WO2021005751A1 - データ共有システム、管理端末、データ共有方法、および、データ共有プログラム - Google Patents

データ共有システム、管理端末、データ共有方法、および、データ共有プログラム Download PDF

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management
management terminal
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達郎 石田
篤 中平
滋 藤村
盛徳 大橋
大喜 渡邊
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a data sharing system, a management terminal, a data sharing method, and a data sharing program.
  • IoT terminals which are nodes, communicate with each other.
  • a method of managing and linking these IoT terminals there is a method of arranging a management server that manages the IoT terminals.
  • Patent Document 1 describes a technique for handling a node participating in an IoT network on a specific terminal.
  • Non-Patent Document 1 describes a technique related to a blockchain.
  • the IoT network is in the process of standardizing the implementation method in a unified manner. Therefore, the current IoT network is siled, and it is difficult to share information among multiple IoT networks.
  • a monitoring server that monitors the management server installed in each IoT network is required, and a mechanism for monitoring the life and death monitoring of the monitoring server itself is required. It will be a large-scale and complicated system configuration.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of easily sharing information of a plurality of IoT networks.
  • one aspect of the present invention is a data sharing system, which includes a plurality of IoT networks and a plurality of management terminals connected to a blockchain network, and the management terminals include a plurality of management terminals.
  • a receiving unit that receives a transaction including IoT terminal information about an IoT terminal from at least one IoT network of the IoT network, a communication unit that transmits and receives the transaction to and from another management terminal, and the transaction. It includes a block generation unit that attempts to generate a block including the block, a block verification unit that verifies a block generated by another management terminal, and a distributed ledger that stores the generated block.
  • One aspect of the present invention is a management terminal connected to a blockchain network, which is a receiving unit that receives a transaction including IoT terminal information about the IoT terminal from at least one IoT network among a plurality of IoT networks.
  • a communication unit that sends and receives the transaction to and from another management terminal, a block generation unit that attempts to generate a block containing the transaction, a block verification unit that verifies a block generated by another management terminal, and a generation unit. It is equipped with a distributed ledger that stores the blocks that have been created.
  • One aspect of the present invention is a data sharing method performed by a data sharing system, wherein the data sharing system includes a plurality of IoT networks and a plurality of management terminals connected to a blockchain network, and the IoT.
  • the network performs a transmission step of transmitting a transaction including IoT terminal information about the IoT terminal to at least one management terminal, and the management terminal transmits the transaction from at least one IoT network among the plurality of the IoT networks.
  • a storage step of storing the generated blocks in the distributed ledger is performed.
  • One aspect of the present invention is a data sharing program that causes a computer to function as the management terminal.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the whole structure of the data sharing system which concerns on embodiment of this invention. It is a block diagram which shows the structure of a management terminal. It is a block diagram which shows the structure of an IoT terminal. It is a sequence diagram which shows the operation of a data sharing system. It is a sequence diagram which shows the other operation of a data sharing system. It is explanatory drawing for demonstrating the process at the time of adding an IoT network. It is explanatory drawing explaining the process at the time of adding a new management terminal. It is an overall block diagram of the data sharing system of a modification. This is a hardware configuration example of a management terminal and an IoT terminal.
  • data sharing between a plurality of IoT networks is realized by using a distributed ledger on a blockchain and a smart contract as a history.
  • Each terminal (blockchain node) that composes the blockchain creates a distributed ledger in which the latest blockchain is stored in a form close to real time by gently synchronizing with all terminals connected to the blockchain network. Be prepared. That is, each terminal holds the information while duplicating the information with each other, verifies the information, and holds a distributed ledger with the same contents.
  • information on each other's IoT networks is exchanged between blockchain terminals monitoring at least one IoT network, and data sharing among a plurality of IoT networks by holding a distributed ledger.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the data sharing system of the present embodiment.
  • the blockchain of this embodiment is a smart contract type blockchain and uses Ethereum, which is one of the blockchain basic technologies. Ethereum is an application development platform for using blockchain as a distributed ledger for recording state transitions. However, the blockchain is not limited to Ethereum, and may be used for blockchains other than Ethereum.
  • the data sharing system shown in FIG. 1 comprises a plurality of management terminals 1 (management terminals A, B, C) connected to the blockchain network 10 and a plurality of IoT networks 20 (IoT networks A, B, C). Be prepared.
  • the management terminal 1 is a blockchain node that manages at least one IoT terminal 2 of the IoT network 20.
  • the management terminal 1 is autonomously and decentralizedly connected to a blockchain network which is a P2P network.
  • the management terminal 1 connected to the blockchain network 10 is provided with a distributed ledger, which will be described later, and mutually verifies the data and transactions recorded in the distributed ledger to maintain the system.
  • the number of management terminals 1 shown in the figure is three, the number of management terminals 1 is not limited to three.
  • the IoT network 20 is a network constructed individually by each company. For example, it is assumed that IoT network A is constructed by a company in Tokyo, IoT network B is constructed by a company in Osaka, and IoT network C is constructed by a university in Hokkaido. A plurality of IoT terminals 2 are connected to each IoT network 20.
  • the IoT terminal 2 is, for example, a sensor terminal, and transmits the measured or acquired data to at least one management terminal 1 via a network.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the management terminal 1 of the present embodiment.
  • the management terminal 1 of the present embodiment manages at least one IoT network 20.
  • the management terminal 1 collects transactions transmitted from the IoT terminal 2 or another management terminal 1, confirms the validity, and then generates a block through approval work.
  • the management terminal 1 shown in the figure includes a blockchain control unit 11, a reception unit 12, a communication unit 13, a block generation unit 14, a block verification unit 15, and a distributed ledger 16.
