시를 가지는 데이터를 받을 경우 블록을 생성한다. 전기차 클라이언트는 충전이력을 자신의 개인키로 복원하여 데이터를 확인하고 블록 네트워크에 본인임을 증명하여 블록을 생성하기 위해 사용자 인증 정보와 EV 충전이력, 충전이력의 해시값을 블록 네트워크로 전송한다. 블록 네트워크는 충전 인프라로부터 받은 해시값을 기반으로 전기차 클라이언트로부터 받은 충전이력을 해시화하여 동일값임을 인증하고 블록에 기록한다. 그림 4는 제안 메커니즘의 데이터 흐름을 보이는 것이다.

Fig. 4. 
Proposed mechanism data transfer design