ABE وفق سياسة النص المشفّر ‏(CP-ABE)

في التشفير القائم على السمات وفق سياسة النص المشفّر (CP-ABE)، يضمّن مُشفِّر الرسالة سياسة الوصول مباشرةً في النص المشفّر. ويمتلك المستخدم مفتاحًا سريًا يشفّر مجموعة سماته. ينجح فك التشفير إذا وفقط إذا حققت سمات المستخدم سياسة الوصول المضمّنة في النص المشفّر. ويتحكم مُشفِّر الرسالة في الجهات التي يمكنها فك التشفير، عبر تحديد السياسة وقت التشفير.

تُعبَّر سياسات الوصول في CP-ABE عن صيغ بوليانية رتيبة على السمات، ويُمثَّل بها عادةً باستخدام مخططات تقاسم الأسرار الخطي (LSSS) أو أشجار الوصول. ويمكن أن تتضمن السياسة بوابات AND وبوابات OR وبوابات عتبة. وتتطلب بوابة AND جميع السمات المدرجة، بينما تتطلب بوابة OR أي سمة واحدة منها، وتتطلب بوابة العتبة t-of-n ما لا يقل عن t من السمات n المدرجة. ويمكن تداخل هذه البوابات للتعبير عن هياكل وصول معقدة.

لنفترض وجود نظام معلومات لمستشفى. قد يُشفَّر تقرير طبي باستخدام السياسة التالية: (role=Doctor AND department=Cardiology) OR role=Administrator. يمتلك طبيب القلب السمات {role=Doctor, department=Cardiology}، ولذلك يمكنه فك التشفير. أما اختصاصي الأشعة، فيمتلك السمات {role=Doctor, department=Radiology}، ولا يمكنه فك التشفير لأن department=Cardiology غير موجودة. ويمتلك المسؤول {role=Administrator}، ولذلك يمكنه فك التشفير دائمًا. وتُفرَض السياسة تشفيريًا، لا من خلال قوائم التحكم في الوصول فحسب.

يُعدّ إنشاء Waters (2011) أكثر إنشاءات CP-ABE العملية تأثيرًا، وهو يستند إلى الاقترانات الثنائية الخطية على المنحنيات الإهليلجية. في هذا الإنشاء، تُنشئ الجهة الموثوقة سرًا رئيسيًا ومفتاحًا عامًا. وتُنشأ المفاتيح السرية للمستخدمين لمجموعات سمات محددة. ويتضمن التشفير إنشاء نص مشفّر يرمّز سياسة الوصول باستخدام تقاسم الأسرار الخطي. ويُثبت الأمان بالاعتماد على افتراض Diffie-Hellman الثنائي الخطي التقريري (DBDH).

تختلف مخططات CP-ABE في طريقة تعاملها مع كون السمات. إذ تتطلب إنشاءات الكون الصغير الالتزام بمجموعة السمات الممكنة كاملةً وقت الإعداد، مما يحدّ من المرونة لكنه يتيح مخططات أكثر كفاءة. أما إنشاءات الكون الكبير (Rouselakis-Waters 2013، Attrapadung 2014)، فتسمح باستخدام سمات من كون ذي حجم أُسّي من دون التزام وقت الإعداد، مما يتيح سمات مثل معرّفات المستخدمين أو الطوابع الزمنية من دون التصريح مسبقًا بكل الاحتمالات.

يمكن لـ CP-ABE دعم تفويض المفاتيح، إذ تستطيع جهة موثوقة إصدار مفاتيح لمجموعة فرعية من السمات إلى جهة تابعة، ويمكن لهذه الجهة تقييد قدرات المفتاح أكثر، لكن لا يمكنها توسيعها. ويتيح ذلك إدارة هرمية للسمات: تصدر جهة على مستوى الشركة مفاتيح على مستوى الأقسام، ثم تصدر جهات الأقسام مفاتيح الموظفين. وتُسمى هذه الخاصية أمان تفويض المفاتيح: فلا يمكن استخدام المفتاح المفوَّض لفك تشفير أي شيء لا تستطيع الجهة المفوِّضة فك تشفيره.