  • the blockchain control unit 11 maintains the blockchain system in an autonomous and decentralized manner with the management terminal 1 connected to the blockchain network.
  • the blockchain control unit 11 accesses the distributed ledger 16 and reads or updates the blockchain and the data set of the distributed ledger 16.
  • the distributed ledger 16 stores the latest blockchain in a form close to real time by gently synchronizing with all terminals connected to the blockchain network via the blockchain control unit 11.
  • the distributed ledger 16 of the present embodiment stores a blockchain and a data set managed by the blockchain.
  • the distributed ledger 16 of the present embodiment stores a block including IoT terminal information generated by its own management terminal 1 or another management terminal 1.
  • the receiving unit 12 receives a transaction including IoT terminal information related to the IoT terminal 2 from at least one IoT network 20 among the plurality of IoT networks 20.
  • the communication unit 13 transmits / receives a transaction received from the IoT terminal 2 to / from another management terminal.
  • the block generation unit 14 attempts to generate a block including a transaction. That is, the block generation unit 14 verifies the transaction and attempts to generate a block according to a consensus algorithm (agreement algorithm) for block generation such as Proof of Work. Specifically, the block generation unit 14 includes a consensus execution unit (not shown), a transaction verification unit, and a block issuing unit.
  • a consensus algorithm for block generation such as Proof of Work.
  • the block generation unit 14 includes a consensus execution unit (not shown), a transaction verification unit, and a block issuing unit.
  • the consensus execution unit performs calculations necessary for consensus (agreement) such as hash calculation.
  • consensus such as hash calculation.
  • the consensus algorithm uses other consensus algorithms for block generation, such as Proof of Stake, which uses the amount of coins in possession as a resource, and PBFT, which is a consensus algorithm for Byzantine failures. You may.
  • the transaction verification unit When the transaction verification unit receives a transaction, it verifies the transaction such as the validity of the electronic signature of the received transaction.
  • the block issuer collectively generates one block by collecting transactions issued in the blockchain network within a predetermined time. That is, when the transaction verification unit succeeds in verification, the block issuing unit generates a block including the transaction, and reflects the generated block in the distributed ledger 16 of all terminals connected to the blockchain network.
  • the block verification unit 15 verifies the block generated by the other management terminal 1. Specifically, the block verification unit 15 calculates the validity of the block generated by the other management terminal 1 and added to its own distribution ledger, for example, by using the block header as an input value, and manages the other. Verify that the solution presented by the terminal is a valid solution.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an IoT terminal 2 connected to the IoT network 20 of the present embodiment.
  • the illustrated IoT terminal 2 includes a detection unit 21, a processing unit 22, a transaction generation unit 23, a communication unit 24, and a storage unit 25.
  • the detection unit 21 detects or measures a predetermined physical quantity.
  • the detection unit 21 may be a sensor that acquires the ambient temperature, humidity, and the like.
  • the processing unit 22 performs predetermined arithmetic processing. For example, the processing unit 22 stores the detection data (temperature, humidity, etc.) detected by the detection unit 21 in the storage unit 25 together with the time acquired from the clock unit (not shown).
  • the transaction generation unit 23 generates a transaction including IoT terminal information based on the information stored in the storage unit 25.
  • the IoT terminal information includes, for example, a terminal ID, a time, detection data detected by the detection unit 21, and the like.
  • the terminal ID is identification information stored in the storage unit 25 and uniquely identifying the own terminal.
  • the transaction generation unit 23 generates a transaction including the IoT terminal information and the electronic signature of the IoT terminal information.
  • the transaction is a transaction for registering IoT terminal information in the distributed ledger 16 of each management terminal 1.
  • the communication unit 24 communicates with the blockchain management terminal 1 or another IoT terminal 2 of the IoT network 20. In the present embodiment, the communication unit 24 transmits the transaction generated by the transaction generation unit 23 to at least one management terminal 1.
  • the storage unit 25 stores the terminal ID, its own private key for electronic signature, the detection data detected by the detection unit 21, the time when the detection data was acquired, and the like.
  • FIG. 4 is a sequence diagram showing the operation of the data sharing system of the present embodiment.
  • the IoT terminal (A) belonging to the IoT network A generates a transaction including the IoT terminal information of the own IoT terminal and transmits the transaction to at least one management terminal (S11, S12, S13).
  • the IoT terminal (A) sends a transaction to all management terminals A, B, and C connected to the blockchain network.
  • the IoT terminal (A) periodically transmits a transaction including IoT terminal information to the management terminal 1.
  • Each management terminal A, B, C performs an operation for generating a block including a received transaction (S14, S15, S16).
  • As an operation for generating a block for example, each management terminal A, B, and C verifies the transmitted transaction, and combines the transaction with other transactions that occurred within a predetermined time to generate one block. Search for nonces to do.
  • This block is generated competitively, and the management terminal that calculates the solution (nonce, etc.) fastest among the management terminals A, B, and C generates the block including the received transaction.
  • the generated block is added to the distributed ledger of the management terminal (S17).
  • the block including the transaction transmitted in S11-S13 is reflected in the distributed ledger of all the management terminals connected to the blockchain network (S18, S19). That is, all management terminals add a block containing the transaction to the distributed ledger held by themselves.
  • the management terminal A generates a block (S17), and the generated block is propagated to the management terminals B and C (S18, S19).
  • the management terminals B and C verify the blocks generated by the other management terminals A (S20, S21), and if the verification is successful, send a message to the management terminal A indicating that the blocks are approved (S22, S21). S23). For example, the management terminals B and C verify whether the solution contained in the block is a valid solution, and if the solution is valid, approve the block.
  • the unit of data held in the distributed ledger of each management terminal A, B, and C is a block in which a plurality of transactions are bundled.
