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[지식정보] 스마트시티와 블록체인

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스마트시티는 데이터와 정보를 활용하여 다양한 도시 서비스들을 제공하는 도시다. 정보가 가진 중요성으로 인해 보안 이슈가 자주 대두된다. 블록체인 기술이 이를 해결하는 수단이 되고 있다. 그래서 제한적이던 도시 서비스의 종류가 증가하고 새로운 비즈니스 모델이 창출되고 있다. 실제 스마트시티에 적용된 블록체인 기술의 적용 동향과 사례, 향후 스마트시티 구현과 관련된 블록체인 기술 발전 방향을 살펴보자. 이 내용은 정보통신기획평가원 주간기술동향 1951(2020.06.17. 스마트시티와 블록체인, 정승현, 한국건설기술연구원 수석연구원) 자료를 이용하였다. 원본은 http://www.itfind.or.kr에서 다운 가능하다.

 

자료: 정보통신기획평가원 주간기술동향 1951, 2020.06.17. 스마트시티와 블록체인, 정승현, 한국건설기술연구원 수석연구원

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블록체인은 한 네트워크에서 발생하는 거래정보가 암호화되어 네트워크 구성원들 사이에서 공유되는 디지털 원장(ledger)이다. 거래 원장의 복사본이 모든 네트워크 구성원에게 분산 저장된다. 새로운 거래는 구성원들의 동의가 필요하다.

 

블록체인 거래는 중앙집중화된 시스템이 없이 개인 간 네트워크를 토대로 하기에, 거래 정보를 임의로 바꿀 수 없어, 거래 신뢰성이 높다.

 

블록체인에서 거래는 블록(block)’ 단위로 저장되어 온라인에 게시된다. 네트워크 상의 모든 참여자에게 전송되어 거래가 타당한지 검증된다. 승인된 블록이 기존 블록들에 체인 형태로 추가된다.

 

블록체인은 신뢰성과 보안성이 높다. 중앙집중방식의 원장과 달리 거래정보를 네트워크 상 다수 컴퓨터에서 공유 승인하기에 하나의 거래 정보를 변경하기 위해서는 거래정보가 저장된 많은 여러 컴퓨터들을 동시에 해킹해야 한다. 사실 이는 거의 불가능하다.

 

거래시간을 줄여준다. 분산원장을 사용하기에 거래시간을 줄여 속도를 높인다.

 

중앙 서버 구축이 필요없어 비용이 절약된다. 거래 정보가 분산 저장되기 때문이다.

 

거래가 투명하게 공시된다. 거래정보를 검증하는 네트워크 참여자들을 통해 실시간으로 거래를 모니터링된다.

 

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1. 스마트시티에서 블록체인 적용 분야와 기술

 

스마트시티 공간정보 분야

 

디지털트윈은 스마트시티의 계획운영관리 모델 역할을 한다. 공간정보(Spatial Information)는 가상세계와 현실세계를 통합(Cyber Physical System: CPS)하고 연결한다. 인공위성 GPS(Global Positioning System) 통해 위치정보와 이를 기반으로 생성되는 개인 활동정보가 스마트시티 서비스의 핵심이다.

 

그러나 위치기반의 개인정보가 모인 디지털트윈의 중앙집중식 빅데이터(카드매출, 통신내역, 이동 동선 등)는 개인정보보호 관련 법률로 활용이 제한되거나, 일부 공개 내용들도 보안에 취약하다.

 

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그 대안으로 블록체인의 도입이 필요해진다. 그 사례로 위치정보 인증과 관련된 공개규약인 FOAM(the Future of Proof Location)이 있다. FOAM에서는 CSC(Crypto-Spatial Coordinate)라는 블록체인 기반의 공개위치 표준을 제시하고 있다.

 

GPS는 해킹위험이 있고, 자율주행차나 사물인터넷 기기를 활용하기 위한 물리적 주소가 부재한 한계가 있다. 해결위해 FOAM에서는 오픈소스 기반의 블록체인 기술이 적용된 위치 표준을 제시한다.

