ABE с политикой ключа (KP-ABE) и сравнение

В KP-ABE политика доступа встраивается центром управления ключами в секретный ключ пользователя, тогда как шифротексты содержат наборы атрибутов. Расшифрование выполняется, когда набор атрибутов шифротекста удовлетворяет политике, закодированной в ключе пользователя. Центр управления ключами предоставляет возможности расшифрования, выбирая политику, встраиваемую в ключ каждого пользователя.

Основополагающая конструкция KP-ABE была представлена Goyal, Pandey, Sahai и Waters в 2006 году. В этой конструкции используются деревья доступа, листьями которых являются атрибуты, а внутренними узлами — пороговые элементы. Центр управления ключами преобразует дерево доступа в схему линейного разделения секрета и кодирует доли главного секрета в ключе пользователя. Шифрование выполняется просто: выбирается случайный секрет y, а доли распределяются между каждым атрибутом в шифротексте.

В KP-ABE Goyal и др. расшифрование выполняется путём объединения компонентов, зашифрованных с учётом атрибутов, с долями ключа с помощью операций спаривания. Для каждого листового узла, соответствующего атрибуту, присутствующему в шифротексте, пользователь вычисляет спаривание. Затем эти значения объединяются в соответствии со структурой дерева доступа — для пороговых узлов используется полиномиальная интерполяция — чтобы восстановить ключ шифрования сообщения.

Фундаментальное различие между CP-ABE и KP-ABE заключается в том, кто задаёт политику доступа: шифрующая сторона в CP-ABE или центр управления ключами в KP-ABE. В CP-ABE шифрующая сторона решает: «для этого документа требуются роль=Врач AND отделение=Кардиология». В KP-ABE центр управления ключами решает: «этот пользователь может расшифровать всё, что помечено как {медицина, данные пациента}». Выбор зависит от того, какая сторона должна управлять доступом.

CP-ABE предпочтительнее, когда шифрующая сторона должна задавать контроль доступа. В облачном хранилище владелец файла знает, кому следует предоставить доступ к файлу, уже в момент шифрования. Он встраивает политику в шифротекст и загружает его. Центр управления ключами выдаёт общие ключи атрибутов. Эта модель соответствует традиционному контролю доступа, при котором владельцы данных управляют своими данными, а центр лишь подтверждает владение атрибутами и не принимает решения о доступе к отдельным файлам.

KP-ABE предпочтительнее, когда центр управления ключами предоставляет доступ на основе возможностей. При распространении содержимого медиакомпания выдаёт ключи подписчикам. Ключ подписчика премиум-класса может содержать политику «может расшифровать содержимое с меткой {премиум} OR {стандартное}», тогда как базовый подписчик получает политику «может расшифровать {стандартное}». Шифрующая сторона просто помечает содержимое его типом, а центр управления ключами определяет доступ каждого подписчика политикой в его ключе.

И CP-ABE, и KP-ABE ведут своё происхождение от нечёткого IBE, представленного Sahai и Waters в 2005 году. Нечёткое IBE использует идентификатор как набор атрибутов и позволяет расшифрование, когда наборы атрибутов отправителя и получателя пересекаются как минимум по t атрибутам. Нечёткое IBE — частный случай KP-ABE, в котором политика представляет собой пороговый элемент над атрибутами идентификатора. Это была первая конструкция, использовавшая атрибуты для контроля доступа.

ABE с двумя политиками (DP-ABE) объединяет CP-ABE и KP-ABE в единой схеме. И шифротекст, и ключ пользователя содержат политики доступа. Для расшифрования требуется, чтобы атрибуты шифротекста удовлетворяли политике ключа AND чтобы атрибуты ключа удовлетворяли политике шифротекста. DP-ABE полезна для выражения взаимных ограничений, например: «для этого документа требуются медицинские учетные данные AND только подписчики из региона EMEA».

В стандартной ABE имеется один доверенный центр, который выдает все ключи атрибутов. Многоцентровая ABE (MA-ABE) распределяет выдачу атрибутов между несколькими независимыми центрами. Разные организации могут выдавать атрибуты в своей области (больница выдает роль=Врач, фармацевтическая коллегия выдает лицензия=Фармацевт), не взаимодействуя между собой. Это устраняет единственную точку доверия и обеспечивает управление доступом между организациями. Chase (2007) предложил первую конструкцию MA-ABE.

Хотя ABE не была стандартизирована NIST или ISO, она применяется в исследовательских прототипах и некоторых продуктах. IBM Research создала прототип ABE для обмена данными в сфере здравоохранения. Компания Zeutro вывела CP-ABE на рынок для защиты корпоративных данных. Microsoft Research изучала применение KP-ABE для управления цифровыми правами. Основными препятствиями для более широкого внедрения являются производительность (операции билинейного спаривания) и сложность управления центрами атрибутов в больших масштабах.

Безопасность KP-ABE требует, чтобы пользователь не мог расшифровать шифротексты, набор атрибутов которых не удовлетворяет политике его ключа. Точнее, никакое объединение пользователей с непересекающимися наборами атрибутов не должно позволять объединить их ключи для расшифрования шифротекста, который ни один из них не смог бы расшифровать самостоятельно. Это свойство устойчивости к сговору отличает ABE от более простых систем на основе атрибутов и требует тщательной разработки схемы; оно доказывается при таких предположениях, основанных на спаривании, как DBDH.

Где в KP-ABE находится политика доступа?

В KP-ABE политики встроены в ключи пользователей, выдаваемые центром; шифротексты содержат наборы атрибутов. Конструкция Goyal и соавторов 2006 года является основополагающей. CP-ABE предпочтительна, когда отправитель управляет политикой (облачное хранилище), а KP-ABE — когда центры предоставляют возможности (распространение содержимого). Нечеткая IBE, предложенная Sahai и Waters в 2005 году, является распространенным предшественником. Многоцентровая ABE распределяет выдачу ключей между организациями, устраняя единственные точки доверия. Устойчивость к сговору — ключевое свойство безопасности, отличающее ABE от более простых схем.