  • the IoT terminal (A) generates a transaction including the IoT terminal information at the next transmission timing, and transmits the transaction to the management terminals A, B, and C in the same manner as in S11, S12, and S13 (S24, S25). , S26).
  • the management terminals A, B, and C perform the above-mentioned processes S14 to S23.
  • the transaction (IoT) transmitted from the IoT terminal (A) is entered in the distributed ledger of each management terminal A, B, and C. Terminal information) is retained.
  • FIG. 4 a case where a transaction is transmitted from one IoT terminal (A) is described as an example, but a transaction similar to the IoT terminal (A) is transmitted from each IoT terminal of a plurality of IoT networks to each management terminal. Sent to A, B, C. As a result, the distributed ledger of each management terminal A, B, and C holds the IoT terminal information of each IoT terminal of the plurality of IoT networks. Therefore, each of the management terminals A, B, and C of the present embodiment can share (hold) IoT terminal information of a plurality of IoT networks.
  • management terminals A, B, and C of S14 to S23 shown in FIG. 4 are examples, and the operations may be different from those of S14 to S23 depending on the specifications of the blockchain.
  • FIG. 5 is a sequence diagram showing an operation when the IoT terminal (A) transmits a transaction including IoT terminal information to one management terminal 1.
  • the IoT terminal (A) transmits a transaction only to the management terminal A (S11A).
  • the management terminal A sends and receives the received transaction to and from the other management terminals B and C.
  • the management terminal A receives the transaction transmitted from the IoT terminal (A) and transmits the transaction to the other management terminals B and C connected to the blockchain network (S12A, S13A). ). Since S14 to S23 thereafter are the same as S14 to S23 in FIG. 3, description thereof will be omitted here.
  • the IoT terminal (A) generates a transaction including the IoT terminal information at the next transmission timing, and transmits the transaction to the management terminal A in the same manner as S11A (S24A).
  • the management terminal A transmits the received transaction to the other management terminals B and C (S25A and S26A) in the same manner as in S12A and S13A.
  • the management terminals A, B, and C perform the above-mentioned processes S14 to S23.
  • management terminal A is located in Tokyo
  • management terminal B is located in Osaka
  • management terminal C is located in Sapporo
  • IoT network A is operated by a company in Tokyo in Tokyo
  • each of IoT network A It is inefficient for the IoT terminal to directly communicate with the management terminals B and C in a remote location.
  • each IoT terminal of the IoT network A located in Tokyo sends a transaction only to the management terminal A located closest to it, and the management terminal A sends a transaction to the other management terminals B and C. Send.
  • the communication load of the IoT terminal can be reduced.
  • each management terminal A, B, and C can share (hold) IoT terminal information of a plurality of IoT networks.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the processing when a new IoT network is added.
  • IoT networks A and B exist, IoT network C is newly added.
  • Each IoT terminal of the new IoT network C transmits a transaction including its own IoT terminal information to at least one management terminal.
  • each IoT terminal of the IoT network C exemplifies a case where a transaction is transmitted only to the management terminal C and no transaction is transmitted to the management terminals A and B.
  • the management terminal C that has received the transaction transmits the transaction to the other management terminals A and B connected to the blockchain network.
  • the IoT terminal information of each IoT terminal of the new IoT network C is shared by all the management terminals A, B, and C.
  • the IoT terminal transmits IoT terminal information using a transaction that can be interpreted by the management terminal, which is a node of the blockchain. Therefore, even if a new IoT network is added, it is not necessary to modify the management terminal (change or modify the program).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the process when a new management terminal is added to the blockchain network.
  • the new management terminal D autonomously accesses the other management terminals A to C. Due to the gentle synchronization between terminals, the contents of the existing distributed ledger of management terminals A to C are reflected in the distributed ledger of management terminal D.
  • the blockchain control unit of the management terminal D duplicates the contents of the distributed ledger of the existing management terminal (here, the management terminal C) to its own distributed ledger.
  • the past history IoT terminal information
  • the new management terminal D functions as a node of the blockchain.
  • the management terminal D will receive transactions from each IoT terminal of the IoT network.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a modified example of the data sharing system of the present embodiment.
  • the IoT network 20 includes the management node 3
  • the IoT network 20 may set a management server 3 that manages a plurality of IoT terminals 2.
  • the management terminal 1 does not receive the transaction (IoT terminal information) directly from the IoT terminal 2, but receives the transaction via the management server 3. That is, the IoT terminal 2 transmits the transaction to the management server 3, and the management server 3 transmits the transaction to the management terminal 1.
  • IoT networks A and B provided with the management server 3 and IoT networks C not provided with the management server 3 may be mixed.
  • the data sharing system of the present embodiment described above includes a plurality of IoT networks 20 and a plurality of management terminals 1 connected to a blockchain network, and the management terminal 1 is at least one of the plurality of IoT networks 20.
  • Generation of a receiving unit 12 that receives a transaction including IoT terminal information about the IoT terminal 2 from one IoT network 20, a communication unit 13 that transmits and receives the transaction to and from another management terminal 1, and a block containing the transaction. It includes a block generation unit 14 that attempts to perform the above, a block verification unit 15 that verifies the blocks generated by the other management terminal 1, and a distribution ledger 16 that stores the generated blocks.
  • each management terminal 1 of the present embodiment can share IoT terminal information of a plurality of IoT networks.
  • the user can monitor the entire plurality of IoT networks 20 by referring to the distributed ledger of any one of the management terminals 1.
  • the new IoT network 20 and the management terminal 1 can be easily added and deleted, and the workload required for scale-out (system change) can be reduced.
  • the number of IoT terminals tends to increase as the network is strengthened.