 

CSC는 물리적 세계에 존재하는 주소와 동일한 이더리움 기반의 주소를 활용하기에 온라인과 오프라인에서 모두 검증 가능하다. 위치를 검증하는 과정은 구역앵커(zone anchor)에서 시작한다. 4개의 구역앵커가 하나의 조합으로 시간을 동기화하여 구역을 설정한다. 위치정보를 확인하기 위한 고객이 구역 내로 들어오게 되면 신호를 돌려받게 되는 시간 차이를 이용하여 각 앵커에서의 거리를 측정한다. 측정된 정보는 검증자(verifier)에게 보내고, 검증된 결과는 이더리움 블록체인에 저장된다.

 

FOAM은 또한 블록체인 기반의 공간 탐색기로 Spatial Index를 제공하여 웹브라우저에서 관련 내용을 배포할 수 있다.

 

스마트시티 인프라 관리

 

스마트시티에는 3가지 계층모델이 있다.

통신망을 비롯한 기반시설인 인프라층, 인프라를 통해 각종 도시정보가 수집되는 데이터층, 수집된 데이터를 바탕으로 도시문제 해결을 위한 서비스가 제공되는 서비스층 등 3계층으로 구성된다.

 

인프라 관리와 관련하여 블록체인 기술이 직접 적용된 사례는 아직 없다. 다만, 자산의 관점에서 토지와 시설물에 대한 관리에 블록체인 기술이 적용된 사례는 다수 있다.

 

관련 사례로 스웨덴은 토지장부시스템에 블록체인 기술 적용을 추진하고 있다. 스웨덴 내 모든 부동산 거래를 블록체인 거래장부로 디지털화하여 거래의 개방성과 투명성을 확보한 Lantmateriet를 개발하였다. 위조 방지와 사기거래를 예방하는 효과가 있다. 거래절차의 효율성을 향상시켜 정부 예산 절감에도 기여할 것으로 보인다.

 

우크라이나, 온두라스, 조지아 등에서는 공공성 강화의 관점에서 부동산 분야의 공공장부시스템 구축을 추진하고 있다].

 

부동산 관리는 스마트시티 인프라 관리에 직접적 관계는 적다. 아직 블록체인 기술을 이용하여 도로, 교량, 항만, 건축물 등 다양한 도시기반시설에 대한 운영과 관리 사례가 많지 않다. 하지만. 스마트시티 인프라 관리의 중요성과 보안 문제를 고려하면 앞으로 블록체인 기술이 적극적으로 도입될 것으로 보인다.

 

블록체인 기반 도시에너지 관리

 

에너지 공급과 관리가 중앙집중에서 분산형으로 전환 추세와 맞물려 스마트시티 에너지 분야에서도 블록체인 기술 도입이 추진되고 있다. 스마트시티에서 기후변화는 가장 핵심적인 이슈다. 유럽 스마트시티 프로젝트 대부분은 에너지와 관련이 있다. 에너지 블록체인이 구축되면 에너지 사용정보가 분산원장에 기록된다. 누구나 거래 내역을 확인할 수 있어 그간 제한적으로 시행되어온 에너지 거래가 활성화될 수 있다.

 

스마트 계약을 통해 복잡한 절차를 간소화하고, 비용 절감을 할 수 있다. 오스트리아 Grid Singularity는 개인, 가정, 기업의에너지 데이터를 분산원장에 기록, 소비패턴 분석, 수요예측, 스마트그리드 관리, 에너지 투자 결정, 에너지 교환 등 다양한 비즈니스 모델을 제공하는 기업이다. 이더리움을 기반으로 에너지 사용량을 수집 저장하고, 전력거래소에서 활용 가능한 정보를 제공하는 사업모델이다.

 

국내에서도 스마트시티에 적용 가능한 소규모 단지 규모 에너지 블록체인 시범사업을 수행한 사례가 있다. 한국인터넷진흥원에서 추진한 소형 건물군 대상 에너지 서비스 플랫폼 사업이다. 수요반응량 측정과 검증 자료를 분산원장에 공유하여 수요관리사업자와 한국전력 간의 거래 신뢰성을 향상하고, 거래정산 소요시간을 단축하는 목적으로 시행되었다.

