ABE:n käytännön sovellukset

Terveydenhuolto on yksi ABE:n luontevimmista sovelluskohteista. Potilaiden sähköiset potilastietokertomukset voidaan salata CP-ABE-politiikoilla, kuten: (role=Doctor AND treating=true) OR role=EmergencyResponder OR (role=Researcher AND IRBapproved=true AND dataAnonymized=true). Tämä mahdollistaa tarkasti rajatun jakamisen ilman ylläpidettäviä ja auditoitavia käyttöoikeusluetteloita sekä toimii organisaatioiden rajojen yli ilman luottamussopimuksia.

HealthVault ABE (Microsoft Research) -tutkimusjärjestelmä ja MedVault osoittivat CP-ABE:n soveltuvuuden sähköisiin potilastietokertomuksiin. Potilas toimii salaajana ja hallitsee politiikkaa. Terveydenhuollon palveluntarjoajat saavat attribuuttiavaimet, jotka todistavat heidän roolinsa ja erikoisalansa. Pilvitallennuksen tarjoaja säilyttää salatekstit mutta ei pysty lukemaan niitä. Potilaat voivat päivittää politiikkoja (salaamalla tiedot uudelleen uudella politiikalla) jakamatta salausavaimia uudelleen kaikille valtuutetuille osapuolille.

KP-ABE soveltuu hyvin digitaalisten oikeuksien hallintaan sisällönjakelussa. Elokuvastudio salaa sisällön seuraavilla attribuuteilla: {title=Inception, rating=PG-13, region=US, quality=4K}. Tilaaja-avaimet sisältävät politiikkoja: premium-tason yhdysvaltalaisen tilaajan avaimen politiikka on "(region=US AND quality=4K) OR (region=US AND quality=HD)". Sisältö on automaattisesti käytettävissä tilaajan attribuuttiavaimen perusteella ilman nimikekohtaisten lisenssien hallintaa.

IoT-laitteet tuottavat arkaluonteisia tietoja (terveysmittarit, älymittarit ja teollisuusanturit), joiden tulisi olla vain valtuutettujen osapuolten saatavilla. ABE mahdollistaa salatun tiedonkeruun, jossa anturit salaavat mittaustulokset attribuuttipolitiikoilla. Esimerkiksi älyverkon mittari salaa sähkönkulutustiedot politiikalla (utility=GridCo OR regulator=FERC OR homeowner=ID12345). Useat osapuolet voivat purkaa heille valtuutetun osan tiedoista ilman, että anturin tarvitsee hallita yksittäisiä avaimia.

FADE:n (Wang, Liu, Sun, Zhou, Ma, 2011) ja CloudABE:n kaltaiset tutkimusprototyypit osoittivat CP-ABE:n soveltuvuuden tiedostotason käyttöoikeuksien hallintaan pilvitallennuksessa. Näissä järjestelmissä käyttäjät lataavat tiedostot, jotka on salattu attribuuttipolitiikoilla. Pilvipalveluntarjoaja deduplikoi salatekstit ja tarjoaa tallennustilaa, mutta ei voi lukea tiedostojen sisältöä. Käyttöoikeudet valvotaan asiakkaan suorittaessa salauksen purkamisen. Tämä malli suojaa yksityisyyttä myös vaarantunutta pilvipalveluntarjoajaa vastaan.

ABE:n suorituskykyyn vaikuttavat eniten elliptisten käyrien bilineaariset paritusoperaatiot. Nykyaikaisella suorittimella (Intel Core i7, 2023) ja BN-256-käyrällä: avainten luonti ≈ 5–20 ms, salaus ≈ 2–10 ms kutakin politiikan attribuuttia kohti ja salauksen purku ≈ 3–8 ms kutakin täyttyvää attribuuttia kohti. Kun politiikan 10 attribuuttia täyttyy, salauksen purku kestää noin 30–80 ms. Tämä on hyväksyttävää vuorovaikutteisissa käyttäjäsovelluksissa, mutta voi rajoittaa suorituskykyä paljon tapahtumia käsittelevässä palvelinkäytössä.

