การประยุกต์ใช้ ABE ในทางปฏิบัติ

การแพทย์เป็นหนึ่งในงานประยุกต์ใช้ ABE ที่เป็นธรรมชาติที่สุด ระเบียนสุขภาพอิเล็กทรอนิกส์ของผู้ป่วยสามารถเข้ารหัสด้วยนโยบาย CP-ABE เช่น (บทบาท=แพทย์ AND กำลังรักษา=จริง) OR บทบาท=EmergencyResponder OR (บทบาท=นักวิจัย AND IRBอนุมัติ=จริง AND dataAnonymized=จริง) วิธีนี้ทำให้แบ่งปันข้อมูลได้อย่างละเอียดโดยไม่ต้องพึ่งพารายการควบคุมการเข้าถึงที่ต้องดูแลและตรวจสอบ และยังทำงานข้ามขอบเขตองค์กรได้โดยไม่ต้องมีข้อตกลงด้านความไว้วางใจ

ระบบวิจัยอย่าง HealthVault ABE (Microsoft Research) และ MedVault แสดงให้เห็นการใช้ CP-ABE กับระเบียนสุขภาพอิเล็กทรอนิกส์ ผู้ป่วยทำหน้าที่เป็นผู้เข้ารหัสและควบคุมนโยบาย ผู้ให้บริการด้านการแพทย์จะได้รับกุญแจแอตทริบิวต์ที่รับรองบทบาทและความเชี่ยวชาญของตน ผู้ให้บริการพื้นที่จัดเก็บบนคลาวด์เก็บไซเฟอร์เท็กซ์ไว้โดยไม่สามารถอ่านข้อมูลได้ ผู้ป่วยสามารถปรับปรุงนโยบายได้ (ด้วยการเข้ารหัสใหม่โดยใช้นโยบายใหม่) โดยไม่ต้องแจกจ่ายกุญแจเข้ารหัสให้ผู้มีสิทธิ์ทุกคนอีกครั้ง

KP-ABE เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการสิทธิ์ดิจิทัลในการเผยแพร่เนื้อหา สตูดิโอภาพยนตร์เข้ารหัสเนื้อหาด้วยแอตทริบิวต์: {ชื่อเรื่อง=Inception, ระดับ=PG-13, ภูมิภาค=US, คุณภาพ=4K} กุญแจของสมาชิกจะฝังนโยบายไว้ว่า สมาชิก US ระดับพรีเมียมมีนโยบายกุญแจ "(ภูมิภาค=US AND คุณภาพ=4K) OR (ภูมิภาค=US AND คุณภาพ=HD)" เนื้อหาจะเข้าถึงได้โดยอัตโนมัติตามกุญแจแอตทริบิวต์ของสมาชิก โดยไม่ต้องจัดการใบอนุญาตแยกตามชื่อเรื่อง

อุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งสร้างข้อมูลที่ละเอียดอ่อน เช่น เครื่องตรวจวัดสุขภาพ มิเตอร์อัจฉริยะ และเซนเซอร์อุตสาหกรรม ซึ่งควรเข้าถึงได้เฉพาะผู้ที่ได้รับอนุญาต ABE ช่วยให้เก็บข้อมูลที่เข้ารหัสได้ โดยเซนเซอร์จะเข้ารหัสค่าที่วัดได้ด้วยนโยบายแอตทริบิวต์ ตัวอย่างเช่น มิเตอร์โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะเข้ารหัสข้อมูลการใช้ไฟฟ้าด้วยนโยบาย (ผู้ให้บริการสาธารณูปโภค=GridCo OR หน่วยงานกำกับดูแล=FERC OR เจ้าของบ้าน=ID12345) หลายฝ่ายสามารถถอดรหัสข้อมูลส่วนที่ตนได้รับอนุญาตได้ โดยไม่ต้องให้เซนเซอร์จัดการกุญแจเป็นรายบุคคล

ต้นแบบการวิจัยอย่าง FADE (Wang, Liu, Sun, Zhou, Ma, 2011) และ CloudABE แสดงให้เห็นการใช้ CP-ABE กับพื้นที่จัดเก็บบนคลาวด์ที่ควบคุมการเข้าถึงในระดับไฟล์ ในระบบเหล่านี้ ผู้ใช้อัปโหลดไฟล์ที่เข้ารหัสด้วยนโยบายแอตทริบิวต์ ผู้ให้บริการคลาวด์ขจัดข้อมูลซ้ำของไซเฟอร์เท็กซ์และให้บริการพื้นที่จัดเก็บ แต่ไม่สามารถอ่านเนื้อหาไฟล์ได้ ลูกค้าเป็นผู้บังคับใช้นโยบายการเข้าถึงขณะถอดรหัส แบบจำลองนี้ยังคงรักษาความเป็นส่วนตัวได้แม้ผู้ให้บริการคลาวด์จะถูกบุกรุก

