Journal of The Korea Society of Computer and Information Vol. 23 No. 10, pp , October

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1 Journal of The Korea Society of Computer and Information Vol. 23 No. 10, pp , October A Study on the Application of Block Chain Ethereum Technology to Activate Digital Contents Trading as Sharing economy - data encryption and modify merkle tree- Youn-a Min*, Yeong-Tae Baek** Abstract The shared economy began with the concept of sharing the physical and intellectual assets of individuals with others. Nowadays, the concept of shared economy is becoming one of the industries as an enterprise type. Especially, with the development of the Internet and smart devices, various forms of shared economy have been developed in accordance with the need of sharing of individual income. Digital content is also a shareable commodity and it is seeking to utilize it as an item of shared economy. Accordingly, when digital contents are used as a shared economy, there are various possible threats -security threats that may arise in the course of transactions, potential for theft, alteration and hacking of contents. In this paper, we propose transaction method and content protection method using block chain-ethereum technology to reduce security threats and transparent transactions that can occur in digital contents transactions. Through the proposed method, the trust of the consumer and the supplier can be measured and the encryption can be performed considering the characteristics of the data to be traded. Through this paper, it is possible to increase the transparency of smart transaction of digital contents and to reduce the risk of content distortion, hacking, etc. Keyword: Block chain, Ethereum, Smart Contract, shared economy I. Introduction 전세계적으로공유경제에대한관심이높아지고있다. 공유경제는개인이보유한다양한형태의자산을타인에게공유하고재화로써이익을취할수있다는측면에서새로운산업화방법이라고할수있다 [1]. 디지털콘텐츠도다양한형태의공유경제로써새로운가치를추구하고있는상황이다. 개인이보유한자산을활용하여새로운경제적이익을창출한다는의미에서공유경제를통한경제발달을기대할수있지만공유경제의활성화와더불어발생하는다양한문제점도제기되고있다. 비전문적인개인과개인간의거래에대한개인정보보안의위험성과거래시발생할수있는다양한위변조의문제등은여전히연구하여야할문제이다. 디지털콘텐츠의산업생태계는오프라인을통한유통, 모바일과케이블을통한유통등으로나뉘어져있고제작자, 배급업자, 소비자등의가치사슬면에서도공정하지못한관계를가지고있다. 기존의디지털콘텐츠는워터마크표시등의방법을통하여저작권을보호하고상업화하여거래되었다 [2]. 하지만디지털콘텐츠를불법으로재가공하여유통하고저작권을침해 First Author: Youn-a Min, Corresponding Author: Youn-a Min * Youn-a Min (yah0612@gachon.ac.kr), Dept. of Software, Gachon University ** Yeong-Tae Baek (hannae@kimpo.ac.kr), Dept. of Multimedia, Kimpo University Received: , Revised: , Accepted: This paper is a revised and expanded version of a paper entitled 'Development Tool based on A Study on the Application of Block Chain Ethereum Technology to Activate Digital Content Trading as Sharing economy' presented at the 2018 summer Conference of The Korea Society of Computer and Information This study was conducted as a result of a study of SW centered university project of Ministry of Science and ICT and Institute for Information & communications Technology Promotion (IITP) ( )

