KR102540052B1

KR102540052B1 - 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법

Info

Publication number: KR102540052B1
Application number: KR1020210131029A
Authority: KR
Inventors: 홍성혁; 송영준
Original assignee: 백석대학교산학협력단
Priority date: 2021-10-01
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-06-02
Also published as: KR20230047776A

Abstract

본 발명은 블록체인 기반의 IoT 네트워크를 개방형 분산 네트워크로 구성하고, 사물 인터넷(IoT) 디바이스로부터 데이터를 수집할 때 수집되는 데이터에 대한 정책 등을 블록체인망에 저장하고, 해당 데이터를 조회할 때 블록체인망에 저장된 정책 등을 확인한 후 조회하는, 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법으로서, IoT 디바이스와 네트워크 서버로 구성되는 다수의 IoT 네트워크; 데이터를 저장하는 클라우드 스토리지; 및, 상기 네트워크 서버를 블록체인 노드로 구성하는 블록체인망을 포함하고, 상기 네트워크 서버는 자신의 IoT 네트워크에 속하는 IoT 디바이스에서 수집된 데이터를 상기 클라우드 스토리지에 저장하고, 상기 데이터에 대한 저장 주소, 데이터 정책, 데이터 트랜잭션 정보를 상기 블록체인망에 기록하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 시스템 및 방법에 의하여, 수집 데이터에 대한 정책 등을 블록체인망에 기록함으로써, IoT 네트워크를 개방형 분산 네트워크로 구성하더라도, 각각의 노드에서 유연한 데이터 공유가 가능하고, 데이터 조작에 의한 취약성 문제점을 해결할 수 있다.

Description

블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법 { An internet of things network system based on blockchain and the management method thereof }

본 발명은 블록체인 기반의 IoT 네트워크를 개방형 분산 네트워크로 구성하고, 사물 인터넷(IoT) 디바이스로부터 데이터를 수집할 때 수집되는 데이터에 대한 정책 등을 블록체인망에 저장하고, 해당 데이터를 조회할 때 블록체인망에 저장된 정책 등을 확인한 후 조회하는, 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비트코인(Bitcoin) 이후 이더리움(Ethereum), 이오스(Eos), 폴카닷(Polkadot) 등 수십개의 블록체인 플랫폼이 개발되어 시중에 나오면서 블록체인 생태계는 빠르게 발전하고 있다[비특허문헌 1]. 다양한 목적을 가진 블록체인 플랫폼들의 개발은 많은 수의 플랫폼 별 코인과 토큰을 탄생시켰다. 그러나 이렇게 개발된 블록체인과 디지털 자산들은 대부분 독립되고 고립된 상태로, 개발된 해당 블록체인 플랫폼 내에서만 이용된다. 대표적인 예로 이더리움 플랫폼의 주요 기능인 스마트 컨트랙트와 디앱(Dapp)을 비트코인에서 사용할 수 없는 것을 들 수 있다.

이러한 문제점, 즉, 블록체인 간 상호운용성 문제는 각 블록체인 플랫폼들을 연결하는 역할을 수행하는 인터체인 프로젝트 또는 해당 블록체인에 다른 하위 체인을 연결시켜서 기능을 추가할 수 있는 사이드체인 프로젝트 등 다양한 방식으로 나아갈 수 있다. 상호운용성 문제를 해결한 블록체인은 고립된 상태를 벗어나서 타 블록체인과의 교류를 통한 다양한 이점을 얻을 수 있다. 그 예로 서로 다른 체인 간 디지털 자산의 이동, 스마트 컨트랙트 기능이 없는 체인에서의 컨트랙트 호출 기능, 보안성 위탁, 확장성 문제 등을 해결할 수 있다는 이점이 있다[비특허문헌 2]. 대표적인 예로 루트스탁(Rootstock)은 비트코인에 자체 체인을 연결하는 사이드 체인 프로젝로써 비트코인(Bitcoin)에 이더리움(Ethereum)의 스마트 컨트랙트를 호출할 수 있게 했다. 또한, 서로 간의 자산 이동을 가능하게 하고 루트스탁(Rootstock)의 빠른 TPS로 비트코인의 문제점인 느린 트랜잭션(Transaction) 처리속도와 낮은 범용성을 해결하고 머지 마이닝(Merge-mining), 채굴자가 병합채굴을 할 때 비트코인 채굴 시 일정량의 사이드체인 코인을 보상하여 비트코인의 장점인 보안성과 안정성을 확보하는 플랫폼이다[비특허문헌 3-4]. 전 세계의 컴퓨터가 연결되어 네트워크가 형성된 인터넷처럼 이러한 블록체인의 상호운용성 문제에 대한 해결은 각 블록체인 프로젝트를 연결한 네트워크를 형성함으로써 완벽한 블록체인 생태계의 구축으로 발전할 수 있다.