  • the IoT terminal itself is generally vulnerable, and the IoT terminal often leaves the network due to power supply or network disconnection. Therefore, when managing each IoT terminal, it is necessary to reconfigure the IoT terminal to be managed on the management server every time an IoT terminal is added or deleted, which complicates the setting work.
  • it is not necessary to set a management server for each IoT network 20 and therefore, it is not necessary to set IoT terminal information in the management server every time an addition or deletion of the IoT terminal 2 occurs. Further, in the present embodiment, since it is not necessary to set a management server for each IoT network 20, it is possible to avoid a large-scale and complicated system configuration.
  • FIG. 9 a general-purpose computer system as shown in FIG. 9 can be used.
  • the computer system shown is a CPU (Central Processing Unit, processor) 901, memory 902, storage 903 (HDD: Hard Disk Drive, SSD: Solid State Drive), communication device 904, input device 905, and output device. 906 and.
  • the memory 902 and the storage 903 are storage devices.
  • each function of each device is realized by executing a predetermined program loaded on the memory 902 by the CPU 901.
  • each function of the management terminal 1 and the IoT terminal 2 is executed by the CPU of the management terminal 1 in the case of the program for the management terminal 1 and by the CPU of the IoT terminal 2 in the case of the program for the IoT terminal 2. Is realized by.
  • management terminal 1 may be implemented on one computer, or may be implemented on a plurality of computers. Further, the management terminal 1 may be a virtual machine mounted on a computer.
  • the program for management terminal 1 and the program for IoT terminal 2 are stored in a computer-readable recording medium such as HDD, SSD, USB (Universal Serial Bus) memory, CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc). It can also be delivered over a network.
  • a computer-readable recording medium such as HDD, SSD, USB (Universal Serial Bus) memory, CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc). It can also be delivered over a network.
  • Management terminal 10 Blockchain network 11: Blockchain control unit 12: Reception unit 13: Communication unit 14: Block generation unit 15: Block verification unit 2: IoT terminal 20: IoT network 21: Detection unit 22: Processing unit 23 : Transaction generation unit 24: Communication unit 25: Storage unit

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Abstract

データ共有システムであって、複数のIoTネットワーク２０と、ブロックチェーンのネットワーク１０に接続された複数の管理端末１とを備え、管理端末１は、複数のIoTネットワーク２０のうちの少なくとも１つのIoTネットワーク２０から、IoT端末２に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する受信部１２と、記トランザクションを他の管理端末１との間で送受信する通信部１３と、トランザクションを含むブロックの生成を試みるブロック生成部１４と、他の管理端末１が生成したブロックを検証するブロック検証部１５と、生成されたブロックを記憶する分散台帳１６とを備える。

Description

データ共有システム、管理端末、データ共有方法、および、データ共有プログラム
　本発明は、データ共有システム、管理端末、データ共有方法、および、データ共有プログラムに関する。
　IoT（Internet of Things）においては、ノードであるIoT端末同士が相互に通信している。これらのIoT端末を管理および連携する方法として、IoT端末を管理する管理サーバを配置する方法がある。特許文献１には、IoTネットワークへの参加ノードを、特定の端末上で扱う技術が記載されている。