2 74 Journal of The Korea Society of Computer and Information 하는다양한행위는아직도시도되고있다. 또한유통과정에서도중간업자에의해디지털콘텐츠에대한거래시상당한수수료가지급되고있으며중간거래과정을통하여해킹의위협도도사리고있다. 이에, 유통채널상의다양화모색과디지털콘텐츠창작자에대한권익보호를위하여블록체인을통한디지털콘텐츠거래에대한관심이높아지고있다. 본논문에서는디지털콘텐츠를공유경제의방법으로거래할수있는방법으로블록체인의 Ethereum 기술기반 Smart Contract 를통한계약방법과거래시발생가능한보안상의위협을감소시키는방법으로블록체인기술중 Merkle Trees 해싱시처리되는일부데이터에대한해싱함수를적용하여처리방법의수정을제안하였다. II. Preliminaries 1. Digital Contents Market 다양한유형의콘텐츠개발과스마트디바이스의발전에힘입어디지털콘텐츠시장이증가하고있다. 정보통신산업진흥원이발표한 2016년국내디지털콘텐츠실태조사에의하면 Fig. 1과같이세계디지털콘텐츠시장은 2015년 1조 3,080 억달러에서 2020년에는연평균 11% 성장이되는 2조 2,010 억달러가될것으로예측하고있다 [3]. 또한국내디지털콘텐츠산업역시 2016년 434,206 억원에서 2019년 565,510 억원으로연평균 9.2% 의성장을기대하고있다 [4]. Table 1. Prediction of Domestic Distribution in 5 New Technologies Unit: 100 million won DIVISION (e) 2019(e) 2020(e) Annual average growth rate VR 4,734 13,019 20,120 29,588 36, AR 8,903 10,146 11,512 13,061 14, CG 3,390 3,812 4,287 4,821 5, hologram 5,435 6,138 6,876 7,489 8, F i v e s e n s e s 4,510 5,367 5, interaction S m a r t m e d i a 74,252 81,653 90, distribution 새로운유형의디지털콘텐츠를유통하기위해서는보다합 리적인계약과정과콘텐츠에대한철저한보호가필요하다. 가 상현실, 홀로그램, 오감인터렉션등디지털콘텐츠시장에서 다양한형태의신기술이개발됨에따라새로운기술의다각적 인측면으로의산업화가필요해지고개개인이보유한다양한 형태의콘텐츠에대한새로운가치창출방법으로공유경제가 제안되고있다. 디지털콘텐츠의공유경제화에의해개인및기 관이소장하고있는재화에대하여또다른채널의유통경로로 써의경제활성화를기대할수있다. 2. Shared Economy 공유경제는특정서비스를보유한개인및기업공급자와해 당서비스를사용하고자하는수요자간의거래를 ICT 플랫폼 을활용하여사용하는경제로정의할수있다 [1]. Fig. 1. Digital contents Market size 미래창조과학부에서조사한 2016 디지털콘텐츠실태조사에의하면 2015년디지털콘텐츠의 6대새로운시장의규모는모두 1조 97억원으로 5대신기술분야에대한국내유통시장은 2018년 9조원가량으로예측하고있다 [3]. Fig. 2. Definition of shared economy 세계의공유경제는급격히증가하고있다. 에어비엔비 (airbnb), 우버 (uber) 등의비즈니스모델이아니더라도각국에는하이테크설비의다양한공유경제서비스와정책을내놓고있다. Fig. 2와같이공유경제는수요자와공급자간의 ICT 플랫폼을통한거래탐색을통하여거래성사를통하여공급자는자신이보유한자산의사용권을제공하고수요자는적절한시장가격을지불하며플랫폼은각각중개수수료를취하는형태이다 [5]. 이과정에서거래되는자산은유 무형의자산이될수

