ABE Berbasis Kebijakan Teks Tersandi (CP-ABE)

Dalam Enkripsi Berbasis Atribut dengan Kebijakan Ciphertext (CP-ABE), pihak yang mengenkripsi menyematkan kebijakan akses langsung ke dalam teks sandi. Pengguna memegang kunci rahasia yang menyandikan himpunan atributnya. Dekripsi berhasil jika dan hanya jika atribut pengguna memenuhi kebijakan akses yang disematkan dalam teks sandi. Pihak yang mengenkripsi mengendalikan siapa yang dapat melakukan dekripsi dengan menentukan kebijakan pada saat enkripsi.

Kebijakan akses dalam CP-ABE dinyatakan sebagai rumus boolean monoton atas atribut, yang biasanya direpresentasikan sebagai skema pembagian rahasia linear (LSSS) atau pohon akses. Kebijakan tersebut dapat mencakup gerbang AND, OR, dan ambang. Gerbang AND mengharuskan semua atribut yang tercantum; gerbang OR mengharuskan salah satu atribut; gerbang ambang t-dari-n mengharuskan sedikitnya t dari n atribut yang tercantum. Gerbang-gerbang ini dapat disusun bertingkat untuk menyatakan struktur akses yang rumit.

Perhatikan sistem informasi rumah sakit. Laporan medis mungkin dienkripsi dengan kebijakan: (role=Doctor AND department=Cardiology) OR role=Administrator. Seorang ahli jantung memiliki atribut {role=Doctor, department=Cardiology} dan dapat melakukan dekripsi. Seorang ahli radiologi memiliki atribut {role=Doctor, department=Radiology} dan tidak dapat melakukan dekripsi karena department=Cardiology tidak ada. Administrator memiliki {role=Administrator} dan selalu dapat melakukan dekripsi. Kebijakan tersebut ditegakkan secara kriptografis, bukan hanya melalui daftar kendali akses.

Konstruksi CP-ABE praktis yang paling berpengaruh dikembangkan oleh Waters (2011), berdasarkan pemasangan bilinear pada kurva eliptik. Dalam konstruksi ini, otoritas membangkitkan rahasia utama dan kunci publik. Kunci rahasia pengguna dibangkitkan untuk himpunan atribut tertentu. Enkripsi melibatkan pembuatan teks sandi yang menyandikan kebijakan akses menggunakan pembagian rahasia linear. Keamanan dibuktikan berdasarkan asumsi Decisional Bilinear Diffie-Hellman (DBDH).

Skema CP-ABE berbeda dalam cara menangani semesta atribut. Konstruksi semesta kecil mengharuskan penetapan seluruh himpunan atribut yang mungkin pada saat penyiapan, sehingga fleksibilitas terbatas tetapi skema menjadi lebih efisien. Konstruksi semesta besar (Rouselakis-Waters 2013, Attrapadung 2014) memungkinkan atribut dari semesta berukuran eksponensial tanpa penetapan pada saat penyiapan, sehingga atribut seperti ID pengguna atau stempel waktu dapat digunakan tanpa terlebih dahulu mendeklarasikan semua kemungkinan.

CP-ABE dapat mendukung delegasi kunci: otoritas dapat menerbitkan kunci untuk sebagian atribut kepada bawahan, yang kemudian dapat mempersempit, tetapi tidak memperluas, kemampuan kunci tersebut. Hal ini memungkinkan pengelolaan atribut secara hierarkis: otoritas tingkat perusahaan menerbitkan kunci tingkat departemen, lalu otoritas departemen menerbitkan kunci karyawan. Sifat ini disebut keamanan delegasi kunci: kunci yang didelegasikan tidak dapat digunakan untuk melakukan dekripsi atas apa pun yang tidak dapat didekripsi oleh pihak yang mendelegasikan.

Implementasi CP-ABE praktis tersedia dalam pustaka Java Pairing-Based Cryptography (jpbc) dan kerangka kerja Python charm-crypto untuk pembuatan prototipe. Pustaka OpenABE (Zeutro) adalah implementasi C++ yang mendukung CP-ABE dan KP-ABE serta sesuai untuk penggunaan produksi. RABE adalah implementasi CP-ABE dalam Rust. Pustaka-pustaka ini mengimplementasikan operasi pemasangan berbasis kurva BN-256 dan BLS12-381.

Aplikasi CP-ABE yang paling umum adalah pengendalian akses terperinci dalam penyimpanan awan. Pemilik berkas mengenkripsi dokumen dengan suatu kebijakan sebelum mengunggahnya. Pengguna mana pun yang atributnya memenuhi kebijakan dapat mengunduh dan melakukan dekripsi, tanpa penyedia awan mengetahui siapa yang akan mengaksesnya atau perlu mengelola daftar kendali akses. Penyedia awan menyajikan teks sandi kepada siapa pun yang memintanya; kebijakan ditegakkan di dalam teks sandi itu sendiri.

Operasi CP-ABE melibatkan perhitungan pemasangan bilinear, yang jauh lebih lambat daripada enkripsi simetris. Pada CPU modern, satu operasi pemasangan pada BN-256 memerlukan sekitar 1-3 md. Biaya dekripsi meningkat secara linear seiring jumlah atribut yang terpenuhi. Untuk kebijakan dengan 10-20 atribut, dekripsi memerlukan 10-60 md, yang dapat diterima untuk aplikasi yang berhadapan langsung dengan pengguna, tetapi terlalu lambat untuk sistem otomatis berfrekuensi tinggi.

CP-ABE standar mengungkapkan kebijakan akses kepada siapa pun yang melihat teks sandi — kebijakan tersebut tidak dienkripsi. CP-ABE dengan kebijakan tersembunyi (atau CP-ABE dengan kebijakan yang sebagian tersembunyi) menyembunyikan sebagian atau seluruh atribut kebijakan dari pihak yang tidak berwenang, sehingga memberikan privasi tambahan. Mencapai penyembunyian kebijakan sepenuhnya memerlukan konstruksi yang lebih rumit dan beban kinerja yang jauh lebih tinggi. Sebagian besar penerapan praktis menggunakan CP-ABE standar (dengan kebijakan terlihat) dan menerima bahwa kebijakan akses dapat diamati.

Pencabutan kunci dalam CP-ABE merupakan tantangan praktis yang signifikan. Jika atribut pengguna berubah (misalnya, pengguna tersebut meninggalkan departemen atau kredensialnya dicabut), mengenkripsi ulang semua teks sandi yang dienkripsi untuk atribut lamanya akan memerlukan biaya besar. Pendekatan praktis mencakup pembuatan versi atribut (menambah nomor versi pada setiap atribut), penggunaan enkripsi ulang oleh proksi untuk memperbarui teks sandi, atau penggabungan CP-ABE dengan atribut berbasis waktu dan keharusan melakukan penyegaran kunci secara berkala dari otoritas.

CP-ABE menyematkan kebijakan akses dalam teks-teks sandi; kunci pengguna menyandikan himpunan atribut. Dekripsi berhasil ketika atribut memenuhi kebijakan (gerbang AND, OR, dan ambang). Waters 2011 adalah konstruksi praktis penting yang didasarkan pada pemasangan bilinear. Varian semesta besar mendukung ruang atribut dinamis. CP-ABE diterapkan dalam penyimpanan awan untuk pengendalian akses terperinci tanpa ACL pada sisi peladen. Pencabutan kunci tetap menjadi tantangan praktis, yang ditangani melalui pembuatan versi atribut atau enkripsi ulang oleh proksi.