한편, 현재 4차 산업혁명에서 제일 주목받는 기술은 인공지능인 AI(Artificial Intelligence)와 블록체인일 것이다. 인공지능과 블록체인 두 기술은 저마다 서비스, 기술, 제조, 금융 분야 등 계속해서 많은 분야로 혁신해 나가고 있다. 그 일례로 맥킨지(McKinsey)에서 발표한 글로벌 AI 실태조사에서 하나 이상의 기능별 조직에 인공지능 AI를 도입해서 운용중인 기업은 약 48%로 나타났고 APEC(Asia-Pacific Economic Cooperation) 인공지능 보고서에서 AI 정책 중요도 격상과 회원국 간 AI 협력 강화에 대한 내용 등 AI의 중요성이 앞으로 더욱 커질 것임을 시사했다. 또한 블록체인은 IT 리서치 전문기관 가트너가 기술의 초기 상태에서 벗어나 이전보다 넓은 활용 사례와 영향력을 보이며 향후 정점에 오를 기술로서 블록체인을 선정하고 있다[비특허문헌 5-6].

이처럼 4차 산업혁명을 주도하는 기술로서 각각의 가치도 크지만 블록체인과 인공지능 기술의 접점을 찾아 결합하려는 혁신이 일어나고 있다. 두 기술에 존재하는 한계를 결합을 통해 보완하고 장점을 극대화하는 시너지 효과가 일어날 것이라고 기대하기 때문이다. 머신러닝에 기반을 둔 인공지능의 경우 무수한 정보와 많은 변수들을 기반으로 결정을 내리는데 정보들 속에 검증되지 않은 정보가 존재할 경우 인공지능이 잘못된 결정을 내리는 경우가 존재할 수 있다. 이런 경우 인공지능에 블록체인을 도입해서 인공지능의 의사결정 과정을 블록체인의 타임 스탬프 등을 이용해서 부분별로 기록하여 인간이 인공지능의 결정을 이해하고 추적하는 것에 도움을 줘서 딥러닝(Deep Learning)의 블랙박스 문제를 해결할 수 있을 것이다. 또한, 탈중앙화 된 블록체인을 이용해 파편화 되어있는 정보들을 참여자들 끼리 공유하고 검증하는 과정을 통해 인공지능이 학습하는 정보들에 신뢰성과 무결성을 제공할 수 있을 것이다[비특허문헌 7-9].

블록체인의 경우에도 거래간 블록체인 상에 기록된 정보를 통해 개인의 신원 정보를 알아낼 수 있는 문제를 모네로, 지캐시 등 프라이버시 코인을 통해 송금에서의 개인정보 문제를 일정 부분 해결했지만 스마트 컨트랙트 과정에서의 데이터 개인정보는 완벽하게 보호하지 못한다. 이 문제를 인공지능 알고리즘을 통해 해당 취약점을 공격하는 해커들의 해킹 시도를 사전에 방지하거나 다른 블록으로 까지 피해가 번지지 않게 하는 등의 피해 확산 방지 기능을 구현할 수 있다. 블록체인 합의 알고리즘 메커니즘의 문제인 높은 에너지 소비, 지분 증명에서의 소수 참가자의 독점 등의 문제를 인공지능을 통해 합의 메커니즘을 개선해서 효율성을 제고할 수 있고 체인 상 저장된 정보가 늘면서 비대해진 블록을 정리하는 인공지능을 이용한 블록 노드간 분산 알고리즘을 적용할 수 있을 것이며 트랜잭션 검증 최소화를 통해 빠른 TPS(Transaction per Second)를 구현할 수도 있을 것이다[비특허문헌 9-12].

인공지능과 블록체인의 결합 사례인 코르텍스(CTXC)는 블록체인과 인공지능을 결합한 최초의 프로그래밍 암호화폐 플랫폼이다. 코르텍스는 인공지능 모델을 스마트 컨트랙트에 구현하여 인공지능 추론 합의 기능을 사용 가능할 수 있게한다. 플랫폼 자체적으로 인공지능 모델의 호환성을 통해 사용자가 직접 인공지능 다프(Dapp)를 구현하는 것도 가능하다. 기존 이더리움은 중앙처리장치를 통해 스마트 컨트랙트를 처리했는데 CPU의 연산능력으론 복잡한 코드를 지닌 인공지능 모델을 구현하기 어려웠다. 따라서 코르텍스는 GPU(Graphics Processing Unit)와 프로그래밍 가능한 반도체인 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 풀노드(Full Node)에 이용해서 인공지능 모델을 구현할 수 있게 했다. 코르텍스는 향후 머신러닝 등의 응용 프로그램 상에서 데이터 개인정보와 지적 재산을 모델링 하기 위해서 영지식증명(Zero-Knowledge Proof), 동형암호 등을 이용해서 정보 보호 메커니즘을 적용할 계획이다[비특허문헌 13].

인공지능 전문 업체인 마인즈랩(Minds Lab)은 블록체인 AI 기업인 딥브레인체인(DeepBrain Chain)과 제품 개발 협력과 기술개발을 목표로 협력하고 있다. 원고 녹음 서비스인 마음에이아이, 인공지능 금융비서 하이뱅킹(HAI Banking) 등 고객 지원 서비스를 주로 개발하는 마인즈랩에서 블록체인 도입을 통한 분산화와 개인화로 인공지능 학습과정에서의 데이터 보안성과 효율성을 높이는 것이다.

상기 사례들처럼 이러한 블록체인과 인공지능의 결합은 더욱 발전된 서비스를 제공하고 새로운 비즈니스, 기술 모델들이 나오는데 도움을 주고 혁신을 가속화 할 것이다.

