ABE وفق سياسة المفتاح ‏(KP-ABE) والمقارنة

في التشفير القائم على السمات وفق سياسة المفتاح (KP-ABE)، تُضمَّن سياسة الوصول في المفتاح السري للمستخدم بواسطة جهة إصدار المفاتيح، بينما تحمل النصوص المشفّرة مجموعات من السمات. وينجح فك التشفير عندما تحقق مجموعة سمات النص المشفّر السياسة المرمّزة في مفتاح المستخدم. وتمنح الجهة الموثوقة قدرات فك التشفير عبر اختيار السياسة التي يضمّنها مفتاح كل مستخدم.

قدّم Goyal وPandey وSahai وWaters أول إنشاء أساسي لـ KP-ABE في عام 2006. ويستخدم إنشاؤهم أشجار وصول تكون أوراقها سمات، بينما تكون العقد الداخلية بوابات عتبة. وتحول جهة إصدار المفاتيح شجرة الوصول إلى مخطط تقاسم أسرار خطي، وترمّز حصص السر الرئيسي في مفتاح المستخدم. أما التشفير فبسيط: يُختار سر عشوائي y، ثم تُوزّع حصصه على كل سمة في النص المشفّر.

في KP-ABE وفق Goyal وآخرين، يعمل فك التشفير عبر دمج المكونات المشفّرة بالسمات مع حصص المفتاح باستخدام عمليات الاقتران. وبالنسبة إلى كل عقدة ورقية تقابل سمة موجودة في النص المشفّر، يحسب المستخدم اقترانًا. ثم تُدمج هذه القيم وفق بنية شجرة الوصول، باستخدام الاستيفاء متعدد الحدود لعقد العتبة، لاسترداد مفتاح تشفير الرسالة.

يتمثل الفرق الأساسي بين CP-ABE وKP-ABE في الجهة التي تحدد سياسة الوصول: مُشفِّر الرسالة في CP-ABE، أم جهة إصدار المفاتيح في KP-ABE. ففي CP-ABE يقرر مُشفِّر الرسالة: «يتطلب هذا المستند role=Doctor AND department=Cardiology». أما في KP-ABE فتقرر الجهة الموثوقة: «يمكن لهذا المستخدم فك تشفير أي شيء موسوم بـ {medical, patient-data}». ويعتمد الاختيار على الجهة التي ينبغي أن تتحكم في الوصول.

يُفضَّل CP-ABE عندما ينبغي أن يحدد مُشفِّر الرسالة التحكم في الوصول. ففي التخزين السحابي، يعرف مالك الملف من ينبغي له الوصول إلى ملفه وقت التشفير. لذلك يضمّن السياسة في النص المشفّر ويرفعه. وتصدر جهة إصدار المفاتيح مفاتيح سمات عامة. ويتوافق هذا النموذج مع التحكم التقليدي في الوصول، حيث يتحكم مالكو البيانات في بياناتهم، بينما تقتصر مهمة الجهة الموثوقة على التصديق على امتلاك السمات، لا على اتخاذ قرارات الوصول لكل ملف.

يُفضَّل KP-ABE عندما تمنح الجهة الموثوقة وصولًا قائمًا على القدرات. ففي توزيع المحتوى، تصدر شركة إعلامية مفاتيح للمشتركين. وقد يضمّن مفتاح مشترك مميز السياسة «يمكنه فك تشفير المحتوى الموسوم بـ {premium} OR {standard}»، بينما يحصل المشترك الأساسي على السياسة «يمكنه فك تشفير {standard}». ويكتفي مُشفِّر الرسالة بوسم المحتوى بنوعه، في حين تتحكم الجهة الموثوقة فيما يمكن لكل مشترك الوصول إليه من خلال السياسات المضمّنة في مفاتيحه.

