ABE basada en políticas de claves (KP-ABE) y comparación

En el cifrado basado en atributos con política en la clave (KP-ABE), la autoridad de claves incorpora la política de acceso en la clave secreta del usuario, mientras que los textos cifrados contienen conjuntos de atributos. El descifrado tiene éxito cuando el conjunto de atributos del texto cifrado satisface la política codificada en la clave del usuario. La autoridad concede capacidades de descifrado eligiendo qué política incorpora la clave de cada usuario.

La construcción fundacional de KP-ABE fue presentada por Goyal, Pandey, Sahai y Waters en 2006. Su construcción utiliza árboles de acceso cuyas hojas son atributos y cuyos nodos internos son compuertas de umbral. La autoridad de claves convierte el árbol de acceso en un esquema de compartición lineal de secretos y codifica partes del secreto maestro en la clave del usuario. El cifrado es sencillo: se elige un secreto aleatorio y y se distribuyen partes a cada atributo del texto cifrado.

En el KP-ABE de Goyal et al., el descifrado funciona combinando los componentes del texto cifrado asociados a atributos con las partes compartidas de la clave mediante operaciones de emparejamiento. Para cada nodo hoja correspondiente a un atributo presente en el texto cifrado, el usuario calcula un emparejamiento. Estos valores se combinan según la estructura del árbol de acceso (utilizando interpolación polinómica para los nodos de umbral) a fin de recuperar la clave de cifrado del mensaje.

La diferencia fundamental entre CP-ABE y KP-ABE es quién especifica la política de acceso: quien cifra (CP-ABE) o la autoridad de claves (KP-ABE). En CP-ABE, quien cifra decide: «este documento requiere role=Doctor AND department=Cardiology». En KP-ABE, la autoridad decide: «este usuario puede descifrar cualquier contenido etiquetado con {medical, patient-data}». La elección depende de qué parte deba controlar el acceso.

CP-ABE es la opción preferida cuando quien cifra debe especificar el control de acceso. En el almacenamiento en la nube, el propietario del archivo sabe quién debe acceder a él en el momento del cifrado. Incorpora la política en el texto cifrado y lo sube. La autoridad de claves emite claves de atributos genéricas. Este modelo coincide con el control de acceso tradicional, en el que los propietarios controlan sus datos; la autoridad solo certifica la titularidad de los atributos, no decide el acceso a cada archivo.

KP-ABE es la opción preferida cuando la autoridad concede acceso basado en capacidades. En la distribución de contenido, una empresa de medios emite claves a sus suscriptores. Una clave de suscriptor premium podría incorporar la política «puede descifrar contenido etiquetado con {premium} OR {standard}», mientras que un suscriptor básico recibiría «puede descifrar {standard}». Quien cifra simplemente etiqueta el contenido con su tipo; la autoridad controla a qué puede acceder cada suscriptor mediante las políticas incorporadas en sus claves.

Tanto CP-ABE como KP-ABE se remontan a Fuzzy IBE, introducido por Sahai y Waters en 2005. Fuzzy IBE utiliza una identidad como conjunto de atributos y permite descifrar cuando los conjuntos de atributos del emisor y del receptor se solapan en al menos t atributos. Fuzzy IBE es un caso particular de KP-ABE en el que la política es una compuerta de umbral sobre los atributos de identidad. Fue la primera construcción que utilizó atributos para el control de acceso.

ABE de doble política (DP-ABE) combina CP-ABE y KP-ABE en un único esquema. Tanto el texto cifrado como la clave del usuario contienen políticas de acceso. Para descifrar, los atributos del texto cifrado deben satisfacer la política de la clave Y los atributos de la clave deben satisfacer la política del texto cifrado. DP-ABE resulta útil para expresar restricciones mutuas, como «este documento requiere credenciales médicas Y solo suscriptores de la región EMEA».

La ABE estándar tiene una única autoridad de confianza que emite todas las claves de atributos. La ABE multi-autoridad (MA-ABE) distribuye la emisión de atributos entre varias autoridades independientes. Distintas organizaciones pueden emitir atributos de su propio ámbito (un hospital emite role=Doctor y un colegio de farmacéuticos emite license=Pharmacist) sin coordinarse. Esto elimina el único punto de confianza y permite el control de acceso entre organizaciones. Chase (2007) propuso la primera construcción de MA-ABE.

Aunque ABE no ha sido estandarizada por NIST ni ISO, se ha implementado en prototipos de investigación y algunos productos. IBM Research ha creado un prototipo de ABE para compartir datos sanitarios. Zeutro comercializó CP-ABE para la seguridad de datos empresariales. Microsoft Research ha explorado KP-ABE para la gestión de derechos digitales. Las principales barreras para una adopción más amplia son el rendimiento (las operaciones de emparejamiento) y la complejidad de gestionar autoridades de atributos a gran escala.

La seguridad de KP-ABE requiere que un usuario no pueda descifrar textos cifrados cuyo conjunto de atributos no satisfaga la política de su clave. Más precisamente, ninguna coalición de usuarios con conjuntos de atributos disjuntos puede combinar sus claves para descifrar un texto cifrado que ninguno de ellos podría descifrar por sí solo. Esta propiedad de resistencia a la colusión distingue ABE de los sistemas más sencillos basados en atributos y requiere un diseño cuidadoso del esquema; se demuestra bajo supuestos basados en emparejamientos, como DBDH.

En KP-ABE, ¿dónde se encuentra la política de acceso?

KP-ABE incorpora las políticas en las claves de usuario (emitidas por la autoridad); los textos cifrados contienen conjuntos de atributos. Goyal et al. 2006 presentó la construcción fundamental. CP-ABE es preferible cuando los cifradores controlan la política (almacenamiento en la nube); KP-ABE, cuando las autoridades conceden capacidades (distribución de contenido). Fuzzy IBE de Sahai-Waters 2005 es el precursor habitual. La ABE multi-autoridad distribuye la emisión de claves entre organizaciones y elimina los puntos únicos de confianza. La resistencia a la colusión es una propiedad de seguridad clave que distingue ABE de los esquemas más sencillos.