또한, 도 1은 기술 융합 트렌드의 변화 과정을 설명한 것으로 기존의 소셜, 모바일, 클라우드의 융합에서 새로운 디지털 시대의 발전은 AI, 블록체인(Blockchain), 사물인터넷(IoT) 기술이 각각 자신들 영역의 저변을 넓혀가면서 IoT가 데이터를 소유하고, 블록체인(Blockchain)이 관리하며, AI에 의해 서비스가 이루어지는 등의 융합 모델이 계속 나타날 것이다[비특허문헌 14].

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본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블록체인 기반의 IoT 네트워크를 개방형 분산 네트워크로 구성하고, 사물 인터넷(IoT) 디바이스로부터 데이터를 수집할 때 수집되는 데이터에 대한 정책 등을 블록체인망에 저장하고, 해당 데이터를 조회할 때 블록체인망에 저장된 정책 등을 확인한 후 조회하는, 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 관한 것으로서, IoT 디바이스와 네트워크 서버로 구성되는 다수의 IoT 네트워크; 데이터를 저장하는 클라우드 스토리지; 및, 상기 네트워크 서버를 블록체인 노드로 구성하는 블록체인망을 포함하고, 상기 네트워크 서버는 자신의 IoT 네트워크에 속하는 IoT 디바이스에서 수집된 데이터를 상기 클라우드 스토리지에 저장하고, 상기 데이터에 대한 저장 주소, 데이터 정책, 데이터 트랜잭션 정보를 상기 블록체인망에 기록하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 클라우드 스토리지는 상기 네트워크 서버들로 구성되는 네트워크를 기반으로 오버레이 네트워크 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 네트워크 서버는 블록체인 노드로서 역할을 수행하기 위하여 자신의 블록체인 원장을 구비하고, 상기 블록체인 원장은 데이터 저장 주소, 데이터 정책, 데이터 데이터 트랜잭션을 기록한 블록들을 체인으로 구성하여 보유하고, 블록체인 원장을 다른 네트워크 서버와 동기화 하여 보유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 네트워크 서버는 상기 IoT 디바이스로부터 데이터를 수집하여 저장하거나 데이터를 조회 하면, 데이터 저장 주소, 데이터 접근 권한, 저장/조회 트랜잭션 정보를 블록으로 구성하여 자신의 블록체인 원장에 추가하고, 추가된 블록 정보를 다른 네트워크 서버에 전파하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 네트워크 서버는 자신의 블록체인 원장에 접근함으로써 상기 블록체인망에 접근할 수 있고, 자신의 블록체인 원장을 조회하거나 자신의 블록체인 원장에 블록을 추가하여 갱신함으로써, 상기 블록체인망에 접근하여 블록체인을 조회하거나 블록체인에 블록을 추가하여 갱신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 시스템은, (a1) 상기 IoT 디바이스에서 자신이 속하는 IoT 네트워크의 네트워크 서버로 데이터를 송신하는 단계; (a2) 상기 네트워크 서버는 상기 블록체인망에 접근하여, 해당 데이터의 저장 허용 여부를 요청하는 단계; (a3) 상기 블록체인망에서, 해당 데이터의 저장 권한의 데이터 정책을 확인하는 단계; (a4) 해당 데이터의 저장이 승인되면, 상기 네트워크 서버에서, 해당 데이터를 상기 클라우드 스토리지에 저장하는 단계; (a5) 해당 데이터를 상기 오버레이 네트워크 구조에 따라 상기 네트워크 서버에 전송하여 저장하게 하는 단계; (a6) 상기 클라우드 스토리지에서, 해당 데이터의 저장 주소를 상기 네트워크 서버로 전송하는 단계; 및, (a7) 상기 네트워크 서버에서 해당 데이터의 저장에 대한 트랜잭션을 상기 블록체인망에 저장하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 시스템은, (b1) 상기 네트워크 서버는 데이터 조회에 대한 요청을 수신하는 단계; (b2) 상기 네트워크 서버는 상기 블록체인망에 해당 데이터의 조회 권한에 대한 조사를 요청하는 단계; (b3) 상기 블록체인망에서, 해당 데이터의 조회 권한, 및, 해당 데이터의 저장 주소를 확인하는 단계; (b4) 해당 데이터의 조회가 승인되면, 상기 네트워크 서버에서, 해당 데이터의 저장 주소를 상기 클라우드 스토리지에 전송하는 단계; (b5) 상기 클라우드 스토리지에서 해당 데이터의 저장 주소를 이용해서 해당 데이터를 조회하는 단계; (b6) 상기 클라우드 스토리지에서, 조회한 데이터를 상기 네트워크 서버로 전송하는 단계; (b7) 상기 네트워크 서버에서 조회 내역에 대한 트랜잭션을 상기 블록체인망에 저장하는 단계; 및, (b8) 상기 네트워크 서버에서 요청받은 데이터를 공급자에게 회신하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 IoT 네트워크는 다수의 IoT 디바이스와, 하나의 네트워크 서버로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서, 상기 IoT 네트워크는 LPWA(Low Power Wide Area) 규격에 의해 상호 통신되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 IoT 디바이스와 네트워크 서버로 구성되는 다수의 IoT 네트워크를 포함하는 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템의 데이터 관리 방법에 관한 것으로서, (c1) 상기 IoT 디바이스에서 자신이 속하는 IoT 네트워크의 네트워크 서버로 데이터를 송신하는 단계; (c2) 상기 네트워크 서버는 블록체인망에 접근하여, 해당 데이터의 저장 허용 여부를 요청하는 단계; (c3) 상기 블록체인망에서, 해당 데이터의 저장 권한의 데이터 정책을 확인하는 단계; (c4) 해당 데이터의 저장이 승인되면, 상기 네트워크 서버에서, 해당 데이터를 클라우드 스토리지에 저장하는 단계; (c5) 상기 클라우드 스토리지에서, 해당 데이터의 저장 주소를 상기 네트워크 서버로 전송하는 단계; 및, (a6) 상기 네트워크 서버에서 해당 데이터의 저장에 대한 트랜잭션을 상기 블록체인망에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템의 데이터 관리 방법에 있어서, 상기 방법은, (d1) 상기 네트워크 서버는 데이터 조회에 대한 요청을 수신하는 단계; (d2) 상기 네트워크 서버는 상기 블록체인망에 해당 데이터의 조회 권한에 대한 조사를 요청하는 단계; (d3) 상기 블록체인망에서, 해당 데이터의 조회 권한, 및, 해당 데이터의 저장 주소를 확인하는 단계; (d4) 해당 데이터의 조회가 승인되면, 상기 네트워크 서버에서, 해당 데이터의 저장 주소를 상기 클라우드 스토리지에 전송하는 단계; (d5) 상기 클라우드 스토리지에서 해당 데이터의 저장 주소를 이용해서 해당 데이터를 조회하는 단계; (d6) 상기 클라우드 스토리지에서, 조회한 데이터를 상기 네트워크 서버로 전송하는 단계; (d7) 상기 네트워크 서버에서 조회 내역에 대한 트랜잭션을 상기 블록체인망에 저장하는 단계; 및, (d8) 상기 네트워크 서버에서 요청받은 데이터를 공급자에게 회신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템의 데이터 관리 방법에 있어서, 상기 블록체인망은 모든 네트워크 서버를 각각 블록체인 노드로 하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템의 데이터 관리 방법에 있어서, 상기 클라우드 스토리지는 모든 네트워크 서버들로 구성되는 네트워크를 기반으로 오버레이 네트워크 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법에 의하면, 수집 데이터에 대한 정책 등을 블록체인망에 기록함으로써, IoT 네트워크를 개방형 분산 네트워크로 구성하더라도, 각각의 노드에서 유연한 데이터 공유가 가능하고, 데이터 조작에 의한 취약성 문제점을 해결할 수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템 및 그 관리 방법에 의하면, IoT 네트워크를 개방형 분산 네트워크로 구성하되 블록체인망에 의해 트랙잭션 데이터가 공유됨으로써, 한 부분에서 장애가 발생해도 데이터의 분산 공유로 인해 장애 전파가 최소화되고 장애가 발생한 서버 대신 다른 서버에서 제한적으로 기능을 대체할 수 있는 효과가 얻어진다.

