ABE z polityką klucza (KP-ABE) i porównanie

W szyfrowaniu opartym na atrybutach z polityką w kluczu (KP-ABE) urząd wydający klucze umieszcza politykę dostępu w kluczu tajnym użytkownika, natomiast szyfrogramy zawierają zbiory atrybutów. Odszyfrowanie powiedzie się, gdy zbiór atrybutów szyfrogramu spełnia politykę zakodowaną w kluczu użytkownika. Urząd przyznaje uprawnienia do odszyfrowywania, wybierając politykę umieszczaną w kluczu każdego użytkownika.

Podstawową konstrukcję KP-ABE przedstawili w 2006 roku Goyal, Pandey, Sahai i Waters. Ich konstrukcja wykorzystuje drzewa dostępu, w których liście są atrybutami, a węzły wewnętrzne są bramkami progowymi. Urząd wydający klucze przekształca drzewo dostępu w schemat liniowego współdzielenia sekretu i koduje udziały sekretu głównego w kluczu użytkownika. Szyfrowanie jest proste: wybiera się losowy sekret y i rozdziela jego udziały między poszczególne atrybuty w szyfrogramie.

W KP-ABE według Goyal et al. odszyfrowywanie polega na łączeniu zaszyfrowanych komponentów odpowiadających atrybutom z udziałami zapisanymi w kluczu za pomocą operacji parowania. Dla każdego węzła liścia odpowiadającego atrybutowi obecnemu w szyfrogramie użytkownik oblicza parowanie. Następnie wartości te są łączone zgodnie ze strukturą drzewa dostępu (z użyciem interpolacji wielomianowej dla węzłów progowych), aby odzyskać klucz szyfrowania wiadomości.

Podstawowa różnica między CP-ABE a KP-ABE dotyczy tego, kto określa politykę dostępu: osoba szyfrująca (CP-ABE) czy urząd wydający klucze (KP-ABE). W CP-ABE osoba szyfrująca decyduje: "ten dokument wymaga role=Doctor AND department=Cardiology". W KP-ABE urząd decyduje: "ten użytkownik może odszyfrować wszystko oznaczone etykietą {medical, patient-data}". Wybór zależy od tego, która strona powinna kontrolować dostęp.

CP-ABE jest preferowane, gdy to osoba szyfrująca powinna określać kontrolę dostępu. W przypadku pamięci masowej w chmurze właściciel pliku wie w momencie szyfrowania, kto powinien mieć do niego dostęp. Umieszcza politykę w szyfrogramie i przesyła plik. Urząd wydający klucze wydaje ogólne klucze atrybutów. Model ten odpowiada tradycyjnej kontroli dostępu, w której właściciele danych kontrolują swoje dane — urząd jedynie potwierdza posiadanie atrybutów, a nie podejmuje decyzji o dostępie do poszczególnych plików.

KP-ABE jest preferowane, gdy urząd przyznaje dostęp oparty na uprawnieniach. W dystrybucji treści firma medialna wydaje klucze subskrybentom. Klucz subskrybenta premium może zawierać politykę "can decrypt content tagged with {premium} OR {standard}", natomiast subskrybent podstawowy otrzymuje politykę "can decrypt {standard}". Osoba szyfrująca jedynie oznacza treści ich typem; urząd kontroluje, do czego każdy subskrybent ma dostęp, za pomocą polityk zapisanych w jego kluczu.

Zarówno CP-ABE, jak i KP-ABE wywodzą się z Fuzzy IBE, wprowadzonego przez Sahai i Watersa w 2005 roku. Fuzzy IBE wykorzystuje tożsamość jako zbiór atrybutów i umożliwia odszyfrowanie, gdy zbiory atrybutów nadawcy i odbiorcy mają co najmniej t wspólnych atrybutów. Fuzzy IBE jest przypadkiem szczególnym KP-ABE, w którym polityka jest bramką progową działającą na atrybutach tożsamości. Była to pierwsza konstrukcja wykorzystująca atrybuty do kontroli dostępu.

ABE z dwiema politykami (DP-ABE) łączy CP-ABE i KP-ABE w jednym schemacie. Zarówno szyfrogram, jak i klucz użytkownika zawierają polityki dostępu. Odszyfrowanie wymaga, aby atrybuty szyfrogramu spełniały politykę klucza ORAZ aby atrybuty klucza spełniały politykę szyfrogramu. DP-ABE jest przydatne do wyrażania wzajemnych ograniczeń, takich jak: „ten dokument wymaga poświadczeń medycznych ORAZ jest przeznaczony wyłącznie dla subskrybentów z regionu EMEA”.

Standardowe ABE ma jeden zaufany urząd, który wydaje wszystkie klucze atrybutów. ABE z wieloma urzędami (MA-ABE) rozdziela wydawanie atrybutów między wiele niezależnych urzędów. Różne organizacje mogą wydawać atrybuty w swoich domenach (szpital wydaje role=Doctor, a izba aptekarska wydaje license=Pharmacist) bez współpracy między sobą. Eliminuje to pojedynczy punkt zaufania i umożliwia kontrolę dostępu między organizacjami. Chase (2007) zaproponował pierwszą konstrukcję MA-ABE.

Choć ABE nie zostało zestandaryzowane przez NIST ani ISO, jest stosowane w prototypach badawczych i niektórych produktach. IBM Research opracował prototyp ABE do udostępniania danych w ochronie zdrowia. Firma Zeutro wprowadziła CP-ABE do komercyjnych systemów zabezpieczania danych przedsiębiorstw. Microsoft Research badało zastosowanie KP-ABE do zarządzania prawami cyfrowymi. Główną przeszkodą w szerszym wdrożeniu są wydajność (operacje parowania) oraz złożoność zarządzania urzędami atrybutów na dużą skalę.

Bezpieczeństwo KP-ABE wymaga, aby użytkownik nie mógł odszyfrować szyfrogramów, których zbiór atrybutów nie spełnia polityki jego klucza. Mówiąc dokładniej, żadna koalicja użytkowników z rozłącznymi zbiorami atrybutów nie może połączyć swoich kluczy w celu odszyfrowania szyfrogramu, którego żaden z nich nie mógłby odszyfrować samodzielnie. Odporność na zmowę to właściwość, która odróżnia ABE od prostszych systemów opartych na atrybutach, i wymaga starannego projektowania schematu; jest dowodzona przy założeniach opartych na parowaniu, takich jak DBDH.

W KP-ABE polityki są osadzone w kluczach użytkowników (wydawanych przez urząd), a szyfrogramy zawierają zbiory atrybutów. Konstrukcja Goyal et al. z 2006 roku jest konstrukcją podstawową. CP-ABE jest preferowane, gdy to szyfrujący kontroluje politykę (na przykład w chmurze), natomiast KP-ABE — gdy urzędy przyznają uprawnienia (na przykład w dystrybucji treści). Fuzzy IBE autorstwa Sahai-Waters z 2005 roku jest powszechnie uznawanym poprzednikiem tych rozwiązań. ABE z wieloma urzędami rozdziela wydawanie kluczy między organizacje, eliminując pojedyncze punkty zaufania. Odporność na zmowę to kluczowa właściwość bezpieczeństwa odróżniająca ABE od prostszych schematów.