التطبيقات العملية لـ ABE

تُعد الرعاية الصحية من أكثر التطبيقات الطبيعية لـ ABE. إذ يمكن تشفير السجلات الصحية الإلكترونية للمرضى باستخدام سياسات CP-ABE مثل: (role=Doctor AND treating=true) OR role=EmergencyResponder OR (role=Researcher AND IRBapproved=true AND dataAnonymized=true). ويتيح ذلك مشاركة دقيقة دون الاعتماد على قوائم التحكم في الوصول التي يجب صيانتها وتدقيقها، كما يعمل عبر الحدود التنظيمية دون الحاجة إلى اتفاقيات ثقة.

أثبتت أنظمة بحثية مثل HealthVault ABE (من Microsoft Research) وMedVault إمكانية استخدام CP-ABE للسجلات الصحية الإلكترونية. ويعمل المريض بصفته مُشفِّر البيانات ويتحكم في السياسة. ويتلقى مقدمو الرعاية الصحية مفاتيح سمات تثبت أدوارهم وتخصصاتهم. ويخزن موفر التخزين السحابي النصوص المشفّرة من دون أن يتمكن من قراءتها. ويمكن للمرضى تحديث السياسات (بإعادة التشفير باستخدام سياسة جديدة) دون إعادة توزيع مفاتيح التشفير على جميع الأطراف المصرح لها.

يناسب KP-ABE إدارة الحقوق الرقمية في توزيع المحتوى. إذ يستعمل استوديو سينمائي السمات التالية لتشفير المحتوى: {title=Inception, rating=PG-13, region=US, quality=4K}. وتُضمّن مفاتيح المشتركين سياسات مثل: "(region=US AND quality=4K) OR (region=US AND quality=HD)". ويصبح المحتوى متاحًا تلقائيًا استنادًا إلى مفتاح سمات المشترك، دون الحاجة إلى إدارة ترخيص منفصل لكل عنوان.

تنتج أجهزة إنترنت الأشياء بيانات حساسة (مثل أجهزة مراقبة الصحة والعدادات الذكية والمستشعرات الصناعية) لا ينبغي أن تكون متاحة إلا للأطراف المصرح لها. يتيح ABE جمع البيانات المشفّرة، إذ تشفّر المستشعرات القياسات باستخدام سياسات السمات. فعلى سبيل المثال، يشفّر عداد في شبكة ذكية بيانات استهلاك الطاقة باستخدام السياسة (utility=GridCo OR regulator=FERC OR homeowner=ID12345). ويمكن لأطراف متعددة فك تشفير الجزء المصرح لها به دون أن يدير المستشعر مفاتيح فردية.

أثبتت نماذج أولية بحثية مثل FADE (Wang, Liu, Sun, Zhou, Ma, 2011) وCloudABE إمكانية استخدام CP-ABE في التخزين السحابي مع التحكم في الوصول على مستوى الملف. ففي هذه الأنظمة، يرفع المستخدمون ملفات مشفّرة باستخدام سياسات السمات. ويزيل موفر الخدمة السحابية التكرار من النصوص المشفّرة ويوفر مساحة التخزين، لكنه لا يستطيع قراءة محتوى الملفات. ويفرض العميل الوصول عند فك التشفير. ويحافظ هذا النموذج على الخصوصية حتى في مواجهة موفر خدمة سحابية مخترق.

تهيمن عمليات الاقتران الثنائي على أداء ABE، وهي تُجرى على منحنيات إهليلجية. وعلى وحدة معالجة مركزية حديثة (Intel Core i7، إصدار 2023) باستخدام منحنى BN-256، يستغرق توليد المفتاح نحو 5-20 مللي ثانية، والتشفير نحو 2-10 مللي ثانية لكل سمة في السياسة، وفك التشفير نحو 3-8 مللي ثانية لكل سمة مستوفاة. وبالنسبة إلى سياسة تستوفي 10 سمات، يستغرق فك التشفير نحو 30-80 مللي ثانية. ويُعد ذلك مقبولًا لتطبيقات المستخدم التفاعلية، لكنه قد يحد من الاستخدام عالي التواتر على جانب الخادم.