ABE:n laitteistokiihdytystä koskevissa tutkimuksissa on saavutettu merkittäviä nopeutuksia. BN-256-paritusten FPGA-toteutukset ovat 2–5 kertaa nopeampia kuin suoritintoteutukset. ABE-operaatioiden rinnakkaisia GPU-toteutuksia hyödyntämällä voidaan eräsovelluksissa käsitellä satoja salauksenpurkuja sekunnissa. Paritukseen perustuvan kryptografian mukautettuja ASIC-toteutuksia on ehdotettu IoT-yhdyskäytäville, jotka käsittelevät suuria määriä ABE:llä salattua anturidataa.

ABE:n yhdistäminen lohkoketjuun mahdollistaa attribuuttipohjaiset älysopimukset, joissa sopimuksen suoritus riippuu attribuuttien kryptografisista todisteista. Ethereum-pohjaiset CP-ABE:tä käyttävät järjestelmät antavat älysopimusten varmistaa, että salauksen purkajalla on voimassa olevat attribuuttitunnistetiedot, ennen kuin tokeneita luovutetaan tai logiikka suoritetaan. Attribuuttiavaimet toimivat todennettavina valtuustietoina, ja lohkoketju tarjoaa käyttöoikeustapahtumien muuttumattoman auditointimahdollisuuden.

Avainten kumoaminen on ABE:n käyttöönoton vaikein operatiivinen haaste. Kun työntekijä lähtee yrityksestä, hänen attribuuttivaltuutensa pitäisi kumota. Perinteisessä CP-ABE:ssä tämä edellyttää kaikkien hänen entisille attribuuteilleen salattujen salatekstien uudelleensalausta. Käytännön menetelmiä ovat attribuuttien versiointi (key=Doctor-v3, v1-v2-avaimet poistetaan käytöstä), aikarajoitetut avaimet (vanhenevat 90 päivän kuluttua, jolloin käyttäjän on rekisteröidyttävä uudelleen) sekä välityspalvelimet, jotka suorittavat uudelleensalauksen ja päivittävät salatekstin komponentit tietojen omistajan puolesta.

ABE:llä on useita rajoituksia, jotka vaikeuttavat sen käytännön käyttöönottoa. Ensinnäkin keskitetty avainviranomainen on yksi luottamuksen ja toiminnan jatkuvuuden keskitetty piste (moniviranomainen ABE lieventää tätä ongelmaa). Toiseksi paritukseen perustuva ABE ei ole kvanttiturvallinen — useimmat rakenteet perustuvat DBDH:hon tai vastaaviin paritusoletuksiin, jotka ovat alttiita kvanttitietokoneille. Kolmanneksi standardointi on vähäistä: ABE:lle ei ole olemassa NIST- tai ISO-standardia. Hilapohjaiset ABE-rakenteet ovat aktiivinen tutkimusalue, joka tarjoaa kvanttiturvallisuutta.

Laajasta akateemisesta tutkimuksesta huolimatta ABE:tä ei ole standardoitu. IoT-datan hallintaa koskeva IEEE P2668 -standardi sisältää ABE:n suositeltuna käyttöoikeuksien hallintamekanismina, mutta ei määrittele tiettyä rakennetta. OASIS KMIP (Key Management Interoperability Protocol) -protokollaa laajennetaan tukemaan ABE-avainten hallintatoimintoja. Terveydenhuollon (HL7 FHIR) ja rahoitusalan toimialaryhmät tutkivat ABE:tä suostumukseen perustuvassa tietojen jakamisessa, mutta kohtaavat haasteita sopiessaan käytettävistä rakenteista ja suorituskykyvaatimuksista.

ABE mahdollistaa hienojakoisen kryptografisen käyttöoikeuksien hallinnan terveydenhuollossa (EHR-tietojen jakaminen), DRM:ssä (sisällönjakelu), IoT:ssä (anturitiedot) ja pilvitallennuksessa (politiikkojen valvoma jakaminen). Suorituskykyyn vaikuttavat eniten paritusoperaatiot (noin 3–8 ms kutakin täyttyvää attribuuttia kohti). Avainten kumoaminen edellyttää uudelleensalaus- tai versiointistrategioita. ABE:tä ei ole vielä standardoitu, eivätkä nykyiset rakenteet ole kvanttiturvallisia. Hilapohjainen ABE ja moniviranomainen ABE ovat aktiivisia tutkimussuuntia käytännöllisen kvanttiturvallisen käyttöönoton saavuttamiseksi.