ABE ตามนโยบายข้อความเข้ารหัส (CP-ABE)

ในการเข้ารหัสตามแอตทริบิวต์แบบนโยบายไซเฟอร์เท็กซ์ (CP-ABE) ผู้เข้ารหัสจะฝังนโยบายการเข้าถึงไว้โดยตรงในข้อความเข้ารหัส ผู้ใช้ถือกุญแจลับที่เข้ารหัสชุดแอตทริบิวต์ของตน การถอดรหัสจะสำเร็จก็ต่อเมื่อแอตทริบิวต์ของผู้ใช้ตรงตามนโยบายการเข้าถึงที่ฝังอยู่ในข้อความเข้ารหัส ผู้เข้ารหัสจึงเป็นผู้ควบคุมว่าใครจะถอดรหัสได้ โดยระบุนโยบายในเวลาที่เข้ารหัส

นโยบายการเข้าถึงใน CP-ABE แสดงด้วยสูตรบูลีนแบบโมโนโทนบนแอตทริบิวต์ โดยทั่วไปจะแทนด้วยโครงร่างการแบ่งปันความลับเชิงเส้น (LSSS) หรือต้นไม้การเข้าถึง นโยบายสามารถประกอบด้วยเกต AND เกต OR และเกตเกณฑ์ เกต AND ต้องการแอตทริบิวต์ที่ระบุไว้ทั้งหมด เกต OR ต้องการแอตทริบิวต์ใดแอตทริบิวต์หนึ่ง ส่วนเกตเกณฑ์แบบ t-of-n ต้องการแอตทริบิวต์อย่างน้อย t รายการจาก n รายการที่ระบุไว้ เกตเหล่านี้สามารถซ้อนกันเพื่อแสดงโครงสร้างการเข้าถึงที่ซับซ้อนได้

ลองพิจารณาระบบสารสนเทศของโรงพยาบาล รายงานทางการแพทย์อาจถูกเข้ารหัสด้วยนโยบาย: (บทบาท=แพทย์ AND แผนก=โรคหัวใจ) OR บทบาท=ผู้ดูแลระบบ แพทย์โรคหัวใจมีแอตทริบิวต์ {บทบาท=แพทย์, แผนก=โรคหัวใจ} จึงสามารถถอดรหัสได้ แพทย์รังสีวิทยามีแอตทริบิวต์ {บทบาท=แพทย์, แผนก=รังสีวิทยา} และไม่สามารถถอดรหัสได้ เนื่องจากไม่มีแอตทริบิวต์แผนก=โรคหัวใจ ผู้ดูแลระบบมี {บทบาท=ผู้ดูแลระบบ} จึงสามารถถอดรหัสได้เสมอ นโยบายนี้บังคับใช้ด้วยการเข้ารหัส ไม่ใช่เพียงรายการควบคุมการเข้าถึงเท่านั้น

โครงสร้าง CP-ABE เชิงปฏิบัติที่มีอิทธิพลมากที่สุดเป็นผลงานของวอเทอร์ส (2011) โดยอาศัยการจับคู่แบบทวิลิเนียร์บนเส้นโค้งวงรี ในโครงสร้างนี้ หน่วยงานจะสร้างความลับหลักและกุญแจสาธารณะ กุญแจลับของผู้ใช้จะถูกสร้างขึ้นสำหรับชุดแอตทริบิวต์ที่เฉพาะเจาะจง การเข้ารหัสประกอบด้วยการสร้างข้อความเข้ารหัสที่เข้ารหัสนโยบายการเข้าถึงโดยใช้การแบ่งปันความลับเชิงเส้น ความปลอดภัยได้รับการพิสูจน์ภายใต้สมมติฐานดีซิชันนัลบิลิเนียร์ดิฟฟี–เฮลล์แมน (DBDH)