도 1은 종래기술에 따른 기술 용합 트렌드의 변화 과정을 도식화한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 대한 구성도.
도 3은 종래 기술에 따른 사물 인터넷 네트워크 시스템에 대한 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에서 데이터를 저장하는 과정을 도식화한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에서 데이터를 저장하는 방법을 설명하는 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에서 데이터를 조회하는 과정을 도식화한 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에서 데이터를 조회하는 방법을 설명하는 흐름도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에서 IoT 디바이스의 상태를 조회하는 과정을 도식화한 도면.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템의 구성에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템은 IoT 디바이스(10), IoT 디바이스(10)로부터 데이터를 수집하는 네트워크 서버(20), 데이터를 저장하는 클라우드 스토리지(50), 각 네트워크 서버(20)를 노드(70)로 하는 블록체인망(70)으로 구성된다.

먼저, IoT 디바이스(10)는 통상의 IoT 디바이스로서, 데이터를 생성하거나 수집하여 네트워크 서버(20)로 전송하는 디바이스이다. 바람직하게는, LPWA(Low Power Wide Area) 규격에 의한 IoT 디바이스이다. 일례로서, IoT 디바이스(20)는 LPWA 규격에 따라 데이터를 통신하는 마우스 등 소형 전자기기, 와치 등 웨어러블 기기, 헬스케어 기기 등이다.

또한, 다수의 IoT 디바이스(10)들은 하나의 네트워크 서버(20)를 중심으로 IoT 네트워크(30)를 구성한다. 또한, IoT 네트워크(30)는 LPWA 규격에 따라 형성된다. 또한, 네트워크 서버(20)는 각 IoT 디바이스(10)로부터, 각 디바이스가 생산하거나 수집한 데이터를 수신하여 수집한다.

또한, 네트워크 서버(20)는 다수 개가 존재하고, 각 네트워크 서버(20)는 하나의 IoT 네트워크(30)를 형성한다. 또한, 다수의 IoT 네트워크(30)들은 개방형 분산 네트워크로 구성된다. 즉, 네트워크 서버(20)는 적어도 1개의 다른 네트워크 서버와 연결되어 통신할 수 있다.

한편, 각 네트워크 서버(20)는 블록체인망(70)의 하나의 블록체인 노드(60)로서 참여한다. 즉, 각 네트워크 서버(20)는 하나의 블록체인 노드(60)로서 블록체인망(70)에 연결된다. 또한, 각 네트워크 서버(20)는 적어도 2개 이상의 다른 네트워크 서버와 연결된다.