3 A Study on the Application of Block Chain Ethereum Technology to Activate Digital Contents Trading as Sharing economy - data encryption and modify merkle tree- 75 있으며거래성사는온라인을통하지만실제서비스제공및이용은대부분오프라인에서이루어진다. 현재사용되고있는공유경제의주요분야는숙박, 차량, 금융, 재능등으로이루어지며 Fig.3 과같이공유경제의규모는 2013 년 51억달러의시장크기를고려하였을때매년 50% 이상의성장을하고있으며 2025년 22배상승한 3,350억달러의시장크기를예상하고있다 [1]. Fig.3은세계공유경제시장의크기이다. 회사인프로비넌스 (Provenance) 는소비자에게음식의유통경로에대한투명한계약 Tracking 을제공하여소비자와음식점과의기존과다른신뢰관계를제공하였다 [8]. 현재블록체인을활용한디지털콘텐츠활용관련연구는 Allrights 콘텐츠저작권유통업체에서활용하는스트리밍방법이대표적이며 인텔 에서도디지털콘텐츠수수료나저작권보호를위한노력을하고있다. 또한온라인을통한게임및광고시장에서도블록체인을통한거래시도가다각적으로연구되고있다. Table 2. Use of a block chain in startup[9,10,11] Fig. 3. Size of the World Shared Economic Market 국내의스마트폰보급률증가와 SNS 이용활성화에힘입어국내의공유경제규모는세계공유경제시장보다더높은증가율로성장할것이예측된다. 3. Block Chain 블록체인은거래되는정보가특정한알고리즘에의하여암호화되어연결되어있는모든구성원에게공유되는디지털원장을의미한다. 거래되는모든내역에대한합의는다양한방법으로이루어지며구성원과모든내용을공유하는퍼블릭방식과구성원의합의와공유에의하여공개여부가결정되는프라이빗방식, 특정인에게만거래내역이공개되고거래를할수있는컨소시움방식등다양한방법으로거래에관련된내용을투명하게보호하고공유하며제 3자의개입없이안전하게거래가가능하다 [6]. Fig. 4는블록체인의 Transaction 을나타낸것이다. 각 Transaction 간의처리시해시함수를사용하여처리된다. DIVISION Commodity Trading Service IoT. invest, loan security circulation route CONTENT Kraken: Collaborating with Fidor Bank of Germany to develop digital call service platform Lykke: Block Chain Based Leaky Coin Trading Platform Ascribe: Share and sell disital content assets through copyright registration Funderbeam : Provide start-up connectivity platform with investors Chainalysis : Block Chain based AML and KYC service Provenance :circulation route tracking 흔히 2 세대블록체인 이라일컫는 Ethereum 은기존단순거 래뿐아니라 Smart Contract 를통하여예약관련코드를삽입하 여기존의중계자를통한개입을배제하고중계자에게돌아가는 수수료에대한부담이제공자와수요자간에존재하지않는다 [5]. 블록체인을통하여거래에참여한구성원들에게거래정보를투명 하게노출하고거래내역을누락없이기록하고보관하게함으로 써신뢰성과더불어거래에있어발생할수있는다양한보안상의 문제를해결할수있기때문에블록체인을통한많은거래가시도 되고있다. 특히금융권과공유경제와같이거래상의보안과신뢰 가중요한경우더욱활발하게적용되고있다. 본논문에서제안하는 Ethereum 기술은 SHA256 이라는해 싱함수를이용하여거래내역을해싱하고, 해싱한내용을다시 해싱하여 Merkle Trees 를구성하므로거래내역에대한누락 과해킹이사실상불가능하다 [12]. 또한 Solidity 를활용한 Smart Contract 를활용하여스마트 거래를가능하게하여거래시발생가능한부적절한위변조와 해킹을방지할수있다. 그러나디지털환경에서생산되고거래되는디지털콘텐츠 의경우공유경제거래시기존의제품보다보다높은보안이 필요할것이다. 이에 3 장과같이콘텐츠자체에대한보안을추 가로실시하였다. Fig. 4. Block chain transaction [7] Table 2는블록체인을활용한글로벌스타트업의활용사례이다. 상품거래서비스와 IoT 및투자, 대출및보안분야에서블록체인을활용한다양한사례가있으며영국의소프트웨어 III. Block Chain Ethereum Technology base Digicon system 본논문에서는디지털콘텐츠를공유경제로써활성화하기위하여

76 Journal of The Korea Society of Computer and Information 필요한항목으로 거래와계약의투명성, 거래되는콘텐츠의보안강 화 에초점을두었다. 이를위하여블록체인기술중계약관련코드를 사용하여계약의투명성을보장하고유통시위 변조및해킹을 방지하기위한디지털콘텐츠자체암호화방법을연구하였다.

