ABE com Política de Texto Cifrado (CP-ABE)

Na criptografia baseada em atributos com política no texto cifrado (CP-ABE), quem cifra incorpora uma política de acesso diretamente ao texto cifrado. O usuário possui uma chave secreta que codifica seu conjunto de atributos. A decifragem é bem-sucedida se, e somente se, os atributos do usuário satisfazem a política de acesso incorporada ao texto cifrado. Quem cifra controla quem pode decifrar ao especificar a política no momento da criptografia.

As políticas de acesso no CP-ABE são expressas como fórmulas booleanas monótonas sobre atributos, normalmente representadas como esquemas lineares de compartilhamento de segredo (LSSS) ou árvores de acesso. A política pode incluir portas AND, portas OR e portas de limiar. Uma porta AND exige todos os atributos listados; uma porta OR exige qualquer um deles; uma porta de limiar t de n exige pelo menos t dos n atributos listados. Essas portas podem ser aninhadas para expressar estruturas de acesso complexas.

Considere um sistema de informações hospitalares. Um relatório médico poderia ser cifrado com a política: (função=Médico AND departamento=Cardiologia) OR função=Administrador. Um cardiologista possui os atributos {função=Médico, departamento=Cardiologia} e pode decifrar. Um radiologista possui os atributos {função=Médico, departamento=Radiologia} e não pode decifrar, pois departamento=Cardiologia está ausente. O administrador possui {função=Administrador} e sempre pode decifrar. A política é aplicada criptograficamente, não apenas por listas de controle de acesso.

A construção prática de CP-ABE mais influente é a de Waters (2011), baseada em emparelhamentos bilineares sobre curvas elípticas. Nessa construção, a autoridade gera um segredo mestre e uma chave pública. As chaves secretas dos usuários são geradas para conjuntos específicos de atributos. A criptografia envolve criar um texto cifrado que codifica a política de acesso usando compartilhamento linear de segredo. A segurança é demonstrada sob a hipótese decisional de Diffie-Hellman bilinear (DBDH).

Os esquemas CP-ABE diferem na forma como lidam com o universo de atributos. As construções para universo pequeno exigem que o conjunto completo de atributos possíveis seja definido no momento da configuração, o que limita a flexibilidade, mas permite esquemas mais eficientes. As construções para universo grande (Rouselakis-Waters 2013, Attrapadung 2014) permitem atributos de um universo exponencialmente grande sem uma definição prévia no momento da configuração, possibilitando atributos como identificadores de usuário ou marcas temporais sem declarar antecipadamente todas as possibilidades.

O CP-ABE pode oferecer delegação de chaves: uma autoridade pode emitir chaves para um subconjunto de atributos a um subordinado, que pode restringir ainda mais as capacidades da chave, mas não ampliá-las. Isso permite o gerenciamento hierárquico de atributos: uma autoridade no nível da empresa emite chaves no nível do departamento, e as autoridades dos departamentos emitem chaves para os funcionários. Essa propriedade é chamada de segurança da delegação de chaves: uma chave delegada não pode ser usada para decifrar algo que o delegante não poderia decifrar.

Implementações práticas de CP-ABE estão disponíveis na biblioteca Java de criptografia baseada em emparelhamento (jpbc) e na estrutura Python charm-crypto para prototipagem. A biblioteca OpenABE (Zeutro) é uma implementação em C++ que oferece suporte a CP-ABE e KP-ABE, adequada para uso em produção. RABE é uma implementação de CP-ABE em Rust. Essas bibliotecas implementam operações baseadas em emparelhamento nas curvas BN-256 e BLS12-381.

A aplicação clássica do CP-ABE é o controle de acesso granular em armazenamento em nuvem. O proprietário de um arquivo cifra um documento com uma política antes de enviá-lo. Qualquer usuário cujos atributos satisfaçam a política pode baixá-lo e decifrá-lo, sem que o provedor de nuvem saiba quem o acessará ou precise manter listas de controle de acesso. O provedor de nuvem fornece textos cifrados a qualquer pessoa que os solicite; a política é aplicada no próprio texto cifrado.

As operações de CP-ABE envolvem cálculos de emparelhamento bilinear, que são significativamente mais lentos do que a criptografia simétrica. Em uma CPU moderna, uma única operação de emparelhamento em BN-256 leva aproximadamente de 1 a 3 ms. O custo da decifragem cresce linearmente com o número de atributos satisfeitos. Para políticas com 10 a 20 atributos, a decifragem leva de 10 a 60 ms, o que é aceitável para aplicações voltadas ao usuário, mas lento demais para sistemas automatizados de alta frequência.

O CP-ABE padrão revela a política de acesso a qualquer pessoa que veja o texto cifrado — a política não é criptografada. O CP-ABE com política oculta (ou parcialmente oculta) esconde alguns ou todos os atributos da política de partes não autorizadas, oferecendo privacidade adicional. Alcançar a ocultação completa da política exige construções mais complexas e uma sobrecarga de desempenho significativamente maior. A maioria das implantações práticas usa o CP-ABE padrão, com a política visível, e aceita que a política de acesso seja observável.

A revogação de chaves no CP-ABE é um desafio prático significativo. Se os atributos de um usuário mudarem (ele deixar um departamento ou suas credenciais forem revogadas), recriptografar todos os textos cifrados associados aos seus atributos anteriores será caro. As abordagens práticas incluem o versionamento de atributos (incrementar um número de versão em cada atributo), usar recriptografia por intermediário para atualizar os textos cifrados ou combinar CP-ABE com atributos baseados em tempo e exigir uma renovação periódica da chave pela autoridade.

No CP-ABE, onde a política de acesso é incorporada?

O CP-ABE incorpora políticas de acesso aos textos cifrados; as chaves dos usuários codificam conjuntos de atributos. A decifragem é bem-sucedida quando os atributos satisfazem a política (portas AND, OR e de limiar). Waters 2011 é a construção prática fundamental, baseada em emparelhamentos bilineares. As variantes para universo grande oferecem suporte a espaços dinâmicos de atributos. O CP-ABE é implantado no armazenamento em nuvem para controle de acesso granular, sem listas de controle de acesso no servidor. A revogação de chaves continua sendo um desafio prático, abordado por meio do versionamento de atributos ou da recriptografia por intermediário.