يعود أصل كل من CP-ABE وKP-ABE إلى تشفير الهوية الضبابي، الذي قدّمه Sahai وWaters في عام 2005. ويستخدم تشفير الهوية الضبابي هويةً على شكل مجموعة من السمات، ويسمح بفك التشفير عندما تتداخل مجموعتا سمات المرسل والمستقبل في t سمات على الأقل. ويُعدّ تشفير الهوية الضبابي حالة خاصة من KP-ABE، حيث تكون السياسة بوابة عتبة تعمل على سمات الهوية. وكان أول إنشاء يستخدم السمات للتحكم في الوصول.

يجمع ABE ثنائي السياسة (DP-ABE) بين CP-ABE وKP-ABE في مخطط واحد. تحتوي كلٌّ من النصوص المشفّرة ومفاتيح المستخدمين على سياسات وصول. وتتطلب فكوك التشفير أن تستوفي سمات النص المشفّر سياسة المفتاح، وأن تستوفي سمات المفتاح سياسة النص المشفّر. يفيد DP-ABE في التعبير عن القيود المتبادلة، مثل: "يتطلب هذا المستند مؤهلات طبية، AND يقتصر الوصول على المشتركين في منطقة EMEA."

يضم ABE القياسي سلطة موثوقة واحدة تُصدر جميع مفاتيح السمات. أما ABE متعدد السلطات (MA-ABE)، فيوزّع إصدار السمات على عدة سلطات مستقلة. ويمكن لمؤسسات مختلفة إصدار السمات ضمن نطاق اختصاصها (فالمستشفى يصدر role=Doctor، ومجلس الصيادلة يصدر license=Pharmacist) من دون التعاون فيما بينها. ويزيل ذلك نقطة الثقة الوحيدة، ويتيح التحكم في الوصول عبر المؤسسات. اقترح Chase في عام 2007 أول بناء لـ MA-ABE.

رغم أن ABE لم يُعتمد معيارًا من NIST أو ISO، فإنه مستخدم في نماذج أولية بحثية وبعض المنتجات. طوّر IBM Research نموذجًا أوليًا لـ ABE لمشاركة البيانات في قطاع الرعاية الصحية. وسوّقت Zeutro تقنية CP-ABE لأمن بيانات المؤسسات. كما بحثت Microsoft Research استخدام KP-ABE في إدارة الحقوق الرقمية. ويتمثل العائق الرئيسي أمام انتشار ABE على نطاق أوسع في الأداء (عمليات الاقتران) وتعقيد إدارة سلطات السمات على نطاق واسع.

يتطلب أمان KP-ABE ألا يتمكن المستخدم من فك تشفير النصوص المشفّرة التي لا تستوفي مجموعة سماتها سياسة مفتاحه. وبصورة أدق، لا يجوز لأي تحالف من المستخدمين ذوي مجموعات السمات المنفصلة أن يدمج مفاتيحه لفك تشفير نص مشفّر لم يكن أيٌّ منهم قادرًا على فك تشفيره بمفرده. وتميّز خاصية مقاومة التواطؤ هذه تقنية ABE عن الأنظمة الأبسط القائمة على السمات، وتتطلب تصميمًا دقيقًا للمخطط؛ إذ يُثبت أمانها وفق افتراضات قائمة على الاقتران، مثل DBDH.

في KP-ABE، أين توجد سياسة الوصول؟

تُضمَّن السياسات في KP-ABE داخل مفاتيح المستخدمين (التي تصدرها السلطة)، بينما تحمل النصوص المشفّرة مجموعات السمات. ويُعد بناء Goyal et al. لعام 2006 البناء التأسيسي. يُفضَّل CP-ABE عندما يتحكم مُشفِّرو البيانات في السياسة (مثل التخزين السحابي)، بينما يُفضَّل KP-ABE عندما تمنح السلطات الصلاحيات (مثل توزيع المحتوى). ويُعد Fuzzy IBE الذي قدمه Sahai-Waters في عام 2005 السلف الشائع. ويوزّع ABE متعدد السلطات إصدار المفاتيح بين المؤسسات، مما يلغي نقاط الثقة الوحيدة. وتُعد مقاومة التواطؤ خاصية أمان أساسية تميّز ABE عن المخططات الأبسط.