 

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2. 블록체인 적용 스마트시티 사례

 

에스토니아 블록체인 이용한 국가 스마트시티 전략

 

에스토니아는 블록체인을 스마트시티에 도입한 성공 국가이다. 인구가 125만 명에 불과한 소국이다. 과거 Hotmail로 불리던 대표적인 메일사이트와 현재 마이크로소프트 윈도즈의 인터넷전화 플랫폼으로 활용되고 있는 Skype를 개발한 나라로 국가 차원에서 IT와 같은 지식집약적인 산업에 집중 투자 중이다.

 

블록체인 도입은 어느 나라보다 빠르고, 적용 범위 또한 혁신적이다. 전 세계 최초로 디지털 ID 기반 전자시민권인 ‘e-residency’ 제도를 시행하고 있다. 누구든 소정의 심사 요건을 만족하면 발급받을 수 았다. 디지털 ID 카드를 이용하여 정부가 제공하는 다양한 공공 서비스를 편리하게 이용할 수 있는 구조다. ID카드 내장된 IC칩은 개인인증과 전자서명 키 역할을 한다. 여기에 블록체인 암호화 기술이 적용되어 해킹과 같은 범죄행위를 방지한다.

 

개인 의료기록을 활용 시 맞춤형 의료 서비스 제공이 가능하다. 환자는 블록체인을 통해 MRICT와 같은 의료 영상 데이터를 실시간 모니터링 가능하다. 안전 보장된 암호화된 형태로 의사가 환경 정보를 기반으로 처방을 내린다. 보험청구나 심사 과정에 블록체인 시스템 통해 효율성. 과다 청구, 과소 지급 등 문제를 사전 예방한다.

 

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2005년 대통령 선거에서 세계 최초로 인터넷 온라인 투표를 하였다. ID카드를 통해 어디서든 개인인증을 거쳐 투표 할 수 있다. 투표율이 높고, 개표 선거비용은 줄였다. 투표 서비스는 유권자 등록여부/투표여부를 확인하여 기록하는 부분과 투표내용을 기록하는 두 개 블록체인으로 구분된다. 투표여부와 투표결과가 분리되어 저장되기 때문에 유권자는 익명성을 보장받는다. 유권자 블록체인에서는 등록 시 트랜잭션이 생성되고, 다음 트랜잭션은 정부(마이너-채굴자)가 투표권을 허가할 때 발생하는 구조다. 투표 포워딩 서버에서 투표 기간 중 투표내용이 암호화되어 저장된다. 투표 마감 후에는 투표저장 블록체인으로 이동되어 개표절차에 들어간다.

 

모든 행정업무를 디지털 기반 수행으로 전환하고 있다. 2000년 세계 최초로 인터넷 접속권한을 기본적인 인권으로 선언했다. 같은 해 디지털 서명을 필기 서명과 동일 효력으로 인정하는 법을 제정했다. 결혼과 이혼 등 민감한 사안을 제외하고는 세금납부, 계좌개설, 대출수령, 처방전 받기 등 대부분 일반 업무 처리 과정에서 종이서류가 없다. 세금 등 복잡하고 어려운 사항들도 전자정부를 통해 신속하게 처리할 수 있다. 사전 동의가 된 경우 개인계좌가 모두 세무당국과 직접 연결되어, 지출거래 내역 또한 세무당국에 자동으로 신고된다. 세무서에 서류 제출하는 복잡한 절차 없이 모든 절차는 전자서명으로 해결한다. 예상되는 개인정보 탈취나 사생활 침해문제에 블록체인 기술이 적용된다.

 

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두바이 스마트시티의 블록체인 행정 서비스

 

두바이는 스마트시티 분야 선도도시로 블록체인을 도시 전반에 도입하여 도시행정 분야 혁신을 주도한다.

