СМАРТ-КОНТРАКТИ ЯК МЕХАНІЗМИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРИВАТНОСТІ В РОЗПОДІЛЕНИХ СИСТЕМАХ ЦИФРОВИХ ДВІЙНИКІВ

Дмитро Овсянко; Олена Нємкова

doi:10.28925/2663-4023.2025.29.867

Автор(и)

Дмитро Овсянко Національний Університет «Львівська Політехніка» https://orcid.org/0009-0003-7758-0613
Олена Нємкова Національний Університет «Львівська Політехніка» https://orcid.org/0000-0003-0690-2657

DOI:

https://doi.org/10.28925/2663-4023.2025.29.867

Ключові слова:

цифрові двійники, приватність даних, смарт-контракти, блокчейн і децентралізоване управління доступом, докази з нульовим розголошенням (ZKP), децентралізовані ідентифікатори (DID), конфіденційні обчислення

Анотація

Анотація. Розгортання розподілених цифрових систем-двійників у таких сферах, як охорона здоров'я, виробництво та критична інфраструктура, загострило питання захисту приватності даних. У цих системах цифрові двійники взаємодіють з великою кількістю пристроїв та користувачів, що підвищує ризики витоку або несанкціонованого доступу до чутливої інформації. Традиційні централізовані механізми управління ідентифікацією та контролем доступу не відповідають вимогам сучасних розподілених систем, оскільки обмежені в масштабованості, автономності та рівні приватності. У статті досліджено можливості використання смарт-контрактів, що функціонують у блокчейн-середовищі, для забезпечення децентралізованого управління доступом до даних цифрових двійників. Смарт-контракти здатні забезпечити прозоре і надійне виконання політик доступу без участі централізованих посередників. В роботі розглянуто інтеграцію сучасних криптографічних технологій у процеси роботи смарт-контрактів, зокрема використання доказів з нульовим розголошенням, децентралізованих ідентифікаторів (DID) та конфіденційних обчислень. Застосування таких рішень дозволяє підтверджувати права доступу, забезпечувати приватність і безпеку операцій без розкриття конфіденційної інформації. Також проаналізовано обмеження існуючих підходів, серед яких висока вартість транзакцій у публічних блокчейнах, низька продуктивність традиційних смарт-контрактів та складності з інтеграцією конфіденційних обчислень у пристрої з обмеженими ресурсами. Запропоновано напрями подальших досліджень, зокрема оптимізацію архітектур другого рівня (Layer 2) для підвищення продуктивності, розробку безпечних механізмів аудиту та забезпечення сумісності з суверенними системами ідентифікації. У висновках наголошується, що приватність повинна стати базовою властивістю цифрових двійників. Смарт-контракти у таких системах повинні виконувати не лише логіку управління, але й функцію довірених агентів, які гарантують дотримання політик доступу та нормативних вимог у децентралізованих екосистемах.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Role-based access control models / R. S. Sandhu et al. Computer. 1996. Vol. 29, no. 2. P. 38–47. URL: https://doi.org/10.1109/2.485845 (date of access: 16.04.2025).

The OAuth 2.0 Authorization Framework / ed. by D. Hardt. RFC Editor, 2012. URL: https://doi.org/10.17487/rfc6749 (date of access: 16.04.2025).

Cadavid, H., Mo, H., Arends, B., Dziopa, K., Bron, E. E., Bos, D., Georgievska, S., & van der Harst, P. MyDigiTwin: A Privacy-Preserving Framework for Personalized Cardiovascular Risk Prediction and Scenario Exploration. Elsevier. 2025. URL: https://arxiv.org/abs/2501.12193 (date of access: 18.04.2025).

Zhang L., Xue J. Analysis of Personal Privacy Leakage under the Background of Digital Twin. Scientific and Social Research. 2024. Vol. 6, no. 10. P. 168–175. URL: https://doi.org/10.26689/ssr.v6i10.8437 (date of access: 14.05.2025).

Upadrista V., Nazir S., Tianfield H. Blockchain-enabled digital twin system for brain stroke prediction. Brain Informatics. 2025. Vol. 12, no. 1. URL: https://doi.org/10.1186/s40708-024-00247-6 (date of access: 14.04.2025).

Upadrista V., Nazir S., Tianfield H. Blockchain-enabled digital twin system for brain stroke prediction. Brain Informatics. 2025. Vol. 12, no. 1. URL: https://doi.org/10.1186/s40708-024-00247-6 (date of access: 16.04.2025).

A Digital Twin Approach for Blockchain Smart Contracts / F. Corradini et al. 2024 IEEE International Conference on Software Analysis, Evolution and Reengineering - Companion (SANER-C), Rovaniemi, Finland, 12 March 2024. 2024. P. 1–7. URL: https://doi.org/10.1109/saner-c62648.2024.00007 (date of access: 02.05.2025).

SNARKs for C: Verifying Program Executions Succinctly and in Zero Knowledge / E. Ben-Sasson et al. Advances in Cryptology – CRYPTO 2013. Berlin, Heidelberg, 2013. P. 90–108. URL: https://doi.org/10.1007/978-3-642-40084-1_6 (date of access: 16.04.2025).

Blockchain-secure patient Digital Twin in healthcare using smart contracts / S. Amofa et al. PLOS ONE. 2024. Vol. 19, no. 2. P. e0286120. URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0286120 (date of access: 02.05.2025).