또한, 각 네트워크 서버(20)는 블록체인 노드(60)로서 역할을 수행하기 위하여, 자신의 블록체인 원장(미도시)을 구비한다. 블록체인 원장은 접근권한 등 데이터 정책 또는 데이터 조회/저장 등 데이터 거래(또는 데이터 트랜잭션)를 기록한 블록들을 체인으로 구성하여 보유한다. 즉, 각 네트워크 서버(20)는 데이터 정책/거래 정보의 원장(또는 블록체인 원장)을 복제하여 저장한다. 따라서 모든 네트워크 서버(20)는 블록체인 노드(60)로서 서로 동기화 하여, 동일한 블록체인 원장을 보유한다.

구체적으로, 하나의 블록은 데이터 정책/거래 정보를 기록한다. 특히, 각 데이터 정책/거래 정보의 해쉬값을 구하여, 해쉬값들을 블록 체인으로 구성한다. 이때, 블록체인 원장은 각 데이터 정책/거래 정보의 해시값들을 블록들의 체인으로 구성한 블록체인과, 데이터 정책/거래 정보 자체를 모두 포함한다. 블록체인 원장의 데이터 정책/거래 정보(또는 블록)를 열람함으로써 해당 블록 또는 데이터 정책/거래의 내용을 열람할 수 있고, 블록체인의 해시값을 인증함으로써 해당 정보의 진위 여부를 검증할 수 있다.

특히, 각 네트워크 서버(20)는 IoT 디바이스(10)로부터 데이터를 수집하여 저장하거나 데이터를 조회 하면, 데이터 저장 주소, 데이터 접근 권한, 저장/조회 거래 정보 등 데이터 관련 정보를 블록으로 구성하여 자신의 블록체인 원장에 추가하고, 추가된 블록 정보를 다른 네트워크 서버(20)에 전송(전파)한다. 추가되는 정보 또는 블록은 기존의 블록체인 원장에 블록체인으로 추가된다.

또한, 다른 네트워크 서버들은 앞서 갱신한 네트워크 서버(20)로부터 추가되는 블록 정보를 수신하여, 자신의 블록체인 원장에 블록 정보를 추가한다. 바람직하게는, 네트워크 서버(20)는 자신의 주변에 위치하는 네트워크 서버들에게, 추가되는 블록체인에 대한 갱신 정보(추가 정보)를 전송하고, 주변의 네트워크 서버들은 블록체인에 대한 갱신 정보를 자신의 블록체인 원장에 기록하고, 또 다시 자신의 주변의 클라이언트들에게 전송한다. 따라서 블록체인망(70) 내에 위치하는 모든 네트워크 서버(20)들은 블록체인 원장을 동기화 하여 모두 동일한 블록체인 원장을 보유하게 된다.

한편, 네트워크 서버(20)는 자신의 블록체인 원장에 접근함으로써 블록체인망(70)에 접근할 수 있다. 즉, 블록체인 원장을 조회하거나 블록체인 원장에 블록을 추가하여 갱신함으로써, 블록체인망(70)에 접근하여 블록체인을 조회하거나 블록체인에 블록을 추가하여 갱신한다.

여기서, 데이터 관련 정보는 저장 주소, 접근권한 등 데이터 정책, 데이터 거래 정보이며, 데이터 거래 정보는 데이터의 저장 또는 조회에 대한 정보들(저장/조회 시간, 저장/조회 주체 등)을 말한다.

한편, 각 네트워크 서버(20)는 자신의 IoT 네트워크(30)(IoT 네트워크에 속하는 IoT 디바이스)에서 수집된 데이터를 클라우드 스토리지(50)에 저장한다.

바람직하게는, 클라우드 스토리지(50)는 모든 네트워크 서버(20)들로 구성된 네트워크를 기반으로 구성된다. 각 네트워크 서버(20)는 클라우드 스토리지(50)에서 데이터를 저장하는 서버 노드로서 참여한다. 즉, 클라우드 스토리지(50)는 하나의 가상의 저장 공간으로 형성되어, 데이터의 저장이나 조회는 가상 저장 공간 상에서 이루어지나, 실제 데이터는 네트워크 서버(20)에 매핑되어 저장된다. 특히, 데이터의 저장 위치는 클라우드 스토리지(50)의 가상의 저장 공간에 의한 주소로 표시된다.

이때, 클라우드 스토리지(50)는 접근성이나 안정성 등을 고려하여 네트워크 서버(20)에 매핑되어 저장되며, 적어도 2개 이상의 네트워크 서버(20)에 저장될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 클라우드 스토리지(50)와 네트워크 서버(20) 간의 매핑 구조는 통상의 오버레이 네트워크의 구조로 형성된다. 즉, 클라우드 스토리지(50)는 네트워크 서버(20)들의 네트워크를 기반으로 별도의 노드들과 논리적 링크들을 구성하여 하나의 가상 스토리지 네트워크를 구성한다.

즉, 블록체인 클라우드에서, 블록에 데이터 관련 정보를 저장하고 오버레이 네트워크를 통해서 네트워크에서 전체 데이터를 공유하는 것이 아닌 해당 데이터를 필요할 때마다 P2P 방식으로 공유받는다.