4 76 Journal of The Korea Society of Computer and Information 필요한항목으로 거래와계약의투명성, 거래되는콘텐츠의보안강 화 에초점을두었다. 이를위하여블록체인기술중계약관련코드를 사용하여계약의투명성을보장하고유통시위 변조및해킹을 방지하기위한디지털콘텐츠자체암호화방법을연구하였다. 이를통한거래의우수성을증명하기위하여블록거래에대한 시험을통하여거래에대한다양한위협요인에대한우수성을 증명하였다. table 3 과같은 Design 방법으로시스템을설계하였다. Table 3. Design method 1.Transparency in Transactions and Contracts: Smart contract of block chain Ethereum 2. Securing the content of transactions: Password handling for random portions of content 본논문에서제안하는디지털콘텐츠공유시스템 ( 이하 디 지스 (Digi_S) ) 는 EVM (Ethereum Virtual Machine) 을플랫 폼으로하여 Ethereum 을활용한 Smart Contract 가능한환경 을제공하며세부적환경은다음과같다. Table 4. environment Server : ubuntu 16.04LTS Platform : EVM browser : geth (Web3.js) Solidity implement : browser solidity Blockchain : ethereum 위의거래프로세스중 Smart Contract 와암호화프로세스관련 evaluation 내용은 4장에서설명한다. IV. Design and implement 1. Smart Contract Design 공유경제는대부분온라인에서거래가이루어지고오프라인을통하여활용된다. 온라인상의거래에서발생가능한다양한형태의보안위협은언제나존재한다. 공유경제로써디지털콘텐츠가성공적으로자리매김하기위하여중요한부분중하나가투명한계약이다. 본논문에서는 solidity 기반 Smart Contract 를통하여수요자와공급자가투명하게거래할수있도록한다. Fig.5 와같이계약서에대한코드입력이이루어지면컴파일을통하여바이트코드로포맷으로변경된다. 바이트코드를 p2p를통하여인증된거래대상자에게공유하기위하여 Web3.js 를통하여 JSON RPC 를호출하게된다. Fig. 6은 Smart Contract 처리과정이다. 디지스시스템에서사용할구매요청처리프로세스는 Fig. 5 와같다. Establishment of a shared economic site for digital contents sharing Credit check for consumer, supplier : Confirmation through block chain transaction information Publish a list of shareable digital content : e-book / webtoon / ad request etc Fig. 6. Smart Contract processing 공유경제에서중요한요인중하나가거래자들간의신임을고려하여본논문에서제안한 Smart Contract 는단순한거래계약이아닌거래당사자들에대한신용도를추가하였다. 거래를위한 Smart Contract 의 Struct 의일부는 Fig.7과같다. Purchasing decision by public block chain process Contract by Smart Contract Complete transaction through encryption process Post-use mutual evaluation Consumer Satisfaction and Supplier Satisfaction Sharing Sharing satisfaction Repurchase and Resale Display personal credit rating as judged by existing transaction history Fig. 5. Processing process Fig. 7. Smart Contract structure

A Study on the Application of Block Chain Ethereum Technology to Activate Digital Contents Trading as Sharing economy - data encryption and modify

Smart Contract 가시스템에적용되기위하여 geth를이용하여블록을생성시키고 browser solidity 를통하여 Smart Contract 를수요자와공급자가공유할수있도록한다.

8 을통하여 browser solidity 를 Smart Contract 를만들고제안한구조를가진 Smart Contract 의내용을공유하고계약사항에대하여투명하게거래하도록한다. Fig. 9. Transactions through virtual networks Fig.

Fig 11을통하여 Transaction 이처리되어 Block로묶여 Transaction Receipt 의정보에 Address 가추가되었음을알수있다. Fig. 8. browser solidity Remix 를사용하는경우더욱편리하게거래당사자간의확인이가능하다. Fig.9와 Fig.