โครงร่าง CP-ABE แตกต่างกันในวิธีจัดการจักรวาลของแอตทริบิวต์ โครงสร้างแบบจักรวาลขนาดเล็กต้องกำหนดชุดแอตทริบิวต์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดไว้ล่วงหน้าในขั้นตอนการตั้งค่า จึงมีความยืดหยุ่นจำกัด แต่ช่วยให้สร้างโครงร่างที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ โครงสร้างแบบจักรวาลขนาดใหญ่ (รูเซลาคิส–วอเทอร์ส 2013, อัตตราปาดุง 2014) อนุญาตให้ใช้แอตทริบิวต์จากจักรวาลที่มีขนาดใหญ่ระดับเอ็กซ์โพเนนเชียลโดยไม่ต้องกำหนดไว้ล่วงหน้าในขั้นตอนการตั้งค่า จึงรองรับแอตทริบิวต์อย่างรหัสผู้ใช้หรือการประทับเวลาได้โดยไม่ต้องประกาศความเป็นไปได้ทั้งหมดไว้ก่อน

CP-ABE รองรับการมอบกุญแจได้ หน่วยงานสามารถออกกุญแจสำหรับชุดย่อยของแอตทริบิวต์ให้ผู้ใต้บังคับบัญชา ซึ่งผู้ใต้บังคับบัญชาสามารถจำกัดความสามารถของกุญแจเพิ่มเติมได้ แต่ไม่สามารถขยายความสามารถนั้นได้ คุณสมบัตินี้ช่วยให้จัดการแอตทริบิวต์แบบลำดับชั้นได้ เช่น หน่วยงานระดับบริษัทออกกุญแจระดับแผนก และหน่วยงานระดับแผนกออกกุญแจให้พนักงาน คุณสมบัตินี้เรียกว่าความปลอดภัยจากการมอบกุญแจ กล่าวคือ กุญแจที่ได้รับมอบไม่สามารถใช้ถอดรหัสสิ่งใดที่ผู้มอบไม่สามารถถอดรหัสได้

มีการนำ CP-ABE ไปใช้งานจริงในไลบรารี Java สำหรับการเข้ารหัสแบบอาศัยการจับคู่ (jpbc) และเฟรมเวิร์ก charm-crypto ของภาษาไพทอนสำหรับการสร้างต้นแบบ ไลบรารี OpenABE (ซูโทร) เป็นการใช้งานด้วย C++ ที่รองรับ CP-ABE และ KP-ABE และเหมาะสำหรับการใช้งานจริง RABE เป็นการใช้งาน CP-ABE ด้วยภาษา Rust ไลบรารีเหล่านี้ใช้งานการดำเนินการจับคู่บนเส้นโค้ง BN-256 และ BLS12-381

แอปพลิเคชันมาตรฐานของ CP-ABE คือการควบคุมการเข้าถึงอย่างละเอียดในพื้นที่จัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์ เจ้าของไฟล์จะเข้ารหัสเอกสารด้วยนโยบายก่อนอัปโหลด ผู้ใช้ใดก็ตามที่มีแอตทริบิวต์ตรงตามนโยบายสามารถดาวน์โหลดและถอดรหัสได้ โดยผู้ให้บริการคลาวด์ไม่จำเป็นต้องทราบว่าใครจะเข้าถึงเอกสาร และไม่ต้องดูแลรายการควบคุมการเข้าถึง ผู้ให้บริการคลาวด์จะส่งมอบข้อความเข้ารหัสให้แก่ผู้ที่ร้องขอ นโยบายจะถูกบังคับใช้ภายในข้อความเข้ารหัสเอง