IoT 네트워크(30)에서 센서 및 기술의 발전으로 관련 데이터가 증가하고 있으므로, 전체 데이터 관리를 모두 블록체인 기술에 적용하는 것은 어렵다. 따라서 데이터 관련 정보만을 블록체인으로 관리하고, 데이터들은 네트워크 서버(20)에 저장한다. 특히, 네트워크 서버(20)들을 클라우드 스토리지(50)로 가상화 하여 관리함으로써, 필요한 데이터만 전송할 수 있다. 따라서 블록체인 클라우드 스토리지 또는 기존의 서버에 저장해 두는 클라우드 스토리지를 거쳐서, 블록체인 네트워크를 통해서 필요한 데이터만 전송함으로써, 블록체인을 통한 이점을 가질 수 있도록 구성한다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 블록체인 기반 IoT 네트워크 시스템은 블록체인을 기반으로 한 IoT의 데이터 거래 모델로서, 데이터에 대한 수집과 제어의 불균형 문제와 기존의 구조 불안정성을 완화하고 IoT 기술 활용을 극대화 할 수 있다. 이 과정에서 사용자는 따로 IoT 데이터 인프라를 구축하지 않고도 데이터를 생산해서 판매할 수도 필요한 데이터를 적절하게 구매할 수도 있다.

기존의 IoT에서 데이터를 수집하는 방식은 센서 네트워크를 활용하는 방식이었다. 하지만 이런 방식의 IoT 네트워크 구성방식은 사용자가 설치하고 운용한다는 자원 제약적 한계를 가지게 된다는 문제가 있다. 자원이 제약된 한계에서 통신 범위를 늘리기 위한 방법은 다중-홉 통신방법인 지그비(Zigbee)와, 차세대 저전력 무선 통신규격인 Wi-SUN 등을 이용하는 것과 단일-홉의 통신방법인 저전력 광역 네트워크인 LPWA의 일종인 Sigfox, LoRaWAN 등을 이용하는 것으로 구분할 수 있다.

본 발명에서는, IoT 전용망 기술로 사용되는 Sigfox, LoRaWAN 등의 LPWA IoT망에서 일반적으로 작은 데이터를 전송하여 데이터 충돌을 염려하지 않는 서비스를 사용한다. 여기에 더해서 밀집되고 다양한 종류의 데이터가 대규모로 혼재된 지역에서 데이터를 활용해야하는 경우 서비스의 중요도에 의한 우선순위를 제어하고 관리할 수 있는 QoS가 필요하게 된다. 따라서 서비스 간의 차등을 두어 우선순위 관리가 가능한 LPWA(dsLPWA) 기술을 적용함으로써, 본 발명에 따른 IoT 네트워크는 대규모 대용량의 데이터를 관리할 수 있다.

한편, 도 3에서 보는 바와 같이, 종래기술에 따른 IoT 네트워크는 LPWA 중앙집중식 IoT 네트워크를 구성한다. 이에 반해, 본 발명에 따른 IoT 네트워크 시스템은 도 2와 같은, 개방형 분산 IoT 네트워크를 구성한다.

특히, 본 발명은 개방형 분산 IoT 네트워크 형태의 블록체인 기반의 IoT 네트워크를 구성한다. 따라서 본 발명에 따른 IoT 시스템은, IoT 문제를 완화하는 IoT 네트워크 기술로 블록체인의 스마트 거래 기능과 분산원장을 통해 자율적인 데이터 거래를 지원할 수 있다.

그런데, 블록체인을 통한 데이터 신뢰성을 위해서 IoT 디바이스에 분산형 대장 기술을 적용하는 것은 전원 공급, 메모리, 연산 능력 모두 제약된 디바이스를 고려한다면 현실적이지 않다. 그러므로 본 발명에 따른 IoT 시스템은, 자원 제약적 한계가 없는 IoT 네트워크 그 자체에 블록체인의 핵심 기술인 분산형 대장기술을 적용한다.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 IoT 네트워크 시스템에 의한 데이터 저장 방법에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4 및 도 5는 블록체인 적용 LPWA IoT 네트워크에서 데이터를 저장하는 과정이다.

도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 먼저, IoT 디바이스(10)에서 네트워크 서버(20)로 데이터를 송신한다(S11).

다음으로, 네트워크 서버(20)는 수신한 데이터에 대하여, 블록체인망(70)에 접근하여 해당 데이터의 수용 가능성 여부를 확인한다(S12).

다음으로, 블록체인망(70)에서, 데이터 정책 및 해당 데이터의 스토리지 저장 주소를 확인한다(S13). 여기서, 데이터 정책은 해당 데이터에 대한 저장 권한이 있는가 등에 대한 정책이다. 즉, 데이터 저장 권한을 확인한다.

다음으로, 데이터의 수용이 승인되면(S14), 네트워크 서버(20)에서, 받은 데이터를 클라우드 스토리지(50)에 저장하고(S15), 오버레이 네트워크에 오버레이를 전송한다(S16). 즉, 오버레이 네트워크 구조(가상 저장 공간과 실제 저장 공간 간의 매핑 구조)에 따라 실제 데이터를 네트워크 서버(20)에 전송하여 저장하게 한다.

다음으로, 클라우드 스토리지(50)에서, 저장된 블록(Block)의 번호(또는 해당 데이터의 저장 주소)를 네트워크 서버(20)에 전송한다(S17). 그리고 다시 네트워크 서버(20)에서 저장 내역에 대한 트랜잭션을 블록체인망(70)에 저장한다(S18).