　中央集権的な管理を必要とせずに、信頼性を担保可能な仕組みとしてブロックチェーンがある。ブロックチェーンでは、やり取りされる情報の信頼性が分散ネットワーク内の合意形成のプロセスによって担保され、かつ、改ざんや二重使用などの不正を系全体で防ぐことで健全性が保たれる。ブロックチェーンでは、参加者間の取引情報（トランザクション）が「ブロック」という単位でまとめられ、各ブロックは数珠つなぎとなって時系列順に管理される。非特許文献１には、ブロックチェーンに関する技術が記載されている。
特開2018-125647号公報
岸上 順一、藤村 滋、渡邊 大喜、大橋 盛徳、中平 篤，"ブロックチェーン技術入門"，森北出版（2017）, P.77-78
　IoTネットワークは、実現方法の統一的な標準化を進めている最中である。そのため、現状のIoTネットワークは、サイロ化しており、複数のIoTネットワーク間で情報共有することは難い。
　また、複数のIoTネットワークを監視しようとすると、それぞれのIoTネットワークに設置された管理用サーバを監視する監視サーバが必要となり、さらに、その監視サーバ自体の死活監視を監視する仕組みが必要となり、大規模かつ複雑なシステム構成となってしまう。
　本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複数のIoTネットワークの情報を容易に共有できる技術を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様は、データ共有システムであって、複数のIoTネットワークと、ブロックチェーンのネットワークに接続された複数の管理端末とを備え、前記管理端末は、複数の前記IoTネットワークのうちの少なくとも１つのIoTネットワークから、IoT端末に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する受信部と、前記トランザクションを、他の管理端末との間で送受信する通信部と、前記トランザクションを含むブロックの生成を試みるブロック生成部と、他の管理端末が生成したブロックを検証するブロック検証部と、生成されたブロックを記憶する分散台帳と、を備える。
　本発明の一態様は、ブロックチェーンのネットワークに接続された管理端末であって、複数のIoTネットワークのうちの少なくとも１つのIoTネットワークから、IoT端末に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する受信部と、前記トランザクションを、他の管理端末との間で送受信する通信部と、前記トランザクションを含むブロックの生成を試みるブロック生成部と、他の管理端末が生成したブロックを検証するブロック検証部と、生成されたブロックを記憶する分散台帳と、を備える。
　本発明の一態様は、データ共有システムが行うデータ共有方法であって、前記データ共有システムは、複数のIoTネットワークと、ブロックチェーンのネットワークに接続された複数の管理端末と、を備え、前記IoTネットワークは、IoT端末に関するIoT端末情報を含むトランザクションを、少なくとも１つの管理端末に送信する送信ステップを行い、前記管理端末は、複数の前記IoTネットワークのうちの少なくとも１つのIoTネットワークから、前記トランザクションを受信する受信ステップと、前記トランザクションを、他の管理端末との間で送受信する通信ステップと、前記トランザクションを含むブロックの生成を試みる、または、他の管理端末が生成したブロックを検証するステップと、生成されたブロックを分散台帳に記憶する記憶ステップと、を行う。
　本発明の一態様は、上記管理端末として、コンピュータを機能させるデータ共有プログラムである。
　本発明によれば、複数のIoTネットワークの情報を容易に共有できる技術を提供することができる。
本発明の実施形態に係るデータ共有システムの全体構成を示す図である。 管理端末の構成を示すブロック図である。 IoT端末の構成を示すブロック図である。 データ共有システムの動作を示すシーケンス図である。 データ共有システムの他の動作を示すシーケンス図である。 IoTネットワークを増設した場合の処理を説明するための説明図である。 新たな管理端末を増設した場合の処理を説明する説明図である。 変形例のデータ共有システムの全体構成図である。 管理端末およびIoT端末のハードウェア構成例である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
　（データ共有システムの構成）
　本実施形態では、ブロックチェーンおよびスマートコントラクト上の分散台帳を履歴として利用することで、複数のIoTネットワーク間でのデータ共有を実現する。ブロックチェーンを構成する各端末（ブロックチェーンノード）は、ブロックチェーンのネットワークに接続された全ての端末と緩やかに同期することによって、リアルタイムに近い形で最新状態のブロックチェーンが記憶された分散台帳を備える。すなわち、各端末は、互いに情報を複製しながら当該情報を保持し、その情報を検証し合って、同じ内容の分散台帳を保持する。
　本実施形態では、少なくとも１つのIoTネットワークを監視しているブロックチェーンの端末間で、互いのIoTネットワークの情報を交換し、分散台帳を保持することで複数の複数のIoTネットワーク間でのデータ共有を実現する。
　図１は、本実施形態のデータ共有システムの全体構成を示す図である。本実施形態のブロックチェーンは、スマートコントラクト型ブロックチェーンであって、ブロックチェーン基盤技術の１つであるEthereumを用いる。Ethereumは、ブロックチェーンを、状態遷移を記録する分散台帳として用いるためのアプリケーション開発プラットフォームである。ただし、ブロックチェーンは、Ethereumに限定されるものではなく、Ethereum以外のブロックチェーンに用いてもよい。
　図１に示すデータ共有システムは、ブロックチェーンのネットワーク１０に接続された複数の管理端末１（管理端末A、B、C）と、複数のIoTネットワーク２０（IoTネットワークA、B、C）とを備える。
　管理端末１は、少なくとの１つのIoTネットワーク２０のIoT端末２を管理する、ブロックチェーンのノードである。管理端末１は、P2Pネットワークであるブロックチェーンのネットワークに自律分散的に接続される。ブロックチェーンのネットワーク１０に接続される管理端末１は、後述する分散台帳を備え、分散台帳に記録されたデータおよびトランザクションを相互に検証し、系を維持している。なお、図示する管理端末１は３つであるが、管理端末１の数は３つに限定されるものでない。
　IoTネットワーク２０は、各企業が個別に構築するネットワークである。例えば、IoTネットワークＡは東京の企業、IoTネットワークＢは大阪の企業、IoTネットワークＣは北海道の大学が、それぞれ構築したものとする。各IoTネットワーク２０には、複数のIoT端末２が接続されている。IoT端末２は、例えばセンサ端末などであって、測定または取得したデータをネットワーク介して、少なくとも１つの管理端末１に送信する。
