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스마트 컨트랙트의 개념은 1996년 Nick Szabo에 의해 제안되었으며, 작성되어 있는 디지털상의 계약조건이 만족되면 자동적으로 계약을 실행하는 방법을 의미한다[8][9]. 하지만 계약에 대한 신뢰성을 보장하기 어려웠으며, 계약조건의 무결성을 보장하기 어렵다는 단점으로 인해 실현에 어려움이 존재하였다[10]-[12].

이와 같은 문제를 데이터에 대한 무결성을 보장하는 블록체인 기술이 제안됨에 따라 계약 조건과 계약에 대한 신뢰성을 확보할 수 있게 되었으며, 정해진 조건에 의해 계약을 수행하기 때문에 계약에 요구되는 중계 과정이 간략화 되었다[13][14]. 또한, 실시간에 가까운 거래가 가능하게 되었으며, 중계 과정의 간략화에 따라 수수료를 절감할 수 있게 되었다[15][16].

RBAC(Role-Based Access Control)은 사용자의 접근을 제어하기 위한 접근제어 기법으로, 사용자의 역할에 기반하여 접근을 제어한다[17][18]. 다수의 접근 권한자가 존재할 경우 많이 채택되는 방식으로 사전에 역할을 정의하고, 접근 권한자에 해당하는 역할을 부여함으로서 역할에 허가된 접근만을 허가함으로서 권한을 벗어나는 자료에 대한 접근을 제어하여 불필요한 자료의 유출을 방지할 수 있도록 한다[19][20].

Fig. 1. 
Role based access control concept

데이터에 대한 무결성을 보장하는 블록체인을 적용한 접근제어 기법은 IoT, 의료기록과 같은 분야에서 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 절에서는 블록체인에 접근제어를 접목한 연구사례를 소개한다.

Oscar(2018)의 연구사례는 지리적으로 분산된 센서네트워크에 적용 가능한 접근제어 시스템을 제안하였으며[21], Aafaf(2017)의 연구사례는 IoT에 접목하여 접근 권한의 부여, 획득, 위임, 취소에 사용되는 트랜젝션을 블록체인에 적용하였다[22]. Asaph(2016)의 연구사례는 의료 연구를 목적으로 블록체인을 기반으로 하는 데이터 공유 메커니즘을 제안하였다[23].

스마트 컨트랙트를 적용한 RBAC 연구사례로는 사용자의 역할 소유를 확인하는 인증 프로토콜을 연구한 Jason(2018)의 연구사례[24]와 블록체인에 기록되는 역할 관리가 관리자에 의해 진행할 수 있도록 하는 Yongjoo(2018)의 연구사례[25]가 있다.

사용자의 접근 권한에 대한 생성/변경/삭제와 같은 권한 수정은 관리자에 의해서만 진행될 수 있다. 사용자의 접근 권한 변경이 요구되는 경우, 관리자는 관리 시스템에 권한 변경을 요청하고 관리자에 대한 인증 절차를 진행한다. 관리자의 인증키는 대칭키 암호 알고리즘은 AES(Advanced Encryption Standard)를 이용하여 관리자와 관리 시스템이 공유하는 비밀키를 이용하여 전송된다. 식 (1)은 관리자 인증 키 암호화 과정을 보이는 것이다.

암호화된 관리자 인증키를 받은 관리 시스템은 인증키를 복호화하고, 관리자 인증키에 대해 블록에 기록되어 있는 데이터를 요청하여 기록되어있는 인증키와 대조하여 정당한 관리자임을 확인한다. 식 (2)는 관리자 인증키를 복원하는 과정을 보이는 것이다.

관리자임이 인증되면 관리 시스템은 블록 네트워크에 기록된 접근 권한 목록을 요청하고, 해당 기록을 관리자에게 반환한다. 관리자는 접근 권한 목록에서 변경하고자 하는 사용자의 역할을 관리 시스템에 전달하고, 관리 시스템은 관리자의 정보와 관리자가 요청한 사용자의 역할을 변경한 기록을 블록데이터로 생성하여 블록 네트워크에 기록하고 블록 네트워크는 생성된 블록의 내용을 관리 시스템에 전달한다.

그림 4는 관리자에 의해 사용자의 접근 권한을 변경하는 과정을 보이는 순서도이다. 접근 권한의 생성/변경/삭제의 3가지 접근 권한 수정에 대해 아래의 그림과 같은 과정을 통해 수행된다.