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 IoT 네트워크 시스템에 의한 데이터 조회 방법에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6 및 도 7은 블록체인 적용 LPWA IoT 네트워크에서 데이터를 조회하는 과정이다.

도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이, 먼저, 공급자(service provider)는 네트워크 서버(20)에 데이터 조회를 요청한다(S21).

다음으로, 네트워크 서버(20)는 블록체인 네트워크(70)에 해당 데이터의 접근 권한에 대한 조사를 요청한다(S22). 이때, 바람직하게는, 네트워크 서버(20)는 자신의 블록체인 원장을 조회함으로써, 블록체인망(70)에 접근한다.

다음으로, 블록체인 네트워크(60)에서 해당 데이터의 접근 권한(조회 권한) 등 데이터 정책, 데이터의 저장 주소(또는 체인 정보 등)를 확인한다(S23).

만약 접근 권한 등을 확인하여 허용(승인)되면, 네트워크 서버(20)는 승인을 받는다(S24). 그리고 승인되면, 네트워크 서버(20)에서 클라우드에 저장된 데이터의 체인 정보(또는 데이터 저장 주소)를 클라우드 스토리지(50)에 전송한다(S25).

다음으로, 클라우드 스토리지(50)에서 체인 정보(또는 데이터 저장 주소)를 이용해서 조회하고(S26), 조회한 데이터를 네트워크 서버(20)에 전송한다(S27).

다음으로, 네트워크 서버(20)에서 조회 내역에 대한 트랜잭션을 블록체인 네트워크(70)에 저장하고(S28), 공급자에 요청받은 데이터를 전송한다(S29).

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 블록체인 기반 IoT 네트워크 시스템에 의한 IoT 디바이스의 상태 조회 방법에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 블록체인 적용 LPWA IoT 네트워크의 디바이스 상태 요청 과정이다.

도 8에서 보는 바와 같이, 먼저, 공급자 등 확인 요청자는 네트워크 서버(20)에 IoT 디바이스의 상태 조회를 요청한다(①).

다음으로, 네트워크 서버(20)는 블록체인 네트워크(70)에 상태 확인 데이터의 접근 권한에 대한 조사를 요청한다(②).

다음으로, 블록체인 네트워크(70)에서 상태 확인 데이터의 접근 권한 등 정책을 확인한다(③).

만약 접근 권한 등을 확인하여 허용(승인)되면, 네트워크 서버(20)는 승인을 받는다(④). 그리고 승인되면, 네트워크 서버(20)에서 IoT 디바이스(10)의 상태를 확인 요청하고(⑤), IoT 디바이스(10)로부터 현재 상태 정보를 수신한다(⑥).

다음으로, 네트워크 서버(20)에서 상태 조회 내역에 대한 트랜잭션을 블록체인 네트워크(70)에 저장하고(⑦), 확인 요청자에 요청받은 상태 확인 정보를 전송한다(⑧).

다음으로, 본 발명에 따른 블록체인 기반 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 네트워크의 효과에 관하여 설명한다.

IoT와 센서 등의 시장이 매년 높은 성장을 기록하고 있으며 생산되는 IoT 데이터는 기하급수적으로 증가하고 있다. 따라서 IoT 네트워크의 용량도 마찬가지로 증가함에 따른 비용과 용량의 문제가 발생하고 있다. 이를 블록체인의 분산형 구조를 도입해서 네트워크 말단에 존재하는 IoT 디바이스 간의 안전한 통신, 블록체인 스마트 컨트랙트를 이용해서 중앙 서버의 관리없이 작업을 자동적으로 실행할 수 있고 자율적인 데이터 거래 인프라를 제공할 수 있다.

그런데, IoT 아키텍처의 각 부분들은 병목 현상이나 장애 발생 지점으로 작용할 수 있어 전체 네트워크를 중단시킬 수 있는 불안정성의 문제를 가진다. 이로인한 분산 서비스 거부 공격, 해킹, 데이터 도난 및 원격 하이재킹에 대한 취약성도 존재한다. 이를 블록체인 트랜잭션 서명 및 검증을 통해 IoT 디바이스의 유효성을 확인하고 중앙의 관리없이 자체적으로 불안정한 노드를 잠글 수 있고 메시지 생산자만 송신을 가능하게 해서 장치 간 안전하게 전달할 수 있다.

그런데, 종래기술에 따르면, LPWA(Low Power Wide Area)를 이용한 IoT 네트워크는 중앙에 서버 데이터베이스를 두고 각각의 센서에서 수집된 정보들을 모아서 보내는 서버들을 관리하는 중앙집중형 관리 구조이다. 이러한 중앙집중형 IoT 네트워크는, 데이터를 공유하는 것이 어렵고, 어느 한 부분에서 사이버 공격, 소프트웨어 오류, 전원, 냉각 등의 문제로 인해 장애가 발생할 시 전체 서비스를 이용하지 못하는 비가용 문제가 발생할 수 있다.

블록체인의 경우 분산원장으로 인해 각 노드들에 동일한 정보를 보관 및 운용하고 전 노드가 연결되어있는 특성을 가진다. 따라서 개방형 분산공유 구조의 블록체인을 적용한다면, 각각의 노드에서 유연한 데이터 공유가 가능하며 한 부분에서 장애가 발생해도 데이터의 분산공유로 인해 장애 전파가 최소화되고, 장애가 발생한 서버 대신 다른 서버에서 제한적으로 기능을 대체할 수도 있게 된다.