5 A Study on the Application of Block Chain Ethereum Technology to Activate Digital Contents Trading as Sharing economy - data encryption and modify merkle tree- 77 수요자와공급자의신용에대한평가를위하여 unit 형태의 creditrating 을추가함으로쌍방의신뢰지수측정이가능하고 creditrating 은기존다른거래에서측정된수치에기인하므로계약시유용하게활용가능하다. Smart Contract 가시스템에적용되기위하여 geth를이용하여블록을생성시키고 browser solidity 를통하여 Smart Contract 를수요자와공급자가공유할수있도록한다. Solidity 는계약을위한프로그래밍언어로써 EVM에서구현되도록프로그래밍가능하며블록체인이사용되는플랫폼에서 Smart Contract 가가능하도록개발된다. Fig.8 을통하여 browser solidity 를 Smart Contract 를만들고제안한구조를가진 Smart Contract 의내용을공유하고계약사항에대하여투명하게거래하도록한다. Fig. 9. Transactions through virtual networks Fig. 10. Contract complete screen by application 만일 Fault Tolerance 를위하여거래에대한확실한증거를제시하기위하여 Transaction Receipt 를확인하고 Address 를확인할수있다. Fig 11을통하여 Transaction 이처리되어 Block로묶여 Transaction Receipt 의정보에 Address 가추가되었음을알수있다. Fig. 8. browser solidity Remix 를사용하는경우더욱편리하게거래당사자간의확인이가능하다. Fig.9와 Fig.10은본논문에서제안한시스템에대한거래관련 Transaction 을가상네트워크를통하여공개하고거래시활용가능한 API를적절하게사용하고거래가완료되었음을보여주는화면이다. Fig. 11. Transaction Receipt 2. Encrypting digital content 블록체인으로거래시발생되는블록에는거래내역을관리하는 Merkle Trees 가포함되어있다. Merkle Trees 는해시알고리즘을사용하여복호화가불가능한해시값으로변경이되며거래시발생가능한다양한 Transaction 을삭제없이관리할수있다. 현재블록체인 Ethereum 에서는거래내역에대한

6 78 Journal of The Korea Society of Computer and Information 관리를위하여 SHA-256 해싱알고리즘을통하여거래의투명 성을보장하고있다. 하지만엄밀하게이야기하자면거래되는 내용자체를암호화하는것은아니다. 만일디지털콘텐츠가 거래된다면디지털콘텐츠자체에대한보안이이루어지는것 은아닌것이다. Merkle Trees 를통하여거래내역에대한투 명성과정당성을보장할수있으나거래되는내용자체에대한 보다안전한보호가필요하다. 매우빈번히발생하는 Transaction 에일일이복잡한암호를활용하여암호화하는경 우거래시간, 암호화시간, 복호화시간등으로인하여거래의 효율성에문제가있을것이다. 본논문에서는거래되는다양한콘텐츠에대하여 Smart Contract 의메타데이터를통하여기록하도록하고기록된메타데 이터를토대로암호화가부를결정하여처리하도록한다. Fig.12 는본논문에서제안한 Merkle Trees 의암호화프로세스이다. 1. Random extraction of some data of digital content for trading 2. Apply the MD5 hash function to this data 3. Notice about application of hash function -Transaction metadata change <input> : unit varicustoner; mapping(unit=>customer)customer; <output> : : AD636260E BB244C1BAFB08 Fig. 13. MD-5 process 제안한바와같이공유되는디지털콘텐츠자체에대하여 0 랜덤영역을암호화처리하여공유경제에적용시거래되는콘 텐츠자체에대한안정성을높일수있다. V. Evaluation 본논문에서는공유경제로써디지털콘텐츠를활용하기위 하여투명한계약과거래되는콘텐츠의보안을목적으로디지 스시스템을설계하고개발하였다. 성능평가를위한지표중속 도는본논문에서는의미가없다. 따라서제안하는연구내용에대한성능평가를위하여블록 의생성, 확정시간을알아보았다. 일반적인 p2p 환경이아닌 private network 의가상네트워크를통하여거래하였으며, 거 래요청자와제공자를감안하여, 2 개의노드를설정하고 geth 플 랫폼을통하여평가항목에대하여실험하였다. 이때사용되는 event function 다음과같다. 4. Performing a hashing algorithm for Transaction - SHA Calculate the Top Hash value for each file 6. Provide decryption information for post-transaction encryption Fig. 12. Processing Process 제안한프로세스에서는디지털콘텐츠의랜덤한일부데이터를추출하여 MD5 해시함수를적용한다. 랜덤한데이터에대한위치를결정하기위한시드 (Seed) 값이필요한데본연구에서는간단하게현재의날짜를적용하였다. 이를통하여각거래내역에대한메타데이터가변경되고, 이를통하여해시값도변경되게된다. 디지스시스템에적용되는 MD5 알고리즘은 128비트암호화해시함수이며간단한알고리즘이지만디지털콘텐츠의랜덤한부분에대한암호화를통하여위변조여부를판단하고안전한디지털콘텐츠유통을위한신뢰성을향상시킬수있다. Fig. 13은디지스시스템에서발생하는임의의데이터를추출하여 MD5처리하는과정이다. Fig. 14. Event function 위에서언급한바와같이성능평가를위한 factor 는블록체인의속도 (TPS) 를통한블록체인의생성시간과확정시간이다. ethersscan.io 를통하여조사한최근 Ethereum 의 Transaction 은 Fig. 15과같다.