การดำเนินการของ CP-ABE เกี่ยวข้องกับการคำนวณการจับคู่แบบทวิลิเนียร์ ซึ่งช้ากว่าการเข้ารหัสแบบสมมาตรอย่างมาก บน CPU รุ่นใหม่ การดำเนินการจับคู่หนึ่งครั้งบน BN-256 ใช้เวลาประมาณ 1–3 มิลลิวินาที ต้นทุนการถอดรหัสเพิ่มขึ้นเป็นเชิงเส้นตามจำนวนแอตทริบิวต์ที่ตรงตามเงื่อนไข สำหรับนโยบายที่มีแอตทริบิวต์ 10–20 รายการ การถอดรหัสใช้เวลา 10–60 มิลลิวินาที ซึ่งยอมรับได้สำหรับแอปพลิเคชันที่ผู้ใช้โต้ตอบด้วย แต่ช้าเกินไปสำหรับระบบอัตโนมัติที่ทำงานด้วยความถี่สูง

CP-ABE มาตรฐานเปิดเผยนโยบายการเข้าถึงแก่ผู้ใดก็ตามที่เห็นข้อความเข้ารหัส โดยนโยบายจะไม่ถูกเข้ารหัส CP-ABE แบบซ่อนนโยบาย หรือ CP-ABE แบบซ่อนนโยบายบางส่วน จะซ่อนแอตทริบิวต์ของนโยบายบางส่วนหรือทั้งหมดจากฝ่ายที่ไม่ได้รับอนุญาต ทำให้มีความเป็นส่วนตัวมากขึ้น การซ่อนนโยบายทั้งหมดต้องใช้โครงสร้างที่ซับซ้อนกว่าและมีภาระด้านประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมาก การนำไปใช้งานจริงส่วนใหญ่ใช้ CP-ABE มาตรฐานที่มองเห็นนโยบายได้ และยอมรับว่านโยบายการเข้าถึงสามารถถูกสังเกตได้

การเพิกถอนกุญแจใน CP-ABE เป็นความท้าทายสำคัญในทางปฏิบัติ หากแอตทริบิวต์ของผู้ใช้เปลี่ยนแปลงไป เช่น ผู้ใช้ออกจากแผนกหรือข้อมูลรับรองถูกเพิกถอน การเข้ารหัสข้อความเข้ารหัสใหม่ทั้งหมดที่ใช้แอตทริบิวต์เดิมมีค่าใช้จ่ายสูง แนวทางที่ใช้งานจริง ได้แก่ การกำหนดเวอร์ชันแอตทริบิวต์ โดยเพิ่มหมายเลขเวอร์ชันในแต่ละแอตทริบิวต์ การใช้การเข้ารหัสใหม่โดยพร็อกซีเพื่อปรับปรุงข้อความเข้ารหัส หรือการผสาน CP-ABE เข้ากับแอตทริบิวต์ตามเวลา และกำหนดให้หน่วยงานปรับปรุงกุญแจเป็นระยะ

ใน CP-ABE นโยบายการเข้าถึงถูกฝังไว้ที่ใด

CP-ABE ฝังนโยบายการเข้าถึงไว้ในข้อความเข้ารหัส ส่วนกุญแจของผู้ใช้จะเข้ารหัสชุดแอตทริบิวต์ การถอดรหัสจะสำเร็จเมื่อแอตทริบิวต์ตรงตามนโยบาย ซึ่งอาจประกอบด้วยเกต AND เกต OR และเกตเกณฑ์ โครงสร้างของวอเทอร์สในปี 2011 เป็นโครงสร้างเชิงปฏิบัติที่สำคัญซึ่งอาศัยการจับคู่แบบทวิลิเนียร์ รูปแบบจักรวาลขนาดใหญ่รองรับพื้นที่แอตทริบิวต์แบบไดนามิก CP-ABE ถูกนำไปใช้ในพื้นที่จัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์เพื่อควบคุมการเข้าถึงอย่างละเอียดโดยไม่ใช้รายการควบคุมการเข้าถึงฝั่งเซิร์ฟเวอร์ การเพิกถอนกุญแจยังคงเป็นความท้าทายในทางปฏิบัติ โดยแก้ไขได้ด้วยการกำหนดเวอร์ชันแอตทริบิวต์หรือการเข้ารหัสใหม่โดยพร็อกซี