또한, IoT 네트워크는 데이터가 조작되어 부적절하게 사용될 수 있는 데이터 조작에 대한 취약성 문제가 있다. 블록체인을 기반으로 네트워크를 구성한다면 블록체인의 분산구조를 통해 데이터 접근이 분산화되고 데이터 불변성을 가지게 된다. 이를 통해 악의적인 작업을 탐지하고 방지할 수 있게 된다. 각 디바이스들이 연결되어 연동되므로 디바이스의 데이터가 조작되면 블록체인 업데이트에서 위반이 발생하므로 시스템에서 이를 거부하게 된다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10 : IoT 디바이스 20 : 네트워크 서버
30 : IoT 네트워크
50 : 클라우드 스토리지 60 : 블록체인 노드
70 : 블록체인망

Claims

블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템에 있어서,
IoT 디바이스와 네트워크 서버로 구성되는 다수의 IoT 네트워크;
데이터를 저장하는 클라우드 스토리지; 및,
상기 네트워크 서버를 블록체인 노드로 구성하는 블록체인망을 포함하고,
상기 네트워크 서버는 자신의 IoT 네트워크에 속하는 IoT 디바이스에서 수집된 데이터를 상기 클라우드 스토리지에 저장하고, 상기 데이터에 대한 저장 주소, 데이터 정책, 데이터 트랜잭션 정보를 상기 블록체인망에 기록하고,
상기 클라우드 스토리지는 상기 네트워크 서버들로 구성되는 네트워크를 기반으로 오버레이 네트워크 구조로 형성되고,
상기 IoT 네트워크는 다수의 IoT 디바이스와, 하나의 네트워크 서버로 구성되고,
상기 시스템은,
(a1) 상기 IoT 디바이스에서 자신이 속하는 IoT 네트워크의 네트워크 서버로 데이터를 송신하는 단계;
(a2) 상기 네트워크 서버는 상기 블록체인망에 접근하여, 해당 데이터의 저장 허용 여부를 요청하는 단계;
(a3) 상기 블록체인망에서, 해당 데이터의 저장 권한의 데이터 정책을 확인하는 단계;
(a4) 해당 데이터의 저장이 승인되면, 상기 네트워크 서버에서, 해당 데이터를 상기 클라우드 스토리지에 저장하는 단계;
(a5) 해당 데이터를 상기 오버레이 네트워크 구조에 따라 상기 네트워크 서버에 전송하여 저장하게 하는 단계;
(a6) 상기 클라우드 스토리지에서, 해당 데이터의 저장 주소를 상기 네트워크 서버로 전송하는 단계;
(a7) 상기 네트워크 서버에서 해당 데이터의 저장에 대한 트랜잭션을 상기 블록체인망에 저장하는 단계;
(b1) 상기 네트워크 서버는 데이터 조회에 대한 요청을 수신하는 단계;
(b2) 상기 네트워크 서버는 상기 블록체인망에 해당 데이터의 조회 권한에 대한 조사를 요청하는 단계;
(b3) 상기 블록체인망에서, 해당 데이터의 조회 권한, 및, 해당 데이터의 저장 주소를 확인하는 단계;
(b4) 해당 데이터의 조회가 승인되면, 상기 네트워크 서버에서, 해당 데이터의 저장 주소를 상기 클라우드 스토리지에 전송하는 단계;
(b5) 상기 클라우드 스토리지에서 해당 데이터의 저장 주소를 이용해서 해당 데이터를 조회하는 단계;
(b6) 상기 클라우드 스토리지에서, 조회한 데이터를 상기 네트워크 서버로 전송하는 단계;
(b7) 상기 네트워크 서버에서 조회 내역에 대한 트랜잭션을 상기 블록체인망에 저장하는 단계; 및,
(b8) 상기 네트워크 서버에서 요청받은 데이터를 공급자에게 회신하는 단계를 포함하는 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 네트워크 서버는 블록체인 노드로서 역할을 수행하기 위하여 자신의 블록체인 원장을 구비하고, 상기 블록체인 원장은 데이터 저장 주소, 데이터 정책, 데이터 트랜잭션을 기록한 블록들을 체인으로 구성하여 보유하고, 블록체인 원장을 다른 네트워크 서버와 동기화 하여 보유하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템.
제3항에 있어서,
상기 네트워크 서버는 상기 IoT 디바이스로부터 데이터를 수집하여 저장하거나 데이터를 조회 하면, 데이터 저장 주소, 데이터 접근 권한, 저장/조회 트랜잭션 정보를 블록으로 구성하여 자신의 블록체인 원장에 추가하고, 추가된 블록 정보를 다른 네트워크 서버에 전파하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템.
제3항에 있어서,
상기 네트워크 서버는 자신의 블록체인 원장에 접근함으로써 상기 블록체인망에 접근할 수 있고, 자신의 블록체인 원장을 조회하거나 자신의 블록체인 원장에 블록을 추가하여 갱신함으로써, 상기 블록체인망에 접근하여 블록체인을 조회하거나 블록체인에 블록을 추가하여 갱신하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 IoT 네트워크는 LPWA(Low Power Wide Area) 규격에 의해 상호 통신되는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반 사물 인터넷 네트워크 시스템.
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