키 정책 ABE (KP-ABE)와 비교

키 정책 속성 기반 암호화(KP-ABE)에서는 키 기관이 사용자의 비밀 키에 접근 정책을 삽입하고, 암호문에는 속성 집합이 포함됩니다. 암호문의 속성 집합이 사용자 키에 부호화된 정책을 만족하면 복호화가 성공합니다. 기관은 각 사용자의 키에 어떤 정책을 삽입할지 선택하여 복호화 권한을 부여합니다.

기초가 되는 KP-ABE 구성은 2006년에 Goyal, Pandey, Sahai, Waters가 제시했습니다. 이 구성은 잎이 속성이고 내부 노드가 임계값 게이트인 접근 트리를 사용합니다. 키 기관은 접근 트리를 선형 비밀 공유 방식으로 변환하고, 마스터 비밀의 공유값을 사용자의 키에 부호화합니다. 암호화는 간단합니다. 임의의 비밀 y를 선택하고 암호문에서 각 속성에 공유값을 분배합니다.

Goyal 등의 KP-ABE에서 복호화는 페어링 연산을 사용해 속성으로 암호화된 구성 요소와 키의 공유값을 결합하는 방식으로 수행됩니다. 암호문에 존재하는 속성에 해당하는 각 잎 노드에 대해 사용자는 페어링을 계산합니다. 이러한 값은 접근 트리 구조에 따라 결합되며, 임계값 노드에서는 다항식 보간을 사용하여 메시지 암호화 키를 복구합니다.

CP-ABE와 KP-ABE의 근본적인 차이는 접근 정책을 누가 지정하는지에 있습니다. CP-ABE에서는 암호화 주체가 지정하고, KP-ABE에서는 키 기관이 지정합니다. CP-ABE에서 암호화 주체는 "이 문서에는 역할=의사 AND 부서=심장내과가 필요합니다"라고 결정합니다. KP-ABE에서는 기관이 "이 사용자는 {의료, 환자 데이터} 태그가 붙은 것은 무엇이든 복호화할 수 있습니다"라고 결정합니다. 어느 당사자가 접근을 제어해야 하는지에 따라 선택이 달라집니다.

암호화 주체가 접근 제어를 지정해야 할 때 CP-ABE가 적합합니다. 클라우드 저장소에서는 파일 소유자가 암호화 시점에 자신의 파일에 누가 접근해야 하는지 알고 있습니다. 소유자는 정책을 암호문에 삽입한 뒤 업로드합니다. 키 기관은 일반적인 속성 키를 발급합니다. 이 모델은 데이터 소유자가 자신의 데이터를 제어하는 전통적인 접근 제어 방식과 일치합니다. 기관은 속성 보유 여부만 인증하고 파일별 접근 결정은 내리지 않습니다.

기관이 능력 기반 접근 권한을 부여해야 할 때 KP-ABE가 적합합니다. 콘텐츠 배포에서는 미디어 회사가 가입자에게 키를 발급합니다. 프리미엄 가입자 키에는 "{프리미엄} 또는 {일반} 태그가 붙은 콘텐츠를 복호화할 수 있음"이라는 정책이 삽입될 수 있고, 기본 가입자 키에는 "{일반} 콘텐츠를 복호화할 수 있음"이라는 정책이 삽입될 수 있습니다. 암호화 주체는 콘텐츠에 유형만 표시하면 되며, 기관은 가입자의 키에 포함된 정책을 통해 각 가입자가 무엇에 접근할 수 있는지 제어합니다.

CP-ABE와 KP-ABE는 모두 2005년에 Sahai와 Waters가 소개한 퍼지 IBE에서 비롯되었습니다. 퍼지 IBE는 식별자를 속성 집합으로 사용하며, 발신자와 수신자의 속성 집합이 최소 t개의 속성에서 겹치면 복호화를 허용합니다. 퍼지 IBE는 식별자 속성에 대한 임계값 게이트를 정책으로 사용하는 KP-ABE의 특수한 경우입니다. 이는 접근 제어에 속성을 사용한 최초의 구성입니다.

이중 정책 ABE(DP-ABE)는 CP-ABE와 KP-ABE를 하나의 구성 방식으로 결합합니다. 암호문과 사용자 키 모두에 접근 정책이 포함됩니다. 복호화하려면 암호문의 속성이 키의 정책을 만족하고 AND 키의 속성이 암호문의 정책을 만족해야 합니다. DP-ABE는 "이 문서에는 의료 자격 증명이 필요하고 AND EMEA 지역의 구독자만 허용됩니다"와 같이 상호 제약 조건을 표현하는 데 유용합니다.

표준 ABE에는 모든 속성 키를 발급하는 단일 신뢰 기관이 있습니다. 다중 기관 ABE(MA-ABE)는 속성 발급을 여러 독립 기관에 분산합니다. 서로 다른 조직은 협력하지 않고도 각자의 영역에서 속성을 발급할 수 있습니다(병원은 역할=의사, 약사 협회는 면허=약사 발급). 이를 통해 단일 신뢰 지점을 없애고 조직 간 접근 제어를 가능하게 합니다. Chase(2007)는 최초의 MA-ABE 구성 방식을 제안했습니다.

ABE는 NIST나 ISO에서 표준화되지는 않았지만, 연구 시제품과 일부 제품에 적용되고 있습니다. IBM Research는 의료 분야의 데이터 공유를 위해 ABE 시제품을 개발했습니다. Zeutro는 기업 데이터 보안을 위한 CP-ABE를 상용화했습니다. Microsoft Research는 디지털 권리 관리를 위한 KP-ABE를 연구해 왔습니다. 더 널리 도입되는 데 가장 큰 장벽은 성능(페어링 연산)과 대규모 환경에서 속성 기관을 관리하는 복잡성입니다.

KP-ABE의 보안은 사용자가 자신의 키 정책을 만족하지 않는 속성 집합을 가진 암호문을 복호화할 수 없도록 요구합니다. 더 정확히 말하면, 서로 겹치지 않는 속성 집합을 가진 사용자들의 어떤 연합도 각자 혼자서는 복호화할 수 없는 암호문을 키를 결합하여 복호화할 수 없어야 합니다. 이러한 공모 저항성은 ABE를 더 단순한 속성 기반 시스템과 구별하는 특성이며, 신중한 구성 방식 설계가 필요합니다. 이 특성은 DBDH와 같은 페어링 기반 가정 아래에서 증명됩니다.

KP-ABE는 사용자 키(기관이 발급)에 정책을 포함하고, 암호문에는 속성 집합이 들어 있습니다. Goyal 등(2006)의 방식이 기초가 되는 구성입니다. CP-ABE는 암호화 주체가 정책을 제어할 때(클라우드 저장소) 선호되고, KP-ABE는 기관이 권한을 부여할 때(콘텐츠 배포) 선호됩니다. Sahai-Waters(2005)의 Fuzzy IBE는 일반적으로 인정되는 선행 방식입니다. 다중 기관 ABE는 조직 전체에 키 발급을 분산하여 단일 신뢰 지점을 없앱니다. 공모 저항성은 ABE를 더 단순한 방식과 구별하는 핵심 보안 특성입니다.