Samaniego M., Deters R. Digital Twins and Blockchain for IoT Management. ASIA CCS ‘23: ACM Asia Conference on Computer and Communications Security, Melbourne VIC Australia. New York, NY, USA, 2023. URL: https://doi.org/10.1145/3594556.3594611 (date of access: 02.05.2025).

A Digital Twin Approach for Blockchain Smart Contracts / F. Corradini et al. 2024 IEEE International Conference on Software Analysis, Evolution and Reengineering - Companion (SANER-C), Rovaniemi, Finland, 12 March 2024. 2024. P. 7–11. URL: https://doi.org/10.1109/saner-c62648.2024.00007 (date of access: 02.05.2025).

Ferone A., Verrilli S. Exploiting Blockchain Technology for Enhancing Digital Twins’ Security and Transparency. Future Internet. 2025. Vol. 17, no. 1. P. 31. URL: https://doi.org/10.3390/fi17010031 (date of access: 17.04.2025).

Ahmadi-Assalemi G., Al-Khateeb H., Aggoun A. Privacy-enhancing technologies in the design of digital twins for smart cities. Network Security. 2022. Vol. 2022, no. 7. URL: https://doi.org/10.12968/s1353-4858(22)70046-3 (date of access: 02.05.2025).

Zerocoin: Anonymous Distributed E-Cash from Bitcoin / I. Miers et al. 2013 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP) Conference, Berkeley, CA, 19–22 May 2013. 2013. URL: https://doi.org/10.1109/sp.2013.34 (date of access: 16.04.2025).

A Blockchain and Zero Knowledge Proof Based Data Security Transaction Method in Distributed Computing / B. Zhang et al. Electronics. 2024. Vol. 13, no. 21. P. 4260. URL: https://doi.org/10.3390/electronics13214260 (date of access: 14.05.2025).

Zhuo Y. Research on Blockchain Interactive Zero Knowledge Proof Privacy Protection Scheme Based on Improved Paillier Homomorphic Encryption. Frontiers in Science and Engineering. 2024. Vol. 4, no. 10. P. 57–73. URL: https://doi.org/10.54691/9xb96p64 (date of access: 10.04.2025).

Dr. K. Baranidharan, Mahalakshmi.R, Anagha S. Blockchain Technology for Enhancing Supply Chain Transparency: Opportunities and Challenges. International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology. 2025. P. 345–353. URL: https://doi.org/10.48175/ijarsct-23039 (date of access: 21.04.2025).

Gangwal A., Gangavalli H. R., Thirupathi A. A survey of Layer-two blockchain protocols. Journal of Network and Computer Applications. 2022. P. 103539. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnca.2022.103539 (date of access: 16.04.2025).

Salunkhe, V., & Sujatha, R. Integrating Zk-Rollup and Blockchain for Scalable and Secure Healthcare Data Management. (2025). URL: https://doi.org/10.2139/ssrn.5070850 (date of access: 16.04.2025).

Advances in Blockchain Solutions for Secure and Efficient Cross-Border Payment Systems / N. L. Eyo-Udo et al. International Journal of Research and Innovation in Applied Science. 2025. Vol. IX, no. XII. P. 536–563. URL: https://doi.org/10.51584/ijrias.2024.912048 (date of access: 22.04.2025).

Kerl M., Bodin U., Schelén O. Privacy-preserving attribute-based access control using homomorphic encryption. Cybersecurity. 2025. Vol. 8, no. 1. URL: https://doi.org/10.1186/s42400-024-00323-8 (date of access: 21.04.2025).

Decentralized Identity Management for Internet of Things (IoT) Devices Using IOTA Blockchain Technology / T. Ramírez-Gordillo et al. Future Internet. 2025. Vol. 17, no. 1. P. 49. URL: https://doi.org/10.3390/fi17010049 (date of access: 21.04.2025).

Decentralized Identity Management for Internet of Things (IoT) Devices Using IOTA Blockchain Technology / T. Ramírez-Gordillo et al. Future Internet. 2025. Vol. 17, no. 1. P. 62. URL: https://doi.org/10.3390/fi17010049 (date of access: 21.04.2025).

Blockchain-Powered Integrated Health Profile and Record Management System for Seamless Consultation Leveraging Unique Identifiers / Ganesh Khekare et al. Blockchain-Enabled Internet of Things Applications in Healthcare: Current Practices and Future Directions. 2025. P. 53–68. URL: https://doi.org/10.2174/9789815305210125010006 (date of access: 25.04.2025).

Péter B. Z., Kocsis I. Privacy-Preserving Noninteractive Compliance Audits of Blockchain Ledgers with Zero-Knowledge Proofs. Acta Polytechnica Hungarica. 2024. Vol. 21, no. 11. P. 7–27. URL: https://doi.org/10.12700/aph.21.11.2024.11.1 (date of access: 16.04.2025).

Guo X., Li D. A., Zuo Y. When Auditing Meets Blockchain: A Study on Applying Blockchain Smart Contracts in Auditing . SSRN Electronic Journal. 2025. URL: https://doi.org/10.2139/ssrn.5029553 (date of access: 15.05.2025).

SD-SmartCert: A Blockchain-Based Certification System with Selective Disclosure / A. Modak et al. 2024 IEEE International Conference on Blockchain and Distributed Systems Security (ICBDS), Pune, India, 17–19 October 2024. 2024. P. 1–6. URL: https://doi.org/10.1109/icbds61829.2024.10837562 (date of access: 15.05.2025).