7 A Study on the Application of Block Chain Ethereum Technology to Activate Digital Contents Trading as Sharing economy - data encryption and modify merkle tree- 79 Fig. 15. Ethereum Transaction History [6] Fig. 17. Evaluation result-graph 본논문의실험을위하여준비한각기다른 2 개계정과 Smart Contract 를초당 50 개의속도로요청하였으며 contract creation 부터 transaction 처리를통한결과를통하여블록체 인생성시간과확정시간을알아보았다. 각처리과정에서대하여 Contract creation 과 deploy 를통하 여발생한 Message Transaction 을분석하고간단한 Call 을통 하여 transaction pre clock 를파악하여실험결과를추출하였다. 실험의결과는 Fig. 16 와같은프로세스로처리되었다. 1) contract creation / deployment JSON RPC API Ethereum Network(contract creation transaction) contract creation input : unit type parameter contract content: Transfer to customer's account Check customer information Checking the transaction of digital contents variable : N(message number of transaction) N=1000 N= ) Message transaction JSON RPC API (4byte function signature + 32byte parameter value) global state change 3) call for any confirm(do not change global state) Use call function to check contents Fig. 16. evaluation process Table. 5의결과에서많은양의 message transaction 이요청되었을때플랫폼은블록의생성을우선하여수행하고 Smart Contract 수행을더디게수행한것으로나타났다. VI. Conclusions 스마트디바이스의발전과더불어새로운형태의콘텐츠발전에따라다양한채널을통하여디지털콘텐츠가거래및관리되고있다. 기존개인과개인의소소한거래형태였던공유경제또한새로운산업유통경로로써발돋움하고있다. 이에디지털콘텐츠를공유경제의개념으로거래하기위한연구가활성화되고있지만공유경제로써디지털콘텐츠를거래함에따라발생될수있는거래및관리정보보호의위협도증가하였다. 본논문에서는디지털콘텐츠의안전한거래를위하여블록체인 Ethereum 기술을활용하여수정된메타데이터를활용한 Smart Contract 를적용하고디지털콘텐츠자체에대한암호알고리즘적용이가능한 디지스 (Digi_S) 시스템에대하여연구하였다. 제안한시스템을통하여공급자와수요자간신용도를체크하여투명한거래가가능하다. 또한콘텐츠자체에대한부분적인암호알고리즘적용을통하여해킹을통한위. 변조를방지할수있다. 이를통하여디지털콘텐츠의효과적이고투명한거래와저작권관리가가능하고향후공유경제로써디지털콘텐츠의새로운유통채널을활성화할수있을것이다. 위의실험을통하여 Table. 5 와같은결과 (transaction per block) 를얻었다. REFERENCES Table 5. Evaluation result division sec transaction per block 1~ N= ~ under 30 N=2000 1~ ~ under 20 [1] Min jung Kim and H.Y Lee, "Policy Direction for Stable Growth of Shared Economy", KDI Focus, [2] Jung Sook Sung,"A Study on the Protection Plan of Digital Contents", journal of security engineering,pp, , [3] Survey, "Survey on the status of digital contents industry in 2016", IITP, [4] Survey, "2016 Domestic Digital Contents Survey",National IT Industry Promotion Agency 2016.

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인문사회과학기술융합학회

인문사회과학기술융합학회 Vol.5, No.5, October (2015), pp.471-479 http://dx.doi.org/10.14257/ajmahs.2015.10.50 스마트온실을 위한 가상 외부기상측정시스템 개발 한새론 1), 이재수 2), 홍영기 3), 김국환 4), 김성기 5), 김상철 6) Development of Virtual Ambient Weather Measurement