أظهرت الأبحاث في مجال تسريع ABE باستخدام العتاد تحسينات كبيرة في السرعة. إذ تحقق تطبيقات FPGA لعمليات الاقتران على BN-256 تسريعًا يتراوح بين ضعفين وخمسة أضعاف مقارنة بتطبيقات وحدة المعالجة المركزية. ويمكن لتطبيقات GPU لعمليات ABE المتوازية معالجة مئات عمليات فك التشفير في الثانية ضمن التطبيقات الدفعية. كما اقتُرحت تصاميم ASIC مخصصة للتشفير القائم على الاقتران من أجل بوابات إنترنت الأشياء التي تعالج كميات كبيرة من بيانات المستشعرات المشفّرة باستخدام ABE.

يتيح الجمع بين ABE وسلسلة الكتل إنشاء عقود ذكية قائمة على السمات، بحيث يكون تنفيذ العقد مشروطًا بإثباتات تشفيرية للسمات. وتسمح الأنظمة المعتمدة على Ethereum والتي تستخدم CP-ABE للعقود الذكية بالتحقق من امتلاك الطرف الذي سيفك التشفير بيانات اعتماد سمات صالحة قبل إطلاق الرموز أو تنفيذ المنطق البرمجي. وتعمل مفاتيح السمات بوصفها بيانات اعتماد قابلة للتحقق، بينما توفر سلسلة الكتل إمكانية تدقيق غير قابلة للتغيير لأحداث الوصول.

يُعد إبطال المفاتيح أصعب التحديات التشغيلية عند نشر ABE. فعندما يغادر موظف شركة، ينبغي إبطال بيانات اعتماد سماته. وفي CP-ABE القياسي، يتطلب ذلك إعادة تشفير جميع النصوص المشفّرة التي شُفّرت لسماته السابقة. ومن الأساليب العملية: إصدار نسخ للسمات (key=Doctor-v3، مع إيقاف مفاتيح v1-v2)، أو استخدام مفاتيح محدودة المدة (تنتهي بعد 90 يومًا، مع اشتراط إعادة التسجيل)، أو استخدام خوادم إعادة تشفير بالوكالة تحدّث مكونات النصوص المشفّرة نيابةً عن مالك البيانات.

يفرض ABE عدة قيود تحد من نشره عمليًا. أولًا، تمثل سلطة المفاتيح المركزية نقطة ثقة وفشل واحدة (ويخفف ABE متعدد السلطات من ذلك). ثانيًا، لا يوفر ABE القائم على الاقتران أمانًا ما بعد الكم؛ إذ تعتمد معظم البنى على DBDH أو افتراضات اقتران مماثلة تكون عرضة للحواسيب الكمومية. ثالثًا، ما زال توحيد المعايير محدودًا؛ فلا يوجد معيار لـ ABE صادر عن NIST أو ISO. وتُعد بنيات ABE القائمة على الشبكات مجالًا بحثيًا نشطًا يوفر أمانًا ما بعد الكم.

رغم الأبحاث الأكاديمية المكثفة، لم يُعتمد ABE معيارًا بعد. ويتضمن معيار IEEE P2668 لإدارة بيانات إنترنت الأشياء تقنية ABE كآلية موصى بها للتحكم في الوصول، لكنه لا يحدد بناءً معينًا. ويجري توسيع OASIS KMIP (بروتوكول التشغيل البيني لإدارة المفاتيح) لدعم عمليات إدارة مفاتيح ABE. كما تدرس مجموعات قطاعية في الرعاية الصحية (HL7 FHIR) والقطاع المالي استخدام ABE لمشاركة البيانات القائمة على الموافقة، لكنها تواجه تحديات في التوافق على البنى ومتطلبات الأداء.

ما عنق الزجاجة الحسابي الرئيسي في عمليات ABE؟

يتيح ABE تحكمًا تشفيريًا دقيقًا في الوصول ضمن الرعاية الصحية (مشاركة السجلات الصحية الإلكترونية)، وإدارة الحقوق الرقمية (توزيع المحتوى)، وإنترنت الأشياء (بيانات المستشعرات)، والتخزين السحابي (مشاركة تفرضها السياسة). وتطغى عمليات الاقتران على الأداء (نحو 3-8 مللي ثانية لكل سمة مستوفاة). ويتطلب إبطال المفاتيح إعادة التشفير أو استخدام استراتيجيات إصدار النسخ. ولم يُوحَّد ABE بعد، كما أنه لا يوفر أمانًا ما بعد الكم في بنياته الحالية. وتُعد ABE القائم على الشبكات وABE متعدد السلطات من اتجاهات البحث النشطة لنشر حلول عملية ما بعد الكم.