　（管理端末の構成）
　図２は、本実施形態の管理端末１の構成を示すブロック図である。本実施形態の管理端末１は、少なくとも１つのIoTネットワーク２０を管理する。管理端末１は、IoT端末２または他の管理端末１から送信されたトランザクションを収集し、正当性を確認後に、承認作業を通じてブロックを生成する。
　図示する管理端末１は、ブロックチェーン制御部１１と、受信部１２と、通信部１３と、ブロック生成部１４と、ブロック検証部１５と、分散台帳１６とを備える。
　ブロックチェーン制御部１１は、ブロックチェーンのネットワークに接続された管理端末１と自律分散的に協調してブロックチェーンの系を維持する。ブロックチェーン制御部１１は、分散台帳１６にアクセスし、分散台帳１６のブロックチェーンおよびデータ集合を読み出し、または、更新する。
　分散台帳１６には、ブロックチェーン制御部１１を介して、ブロックチェーンのネットワークに接続された全ての端末と緩やかに同期することによって、リアルタイムに近い形で最新状態のブロックチェーンが記憶されている。本実施形態の分散台帳１６には、ブロックチェーンと、ブロックチェーンで管理されるデータ集合とが記憶されている。本実施形態の分散台帳１６には、自身の管理端末１または他の管理端末１により生成された、IoT端末情報を含むブロックが記憶される。
　受信部１２は、複数のIoTネットワーク２０のうちの少なくとも１つのIoTネットワーク２０から、IoT端末２に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する。通信部１３は、IoT端末２から受信したトランザクションを、他の管理端末との間で送受信する。
　ブロック生成部１４は、トランザクションを含むブロックの生成を試みる。すなわち、ブロック生成部１４は、トランザクションを検証し、Proof of Workなどのブロック生成のためのコンセンサスアルゴリズム（合意アルゴリズム）に従い、ブロックの生成を試みる。具体的には、ブロック生成部１４は、図示しないコンセンサス実行部と、トランザクション検証部と、ブロック発行部とを備える。
　コンセンサス実行部は、ハッシュ演算などコンセンサス（合意）に必要な計算を実施する。コンセンサスアルゴリズムは、ビットコインで用いられているProof of Work以外にも、所持コイン量をリソースとしたProof of Stake、ビザンチン故障における合意アルゴリズムであるPBFTなど、その他のブロック生成のためのコンセンサスアルゴリズムを用いても良い。
　トランザクション検証部は、トランザクションを受け取ると、受け取ったトランザクションの電子署名の正当性などのトランザクションの検証を行う。ブロック発行部は、所定の時間内にブロックチェーンのネットワーク内で発行されたトランザクションをまとめて１つのブロックを生成する。すなわち、ブロック発行部は、トランザクション検証部による検証に成功した場合、当該トランザクションを含むブロックを生成し、ブロックチェーンのネットワークに接続される全ての端末の分散台帳１６に生成したブロックを反映させる。
　ブロック検証部１５は、他の管理端末１が生成したブロックを検証する。具体的には、ブロック検証部１５は、他の管理端末１が生成し、自身の分散台帳に追加されたブロックの正当性を、例えば、ブロックヘッダを入力値としてハッシュを計算し、他の管理端末が提示した解が正当な解であるかを検証する。
　（IoT端末の構成）
　図３は、本実施形態のIoTネットワーク２０に接続されるIoT端末２の構成を示すブロック図である。図示するIoT端末２は、検知部２１と、処理部２２と、トランザクション生成部２３と、通信部２４と、記憶部２５とを備える。
　検知部２１は、所定の物理量を検知または測定する。例えば、検知部２１は、周囲の温度、湿度などを取得するセンサであってもよい。
　処理部２２は、所定の演算処理を行う。例えば、処理部２２は、検知部２１が検知した検知データ（温度、湿度など）を、時計部（不図示）から取得した時刻とともに記憶部２５に記憶する。
　トランザクション生成部２３は、記憶部２５に記憶された情報に基づいて、IoT端末情報を含むトランザクションを生成する。IoT端末情報は、例えば、端末ID、時刻、検知部２１が検知した検知データなどである。端末IDは、記憶部２５に記憶され、自端末を一意に特定する識別情報である。トランザクション生成部２３は、IoT端末情報と当該IoT端末情報の電子署名とを含むトランザクションを生成する。当該トランザクションは、IoT端末情報を、各管理端末１の分散台帳１６に登録するためのトランザクションである。
　通信部２４は、ブロックチェーンの管理端末１または当該IoTネットワーク２０の他のIoT端末２と通信する。本実施形態では、通信部２４は、トランザクション生成部２３が生成したトランザクションを、少なくとも１つの管理端末１に送信する。
　記憶部２５には、端末ID、電子署名用の自身の秘密鍵、検知部２１が検知した検知データ、検知データを取得した時刻などが記憶されている。
　（システムの動作）
　図４は、本実施形態のデータ共有システムの動作を示すシーケンス図である。図示する例では、IoTネットワークAに属するIoT端末(あ)は、自IoT端末のIoT端末情報を含むトランザクションを生成し、当該トランザクションを少なくとも１つの管理端末に送信する（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３）。ここでは、IoT端末(あ)は、ブロックチェーンのネットワークに接続された全ての管理端末A、B、Cにトランザクションを送信する。なお、IoT端末(あ)は、IoT端末情報を含むトランザクションを定期的に管理端末１に送信する。
　各管理端末A、B、Cは、受信したトランザクションを含むブロックを生成するための演算を行う（Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６）。ブロックを生成するための演算として例えば、各管理端末A、B、Cは、送信されたトランザクションを検証し、当該トランザクションを、所定の時間内に発生した他のトランザクションとまとめて１つのブロックを生成するためのナンスの探索を行う。
　このブロックの生成は競争的に行われ、管理端末A、B、Cのうち最も速く解（ナンスなど）を演算した管理端末が、受信したトランザクションを含むブロックを生成する。生成されたブロックは、当該管理端末の分散台帳に追加される（Ｓ１７）。
　そして、端末間のゆるやかな同期により、Ｓ１１－Ｓ１３で送信されたトランザクションを含むブロックが、ブロックチェーンのネットワークに接続された全ての管理端末の分散台帳に反映される（Ｓ１８、Ｓ１９）。すなわち、全ての管理端末は、自身が保持する分散台帳に、前記トランザクションを含むブロックを追加する。ここでは、管理端末Aが、ブロックを生成し（Ｓ１７）、生成されたブロックが管理端末B、Cに伝搬されるものとする（Ｓ１８、Ｓ１９）。