تتوفر تطبيقات عملية لـ CP-ABE في مكتبة Java Pairing-Based Cryptography (jpbc)، وفي إطار Python ‏charm-crypto المخصص لإنشاء النماذج الأولية. وتُعدّ مكتبة OpenABE (Zeutro) تطبيقًا بلغة C++ يدعم CP-ABE وKP-ABE، وهو مناسب للاستخدام في بيئات الإنتاج. كما أن RABE تطبيق لـ CP-ABE بلغة Rust. وتنفذ هذه المكتبات عمليات قائمة على الاقتران على منحنيي BN-256 وBLS12-381.

يتمثل التطبيق التقليدي لـ CP-ABE في التحكم الدقيق في الوصول إلى التخزين السحابي. إذ يشفّر مالك الملف مستندًا وفق سياسة محددة قبل رفعه. ويمكن لأي مستخدم تحقق سماته السياسة أن ينزّل المستند ويفك تشفيره، من دون أن يعرف موفر الخدمة السحابية من سيصل إليه أو يحتاج إلى إدارة قوائم التحكم في الوصول. ويقدم موفر الخدمة السحابية النصوص المشفّرة لأي جهة تطلبها، بينما تُفرَض السياسة داخل النص المشفّر نفسه.

تتضمن عمليات CP-ABE حسابات الاقتران الثنائي الخطي، وهي أبطأ بكثير من التشفير المتماثل. وعلى وحدة معالجة مركزية حديثة، تستغرق عملية اقتران واحدة على BN-256 نحو 1-3 ms. وتزداد تكلفة فك التشفير خطيًا مع عدد السمات التي تحقق السياسة. وبالنسبة إلى السياسات التي تتضمن 10-20 سمة، يستغرق فك التشفير من 10 إلى 60 ms، وهي مدة مقبولة للتطبيقات التي يتفاعل معها المستخدم، لكنها بطيئة جدًا للأنظمة الآلية عالية التواتر.

يكشف CP-ABE القياسي سياسة الوصول لأي شخص يرى النص المشفّر، إذ لا تكون السياسة مشفّرة. أما CP-ABE ذي السياسة المخفية، أو CP-ABE المخفي جزئيًا، فيخفي بعض سمات السياسة أو جميعها عن الجهات غير المصرح لها، مما يوفر خصوصية إضافية. ويتطلب تحقيق إخفاء كامل للسياسة إنشاءات أكثر تعقيدًا وتكلفة أداء إضافية كبيرة. وتستخدم معظم عمليات النشر العملية CP-ABE القياسي، حيث تكون السياسة ظاهرة، وتتقبل إمكانية الاطلاع عليها.

يمثل إلغاء المفاتيح في CP-ABE تحديًا عمليًا كبيرًا. فإذا تغيرت سمات المستخدم، كأن يغادر قسمًا أو تُلغى بيانات اعتماده، فإن إعادة تشفير جميع النصوص المشفّرة التي شُفّرت لسماته السابقة تكون مكلفة. وتشمل الأساليب العملية إصدار نسخ للسمات، عبر زيادة رقم الإصدار في كل سمة، واستخدام إعادة التشفير بالوكيل لتحديث النصوص المشفّرة، أو دمج CP-ABE مع سمات مرتبطة بالوقت واشتراط تحديث دوري للمفتاح من الجهة الموثوقة.

يضمّن CP-ABE سياسات الوصول في النصوص المشفّرة، بينما ترمّز مفاتيح المستخدمين مجموعات السمات. وينجح فك التشفير عندما تحقق السمات السياسة، بما في ذلك بوابات AND وOR والعتبة. ويُعدّ إنشاء Waters لعام 2011 الإنشاء العملي الرائد القائم على الاقترانات الثنائية الخطية. وتدعم إصدارات الكون الكبير مساحات سمات ديناميكية. ويُستخدم CP-ABE في التخزين السحابي للتحكم الدقيق في الوصول من دون قوائم ACL على الخادم. ولا يزال إلغاء المفاتيح تحديًا عمليًا، وتتم معالجته عبر إصدار نسخ للسمات أو إعادة التشفير بالوكيل.