 

두바이는 완벽한 블록체인 기반 스마트정부를 구축한 최초의 도시라고 볼 수 있다. 두바이는 2000년대부터 디지털 사회로 전환 위해 다양한 정책을 전개, 스마트시티가 그 핵심을 차지한다.

 

블록체인 기술 활용한 행정시스템 구축하여 온라인과 모바일을 통해 다양한 정부 서비스를 제공한다. 공공문서를 블록체인 전자문서로 변환하는 작업을 추진하였고 의료, 물류, 경제, 관광 등 각 분야에서 블록체인 활용한 스마트시티 서비스를 구상 중이다.

 

2020년까지 블록체인 스마트시티 구축과 세상에서 가장 행복한 도시 만들기를 목표로 한다. 기업과 협력을 통해 스마트시티 혁신을 주도한다. 추진과정에서 확보하는 노하우를 전 세계 도시와 공유하는 플랫폼 구축도 추진 중이다.

 

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중국의 블록체인 스마트시티 정책

 

중국은 정부주도 블록체인 인프라 구축으로 블록체인 기술 발전 전략을 수립하고 관련 사업을 적극 시행하고 있다. 블록체인 특허 보유 세계 1위 국가다.

 

스마트시티는 항저우와 충칭시에서 지방정부와 기업의 협업으로 블록체인 기술이 도시에 적용되고 있다.

 

항저우는 중국의 대표적 스마트시티로 자동차 부품업체인 완샹그룹이 주도하여 블록체인 기반 도시건설을 목표로 한다. 블록체인 기반 도시는 항저우 인근에 전기차 배터리 생산하는 인구 9만 명, 면적 10규모로 계획. 블록체인 기술을 사물인터넷과 연계하여 디지털월렛(전자지갑)에 적용하여 전체 도시를 온라인으로 연결시키는 계획을 수립. 항저우 스마트시티는 모든 시설이 자동화, 금융거래, 출생과 사망증명서 발급, 투표 등 블록체인 기술 적용되어 개인정보가 안전하게 기록 보관된다.

 

정부는 블록체인 기반 도시건설을 위해 모든 규제를 제거하고, 완샹블록체인연구소가 구축한 블록체인 연합체에 중국의 국영증권협회도 참여하는 등 민간과 정부의 협력이 활발하다.

 

알리바바가 개발한 클라우드 기반 도시운영체계인 시티브레인과 연계하여 도시의 각종 데이터를 효과적으로 관리·활용하고 있다. 마카오, 말레이시아를 비롯한 전 세계로 확대 적용되고 있다.

 

4. 시사점

 

스마트시티 산업 생태계가 중요하다. 스마트시티 성공하기 위해 기업, 시민, 공공이 협력하여 시장 형성이 중요하다. 그래야 혁신적 기술과 솔루션 창출 환경의 조성이 필요하다.

스마트시티에서 블록체인 체계를 운영·관리하는 주체가 명확해야 한다. 블록체인 기술개발도 중요하지만, 공공정보와 개인정보가 혼합되어 관리되는 스마트시티 블록체인 시스템의 운영 주체, 의사결정과정, 문제 발생 등에 대응 체계에 대한 고민이 필요하다.

 

스마트시티 블록체인 활성화를 뒷받침하는 제도가 구축·정비되어야 한다. 신뢰할 블록체인 기술이 적용된 사례에 한해 과도한 개인정보 제한과 관련된 규정은 완화할 필요가 있다.

 

스마트시티 지식 축적 플랫폼을 구축해야 한다. 스마트시티 적용 성과, 평가 지표, 표준모델, 산업생태계 등을 체계적으로 플랫폼에 모아 확산해야 한다. 플랫폼 구축은 지자체와 솔루션 보유기업 연계, 스마트시티 지속가능성, 경제성 확보, 신산업 활성화 등에도 크게 도움이 된다. 우리는 아직도 개별 스마트시티의 추진 노력과 결과를 평가해 인증하는 수준에 그치고 있다.

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