　管理端末B、Cは、他の管理端末Aにより生成されたブロックを検証し（Ｓ２０、Ｓ２１）、検証に成功した場合はブロックを承認することを示すメッセージを管理端末Aに送信する（Ｓ２２、Ｓ２３）。例えば、管理端末B、Cは、ブロックに含まれる解が正当な解であるかを検証し、正当な解の場合は、当該ブロックを承認する。なお、各管理端末A、B、Cの分散台帳に保持されるデータの単位は、複数のトランザクションが束ねられたブロックである。
　そして、IoT端末(あ)は、次の送信タイミングで、IoT端末情報を含むトランザクションを生成し、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と同様に当該トランザクションを管理端末A、B、Cに送信する（Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６）する。これにより、各管理端末A、B、Cは、前述のＳ１４からＳ２３の処理を行う。このように、本実施形態のデータ共有システムでは、Ｓ１１～Ｓ２３の処理を繰り返し行うことで、各管理端末A、B、Cの分散台帳には、IoT端末(あ)から送信されたトランザクション（IoT端末情報）が保持される。
　図４では、１つのIoT端末(あ)からトランザクションが送信された場合を例として記載しているが、複数のIoTネットワークの各IoT端末から、IoT端末(あ)と同様のトランザクションが各管理端末A、B、Cに送信される。これにより、各管理端末A、B、Cの分散台帳には、複数のIoTネットワークの各IoT端末のIoT端末情報が保持される。したがって、本実施形態の各管理端末A、B、Cは、複数のIoTネットワークのIoT端末情報を共有（保持）することができる。
　なお、図４に示すＳ１４からＳ２３の各管理端末A、B、Cの動作は一例であり、ブロックチェーンの仕様によって、Ｓ１４からＳ２３とは異なる動作であってもよい。
　図５は、IoT端末(あ)が、１つの管理端末１にIoT端末情報を含むトランザクションを送信する場合の動作を示すシーケンス図である。図示する例では、IoT端末(あ)は、管理端末Aのみに、トランザクションを送信する（Ｓ１１Ａ）。管理端末Aは、受信したトランザクションを、他の管理端末B、Cとの間で送受信する。具体的には、管理端末Aは、IoT端末(あ)から送信されたトランザクションを受信し、当該トランザクションを、ブロックチェーンのネットワークに接続された他の管理端末B、Cに送信する（Ｓ１２Ａ、Ｓ１３Ａ）。以降のＳ１４～Ｓ２３は、図３のＳ１４～Ｓ２３と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　そして、IoT端末(あ)は、次の送信タイミングで、IoT端末情報を含むトランザクションを生成し、Ｓ１１Ａと同様に当該トランザクションを管理端末Aに送信する（Ｓ２４Ａ）。管理端末Aは、受信したトランザクションを、Ｓ１２Ａ、Ｓ１３Ａと同様に、他の管理端末B、Cに送信する（Ｓ２５Ａ、Ｓ２６Ａ）する。これにより、各管理端末A、B、Cは、前述のＳ１４からＳ２３の処理を行う。
　例えば、管理端末Aが東京に配置され、管理端末Bが大阪に配置され、管理端末Cが札幌に配置され、IoTネットワークAが東京の企業によって東京で運営されている場合、IoTネットワークAの各IoT端末が、遠隔地の管理用端末B、Cに直接通信することは効率が悪い。
　このような場合、東京に配置されたIoTネットワークAの各IoT端末は、最も近くに配置された管理端末Aのみにトランザクションを送信し、管理端末Aが、他の管理端末B、Cにトランザクションを送信する。これにより、IoT端末の通信負荷を削減することができる。
　図５においても、図４と同様に、各管理端末A、B、Cの分散台帳には、複数のIoTネットワークの各IoT端末のIoT端末情報が保持される。したがって、各管理端末A、B、Cは、複数のIoTネットワークのIoT端末情報を共有（保持）することができる。
　図６は、IoTネットワークを新規に増設した場合の処理を説明するための説明図である。IoTネットワークA、Bが存在するとき、IoTネットワークCが新規に追加されたとする。新たなIoTネットワークCの各IoT端末は、少なくとも１つの管理端末に対して自身のIoT端末情報を含むトランザクションを送信する。ここでは、IoTネットワークCの各IoT端末は、管理端末Cのみにトランザクションを送信し、管理端末A、Bにはトランザクションを送信しない場合を例示している。
　この場合、図５で説明したように、トランザクションを受信した管理端末Cが、ブロックチェーンのネットワークに接続された他の管理端末A、Bに、トランザクションを送信する。これにより、新たなIoTネットワークCの各IoT端末のIoT端末情報は、全ての管理端末A、B、Cで共有される。
　なお、本実施形態では、IoT端末は、ブロックチェーンのノードである管理端末が解釈可能なトランザクションを用いてIoT端末情報を送信する。このため、新たなIoTネットワークが増設された場合であっても、管理端末への改造（プログラムの変更、修正）は不要である。
　図７は、ブロックチェーンのネットワークに、新たな管理端末を増設した場合の処理を説明する説明図である。ここでは、新たな管理端末Dは、他の管理端末A～Cに自律的にアクセスをする。端末間のゆるやかな同期により、既存の管理端末A～Cの分散台帳の内容が管理端末Dの分散台帳に反映される。具体的には、管理端末Dのブロックチェーン制御部は、既存の管理端末（ここでは管理端末C）の分散台帳の内容を、自身の分散台帳に複製する。既存の管理端末の分散台帳には、過去の履歴（IoT端末情報）が記憶されている。これにより、新たな管理端末Dは、ブロックチェーンのノードとして機能する。
　その後、管理端末Dは、管理端末Dと近い場所に新たなIoTネットワークが増設されると、当該IoTネットワークの各IoT端末からトランザクションを受信するようになる。
　＜変形例＞
　図８は、本実施形態のデータ共有システムの変形例の構成図である。変形例では、IoTネットワーク２０が、管理ノード３を備える場合を記載している。IoTネットワーク２０を構築する際に、IoTネットワーク２０は、複数のIoT端末２を管理する管理サーバ３を設定する場合がある。この場合、管理端末１は、IoT端末２から直接トランザクション（IoT端末情報）を受信するのではなく、管理サーバ３を経由してトランザクションを受信する。すなわち、IoT端末２は、トランザクションを管理サーバ３に送信し、管理サーバ３はトランザクションを管理端末１に送信する。
　なお、図示するように、管理サーバ３を備えるIoTネットワークA、Bと、管理サーバ３備えないIoTネットワークCとが混在してもよい。
