Efficient Trustworthy Computing with Blockchains and Biometrics

Blokkjeder har mange bruksområder i vårt moderne digitale samfunn, som f.eks. finansmarkedene og helsesektoren. Eksisterende blokkjeder har en del svakheter som forhindrer bruk i moderne digitale tjenester som krever høy datagjennomstrømning og kort ventetid, og som ikke sløser med energi. Dette prosjektet har utviklet nye skalerbare og robuste blokkjedestrukturer, algoritmer og systemer som vil forenkle applikasjonsutvikling. I tillegg til grunnleggende forskning på tilgangsfrie datasystemer og algoritmer, har prosjektet også implementert et prototypesystem for sikker og permanent lagring av digitale objekter, som kan anvendes til lagring av helsejournaler og vitnemål. Vårt mål er å gi autentisitet og tilgjengelighet av lagrede objekter med et sikkerhetsnivå som ikke er mulig med eksisterende teknologi. Dette innebærer å forhindre uautorisert endring eller fjerning av data; selv om noen av datamaskinene i blokkjeden har feilet eller blir kontrollert av en angriper. Systemet sikrer at brukerne alltid kan hente sine lagrede objekter. Den potensielle nytten prosjektet gir er en betydelig bedring i tilliten til digitale objekter og tjenester, siden de er sterkt knyttet til deres eiere gjennom biometri. Dette kan bidra til å sikre ektheten og nøyaktigheten av viktige digitale objekter som helsejournaler og vitnemål.

Prosjektet har utdannet 20 masterstudenter og fem PhD studenter hvorav to har disputert, og det forventes at minst én stipendiat til disputerer i løpet av 2024. I tillegg har prosjektet i en kortere periode hatt tilknyttet en postdok. De fleste av prosjektets alumni jobber nå i næringslivet og akademia med problemstillinger og tematikk som er nært knyttet til prosjektets mål. Prosjektet har utviklet kunnskap og en dypere forståelse av blokkjeder og deres egenskaper og egnethet for andre anvendelsesområder enn kryptovaluta. Denne innsikten vil prosjektets alumni, inkludert våre masterstudenter, kunne bruke i praksis for relevante næringslivsprosjekter. Prosjektet har også utviklet flere programvare rammeverk for eksperimentell blokkjede-forskning som vil kunne gjøre fremtidig forskning enklere å utføre. Disse rammeverkene er åpen kildekode og har allerede blitt tatt i bruk av forskere ved en rekke andre institusjoner, blant andre University of California, Berkeley og EPFL, Sveits. Forskningsgruppen ved UiS har i løpet av prosjektperioden vært engasjert i Credence INTPART prosjektet som organiserte en workshop i Stavanger, forskermobilitet og andre aktiviteter sammen med flere internasjonale partnere som var relatert til BBChain prosjektets tematikk. I løpet av prosjektperioden har UiS gruppen etablert forskningssamarbeid med University of California, Berkeley, gjennom et utenlandsopphold. Dette samarbeidet fortsetter også nå etter prosjektets slutt. En annen forsker fra UiS har etablert forskningssamarbeid med Technische Universität Braunschweig. Forskningsgruppen ved UiS er jevnlig i kontakt med prosjektets alumni og andre næringslivsaktører for å videreutvikle og promotere våre forskningsresultater fra BBChain prosjektet.

Blockchain-based systems, like Ethereum and Bitcoin, have reinvigorated the decentralized peer-to-peer computing model, and demonstrated that important globally-spanning services can be constructed without having a strong centralized component. This project aims to address the shortcomings of existing blockchains that prevents these structures from being used in services that require higher throughput and lower latency, and this without requiring energy-consuming proof-of-work. The starting point for addressing these concerns derives from key competence on scalable Byzantine consensus and biometrics within the project group. Beyond the basic research on novel blockchains, the goal is to leverage blockchains to construct a prototype system for secure and permanent storage of digital artifacts whose authenticity is verifiable, preventing both unauthorized data manipulation and data loss. Hence, a key criteria for the system is to always be able to retrieve a stored artifact, in spite of partial failures. Another major goal is to facilitate keyless, but secure, access to the storage. To accomplish these goals, we develop a novel biometrics-based blockchain, and a novel signature scheme, also based on biometrics. The project is timely, as it develops theory and experimental research prototypes for blockchain technologies, which are becoming an increasingly important part of our online world. The project is also feasible, as it builds on complementary research competences and strengths of the consortium partners. The potential impact is a substantial improvement in trust among participants in blockchain-based transactions where identification is a key attribute, such as in authenticating health journals and grade transcripts.