Fig. 4. 
Process for changing the administrator's user access permission

사용자는 데이터에 접근을 요청할 수 있고, 이를 수정할 수 있다. 사용자는 데이터를 요청하기 위해 관리 시스템에 자신의 식별키와 요청하고자하는 데이터를 관리 시스템으로 전송한다. 여기서 암호화키는 공개키 알고리즘인 RSA를 적용하며, 사용자는 비밀키를 사용하여 자신의 식별키와 요청 데이터를 암호화한다. 식 (3)은 사용자의 요청 데이터에 대한 암호문을 생성하는 것을 보이는 것이다.

관리 시스템은 다수의 사용자로부터 공개키로 암호화된 암호문을 받아 비밀키로 복원하며, 복원된 사용자의 식별키를 통해 사용자의 권한을 확인한다. 식 (4)는 사용자의 정보를 복호화하는 과정을 보이는 것이다.

블록체인에서는 사용자의 권한 기록 대조 요청을 받으면 스마트 컨트렉트에 의해 사용자 권한 블록에 기록되어 있는 사용자의 권한 기록을 관리 시스템에 제공하고, 사용자의 접근 기록에 대해 공개키 기반의 암호화가 진행된 블록데이터를 생성한다. 암호화된 블록데이터는 블록 네트워크에 기록되고, 공개키에 의해 암호화된 블록은 이후 해당 블록을 찾기 위해 공개키를 같이 저장함으로서 저장된 공개키는 이후 하나의 식별키로 작용하여 계약 기록을 찾기위한 역할을 수행할 수 있다. 또한 프라이빗 블록체인에 연결되어 있는 다른 접근권한 관리자와는 서로 다른 암호키를 적용하여 시스템 내에서 다른 관리자의 정보를 확인할 수 없도록 한다.

그림 5는 사용자가 데이터를 요청하거나, 추가 또는 수정하는 과정을 보이는 것이다.

Fig. 5. 
User data request course

RBAC-SC(Smart Contract)는 2018년 Jason에 의해 제안된 방식으로 스마트 컨트랙트를 이용하여 RBAC을 구현하는 방법을 소개하였다[24]. RBAC-SC는 전자결제 시스템에 적용하기 위한 방법으로 사용자의 역할을 인증하는 Role Issuer, 역할에 따른 서비스를 제공받고자 하는 User, 역할에 따른 서비스를 제공하는 Service Provider의 3가지로 구성된다. 먼저 Role Issuer이 User에 대한 역할을 할당하고 블록체인에 기록하면, User는 할당된 역할을 이용하여 Service Provider에게 역할에 맞는 서비스를 요청한다. Service Provider는 Role Issuer에 의해 생성된 블록 데이터에 User의 역할 검증을 요청한다. 역할 검증은 Smart Contract에 의해 진행되며, 역할이 검증되면 Service Provider는 User에게 역할에 맞는 서비스를 제공하는 방식이다.

RBAC-PAC(Permission Attribute Certificate)는 2018년 이용주에 의해 제안된 방식으로 스마트 팩토리의 물류관리를 위한 방법을 소개하였다[25]. RBAC-PAC는 PAC가 할당되는 주체가 역할에 있다. ACI(AC Issuer)라는 인증기관에서 PAC를 발급을 위한 공개키를 블록체인을 이용하여 배포하고, 관리자가 특정한 규칙에 따른 PAC에 대한 발급이나 갱신을 요청하면 ACI에서는 PAC을 발급하고 비밀키로 서명하며, 관리자는 발급된 트랜젝션을 블록체인에 등록한다. 등록된 트랜젝션은 노드에 브로드캐스팅을 사용하여 블록을 생성하고, AC Verifier는 역할에 대한 PAC를 찾아 공개되어있는 공개키로 복호화하여 접근제어를 적용하는 방식이다.

본 논문에서 제안하는 내용은 접근권한을 블록체인에서 관리함으로서 접근권한의 무결성을 강화하는 것을 목적으로 하며, Admin에 의해 블록체인에 접근 권한을 기록하고, 사용자가 데이터에 접근을 요청하는 경우, 블록체인의 접근권한 기록을 공개키로 암호화하여 DB로 전송한다. DB에서는 저장되어있는 비밀키를 이용하여 받은 접근권한 기록을 복원하고, 사용자에게 할당된 권한이 정당할 경우, 사용자가 가진 비밀키에 대응하는 공개키를 이용하여 데이터를 전송하는 방법으로 그림 6과 같은 차별성을 가진다.

Fig. 6. 
Comparative analysis with existing research