　以上説明した本実施形態のデータ共有システムでは、複数のIoTネットワーク２０と、ブロックチェーンのネットワークに接続された複数の管理端末１とを備え、管理端末１は、複数のIoTネットワーク２０のうちの少なくとも１つのIoTネットワーク２０から、IoT端末２に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する受信部１２と、トランザクションを、他の管理端末１との間で送受信する通信部１３と、トランザクションを含むブロックの生成を試みるブロック生成部１４と、他の管理端末１が生成したブロックを検証するブロック検証部１５と、生成されたブロックを記憶する分散台帳１６と、を備える。
　このように、本実施形態では、ブロックチェーンをオーバーレイネットワークとして用いることで、各管理端末１の分散台帳には、複数のIoTネットワークの各IoT端末のIoT端末情報が保持される。すなわち、本実施形態の各管理端末１では、複数のIoTネットワークのIoT端末情報を共有することができる。これにより、ユーザはどれか１つの管理端末１の分散台帳を参照することで、複数のIoTネットワーク２０全体を監視することができる。
　また、ブロックチェーンでは、端末間の緩やかな同期により自律的に情報交換され、各管理端末１の分散台帳には、リアルタイムに近い形で最新状態のブロックチェーン（IoT端末情報の履歴）が記憶される。したがって、本実施形態では、新規のIoTネットワーク２０および管理端末１の追加および削除が容易であり、スケールアウト（システム変更）に要する作業負荷を低減することができる。
　また、IoTネットワークでは、ネットワークの増強に伴ってIoT端末の数が増加する傾向にある。その一方、IoT端末自体は一般的に脆弱であり、電源またはネットワークの切断などにより、IoT端末がネットワークから離脱することがしばしば発生する。そのため、１台１台のIoT端末を管理する場合、IoT端末が追加または削除が発生するたびに、管理サーバにおいて管理対象のIoT端末を再設定する必要があり、設定作業が煩雑になる。これに対し、本実施形態では、IoTネットワーク２０毎に管理サーバを置く必要がなく、したがって、IoT端末２の追加または削除が発生するたびに、管理サーバにIoT端末情報の設定する必要がない。また、本実施形態では、IoTネットワーク２０毎に管理サーバを置く必要がないため、大規模かつ複雑なシステム構成となることを回避することができる。
　なお、上記説明した管理端末１およびIoT端末２は、例えば、図９に示すような汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。図示するコンピュータシステムは、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える。メモリ９０２およびストレージ９０３は、記憶装置である。このコンピュータシステムにおいて、CPU９０１がメモリ９０２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、各装置の各機能が実現される。例えば、管理端末１およびIoT端末２の各機能は、管理端末１用のプログラムの場合は管理端末１のCPUが、IoT端末２用のプログラムの場合はIoT端末２のCPUが、それぞれ実行することにより実現される。
　また、管理端末１は、１つのコンピュータで実装されてもよく、あるいは複数のコンピュータで実装されても良い。また、管理端末１は、コンピュータに実装される仮想マシンであっても良い。
　管理端末１用のプログラムおよびIoT端末２用のプログラムは、HDD、SSD、USB（Universal Serial Bus）メモリ、CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。
　また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　１　：管理端末
　１０：ブロックチェーンネットワーク
　１１：ブロックチェーン制御部
　１２：受信部
　１３：通信部
　１４：ブロック生成部
　１５：ブロック検証部
　２　：IoT端末
　２０：IoTネットワーク
　２１：検知部
　２２：処理部
　２３：トランザクション生成部
　２４：通信部
　２５：記憶部
　　

Claims (5)

  1. 　データ共有システムであって、
    　複数のIoTネットワークと、ブロックチェーンのネットワークに接続された複数の管理端末とを備え、
    　前記管理端末は、
    　　複数の前記IoTネットワークのうちの少なくとも１つのIoTネットワークから、IoT端末に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する受信部と、
    　　前記トランザクションを、他の管理端末との間で送受信する通信部と、
    　　前記トランザクションを含むブロックの生成を試みるブロック生成部と、
    　　他の管理端末が生成したブロックを検証するブロック検証部と、
    　　生成されたブロックを記憶する分散台帳と、を備える
    　データ共有システム。
  2. 　前記IoTネットワークは、複数のIoT端末を備え、
    　前記IoT端末は、
    　　前記IoT端末情報を含む前記トランザクションを生成するトランザクション生成部と、
    　　前記トランザクションを、少なくとも１つの前記管理端末に送信する通信部と、を備える
    　請求項１に記載のデータ共有システム。
  3. 　ブロックチェーンのネットワークに接続された管理端末であって、
    　複数のIoTネットワークのうちの少なくとも１つのIoTネットワークから、IoT端末に関するIoT端末情報を含むトランザクションを受信する受信部と、
    　前記トランザクションを、他の管理端末との間で送受信する通信部と、
    　前記トランザクションを含むブロックの生成を試みるブロック生成部と、
    　他の管理端末が生成したブロックを検証するブロック検証部と、
    　生成されたブロックを記憶する分散台帳と、を備える
    　管理端末。
  4. 　データ共有システムが行うデータ共有方法であって、
    　前記データ共有システムは、複数のIoTネットワークと、ブロックチェーンのネットワークに接続された複数の管理端末と、を備え、
    　前記IoTネットワークは、
    　　IoT端末に関するIoT端末情報を含むトランザクションを、少なくとも１つの管理端末に送信する送信ステップを行い、
    　前記管理端末は、
    　　複数の前記IoTネットワークのうちの少なくとも１つのIoTネットワークから、前記トランザクションを受信する受信ステップと、
    　　前記トランザクションを、他の管理端末との間で送受信する通信ステップと、
    　　前記トランザクションを含むブロックの生成を試みる、または、他の管理端末が生成したブロックを検証するステップと、
    　　生成されたブロックを分散台帳に記憶する記憶ステップと、を行う
    　データ共有方法。
  5. 　請求項３に記載の管理端末として、コンピュータを機能させるデータ共有プログラム。
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