ABE basada en políticas de texto cifrado (CP-ABE)

En el cifrado basado en atributos con política en el texto cifrado (CP-ABE), quien cifra incorpora una política de acceso directamente en el texto cifrado. El usuario posee una clave secreta que codifica su conjunto de atributos. El descifrado tiene éxito si y solo si los atributos del usuario satisfacen la política de acceso incorporada en el texto cifrado. Quien cifra controla quién puede descifrar al especificar la política en el momento del cifrado.

Las políticas de acceso en CP-ABE se expresan como fórmulas booleanas monótonas sobre atributos, normalmente representadas mediante esquemas de compartición lineal de secretos (LSSS) o árboles de acceso. La política puede incluir compuertas AND, OR y de umbral. Una compuerta AND requiere todos los atributos enumerados; una compuerta OR requiere cualquiera de ellos; una compuerta de umbral t-of-n requiere al menos t de los n atributos enumerados. Estas compuertas pueden anidarse para expresar estructuras de acceso complejas.

Considere un sistema de información hospitalaria. Un informe médico podría cifrarse con la política: (role=Doctor AND department=Cardiology) OR role=Administrator. Un cardiólogo tiene los atributos {role=Doctor, department=Cardiology} y puede descifrarlo. Un radiólogo tiene los atributos {role=Doctor, department=Radiology} y no puede descifrarlo porque falta department=Cardiology. El administrador tiene {role=Administrator} y siempre puede descifrarlo. La política se impone criptográficamente, no solo mediante listas de control de acceso.

La construcción práctica de CP-ABE más influyente es la de Waters (2011), basada en emparejamientos bilineales sobre curvas elípticas. En esta construcción, la autoridad genera un secreto maestro y una clave pública. Las claves secretas de los usuarios se generan para conjuntos de atributos específicos. El cifrado consiste en crear un texto cifrado que codifica la política de acceso mediante un esquema de compartición lineal de secretos. La seguridad se demuestra bajo el supuesto decisional de Diffie-Hellman bilineal (DBDH).

Los esquemas CP-ABE se diferencian en la forma de gestionar el universo de atributos. Las construcciones de universo pequeño requieren fijar el conjunto completo de atributos posibles en el momento de la configuración, lo que limita la flexibilidad, pero permite esquemas más eficientes. Las construcciones de universo grande (Rouselakis-Waters 2013, Attrapadung 2014) permiten utilizar atributos de un universo de tamaño exponencial sin fijarlos durante la configuración, de modo que pueden usarse atributos como identificadores de usuario o marcas de tiempo sin declarar previamente todas las posibilidades.

CP-ABE puede admitir la delegación de claves: una autoridad puede emitir a un subordinado claves para un subconjunto de atributos, y este puede restringir aún más las capacidades de la clave, pero no ampliarlas. Esto permite una gestión jerárquica de atributos: una autoridad de nivel corporativo emite claves de departamento y las autoridades de departamento emiten claves para los empleados. Esta propiedad se denomina seguridad de la delegación de claves: una clave delegada no puede utilizarse para descifrar nada que el delegador no pudiera descifrar.

Existen implementaciones prácticas de CP-ABE en la biblioteca Java Pairing-Based Cryptography (jpbc) y en el framework de Python charm-crypto, adecuado para la creación de prototipos. La biblioteca OpenABE (Zeutro) es una implementación en C++ compatible con CP-ABE y KP-ABE, adecuada para su uso en producción. RABE es una implementación de CP-ABE en Rust. Estas bibliotecas implementan operaciones basadas en emparejamientos sobre las curvas BN-256 y BLS12-381.

La aplicación de referencia de CP-ABE es el control de acceso granular en el almacenamiento en la nube. El propietario de un archivo cifra un documento con una política antes de subirlo. Cualquier usuario cuyos atributos satisfagan la política puede descargarlo y descifrarlo, sin que el proveedor de la nube sepa quién accederá a él ni tenga que mantener listas de control de acceso. El proveedor de la nube sirve los textos cifrados a cualquiera que los solicite; la política se impone en el propio texto cifrado.

Las operaciones de CP-ABE implican cálculos de emparejamiento bilineal, que son considerablemente más lentos que el cifrado simétrico. En una CPU moderna, una sola operación de emparejamiento sobre BN-256 tarda aproximadamente 1-3 ms. El coste del descifrado crece linealmente con el número de atributos satisfechos. Para políticas con 10-20 atributos, el descifrado tarda entre 10 y 60 ms, un tiempo aceptable para aplicaciones orientadas al usuario, pero demasiado lento para sistemas automatizados de alta frecuencia.

El CP-ABE estándar revela la política de acceso a cualquiera que vea el texto cifrado: la política no está cifrada. El CP-ABE con política oculta (o CP-ABE con política parcialmente oculta) oculta algunos o todos los atributos de la política frente a las partes no autorizadas, lo que proporciona privacidad adicional. Conseguir una ocultación completa de la política requiere construcciones más complejas y un sobrecoste de rendimiento considerablemente mayor. La mayoría de los despliegues prácticos utilizan CP-ABE estándar (con la política visible) y aceptan que la política de acceso sea observable.

La revocación de claves en CP-ABE constituye un desafío práctico importante. Si cambian los atributos de un usuario (abandona un departamento o se revocan sus credenciales), volver a cifrar todos los textos cifrados que se cifraron para sus atributos anteriores resulta costoso. Entre los enfoques prácticos se incluyen el versionado de atributos (incrementar un número de versión en cada atributo), la reencriptación por proxy para actualizar los textos cifrados o la combinación de CP-ABE con atributos basados en el tiempo, exigiendo una actualización periódica de la clave por parte de la autoridad.

CP-ABE incorpora las políticas de acceso en los textos cifrados y las claves de usuario codifican conjuntos de atributos. El descifrado tiene éxito cuando los atributos satisfacen la política (compuertas AND, OR y de umbral). Waters 2011 es la construcción práctica seminal basada en emparejamientos bilineales. Las variantes de universo grande admiten espacios de atributos dinámicos. CP-ABE se utiliza en el almacenamiento en la nube para ofrecer un control de acceso granular sin ACL en el servidor. La revocación de claves sigue siendo un desafío práctico, que se aborda mediante el versionado de atributos o la reencriptación por proxy.