ประสิทธิภาพของ ABE ถูกครอบงำโดยการดำเนินการจับคู่แบบไบลิเนียร์บนเส้นโค้งวงรี บน CPU รุ่นใหม่ (Intel Core i7, 2023) ที่ใช้เส้นโค้ง BN-256: การสร้างกุญแจใช้เวลาประมาณ 5-20 มิลลิวินาที การเข้ารหัสใช้เวลาประมาณ 2-10 มิลลิวินาทีต่อแอตทริบิวต์ในนโยบาย และการถอดรหัสใช้เวลาประมาณ 3-8 มิลลิวินาทีต่อแอตทริบิวต์ที่เป็นไปตามนโยบาย สำหรับนโยบายที่มีแอตทริบิวต์เป็นไปตามเงื่อนไข 10 รายการ การถอดรหัสใช้เวลาประมาณ 30-80 มิลลิวินาที ซึ่งยอมรับได้สำหรับแอปพลิเคชันแบบโต้ตอบของผู้ใช้ แต่อาจเป็นข้อจำกัดสำหรับการใช้งานฝั่งเซิร์ฟเวอร์ที่มีความถี่สูง

การวิจัยด้านการเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์สำหรับ ABE แสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มความเร็วได้อย่างมาก การประมวลผลการจับคู่ BN-256 ด้วย FPGA ทำได้เร็วกว่าแบบประมวลผลด้วย CPU 2-5 เท่า การประมวลผลการดำเนินการ ABE แบบขนานด้วย GPU สามารถรองรับการถอดรหัสหลายร้อยรายการต่อวินาทีสำหรับแอปพลิเคชันแบบชุด มีการเสนอการออกแบบ ASIC เฉพาะสำหรับวิทยาการเข้ารหัสที่อาศัยการจับคู่ เพื่อใช้กับเกตเวย์อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งที่ประมวลผลข้อมูลเซนเซอร์ซึ่งเข้ารหัสด้วย ABE ในปริมาณมาก

การผสาน ABE เข้ากับบล็อกเชนทำให้เกิดสัญญาอัจฉริยะที่อาศัยแอตทริบิวต์ ซึ่งการทำงานของสัญญาจะเกิดขึ้นต่อเมื่อมีหลักฐานเข้ารหัสยืนยันแอตทริบิวต์ ระบบที่ทำงานบน Ethereum และใช้ CP-ABE ช่วยให้สัญญาอัจฉริยะตรวจสอบได้ว่าผู้ถอดรหัสมีข้อมูลรับรองแอตทริบิวต์ที่ถูกต้องหรือไม่ ก่อนปล่อยโทเคนหรือดำเนินการตามตรรกะ กุญแจแอตทริบิวต์ทำหน้าที่เป็นข้อมูลรับรองที่ตรวจสอบได้ และบล็อกเชนมอบความสามารถในการตรวจสอบเหตุการณ์การเข้าถึงย้อนหลังโดยไม่สามารถเปลี่ยนแปลงข้อมูลได้

การเพิกถอนกุญแจเป็นความท้าทายด้านการปฏิบัติการที่ยากที่สุดในการนำ ABE ไปใช้งาน เมื่อพนักงานออกจากบริษัท ควรเพิกถอนข้อมูลรับรองแอตทริบิวต์ของพนักงานคนนั้น ใน CP-ABE มาตรฐาน การดำเนินการนี้ต้องเข้ารหัสไซเฟอร์เท็กซ์ทั้งหมดที่เข้ารหัสไว้สำหรับแอตทริบิวต์เดิมของพนักงานใหม่ แนวทางที่ใช้ได้จริง ได้แก่ การกำหนดเวอร์ชันแอตทริบิวต์ (กุญแจ=แพทย์-v3 และเลิกใช้กุญแจ v1-v2) กุญแจที่จำกัดเวลา (หมดอายุหลัง 90 วันและต้องลงทะเบียนใหม่) หรือเซิร์ฟเวอร์เข้ารหัสใหม่แบบพร็อกซีที่ปรับปรุงส่วนประกอบของไซเฟอร์เท็กซ์แทนเจ้าของข้อมูล

ABE มีข้อจำกัดหลายประการที่ขัดขวางการนำไปใช้งานจริง ประการแรก หน่วยงานกลางที่ถือกุญแจเป็นทั้งจุดที่ต้องพึ่งพาความไว้วางใจและจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว (บรรเทาได้ด้วย ABE แบบหลายหน่วยงาน) ประการที่สอง ABE ที่อาศัยการจับคู่ไม่ปลอดภัยต่อการประมวลผลหลังยุคควอนตัม — การสร้างส่วนใหญ่พึ่งพา DBDH หรือสมมติฐานการจับคู่ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเสี่ยงต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัม ประการที่สาม ยังมีการกำหนดมาตรฐานอย่างจำกัด โดยไม่มีมาตรฐาน ABE ของ NIST หรือ ISO การสร้าง ABE ที่อาศัยโครงสร้างแลตทิซเป็นงานวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ และมอบความปลอดภัยหลังยุคควอนตัม

แม้จะมีงานวิจัยทางวิชาการจำนวนมาก ABE ก็ยังไม่ได้รับการกำหนดมาตรฐาน มาตรฐาน IEEE P2668 สำหรับการจัดการข้อมูลอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งระบุให้ ABE เป็นกลไกควบคุมการเข้าถึงที่แนะนำ แต่ไม่ได้กำหนดการสร้างแบบใดแบบหนึ่งโดยเฉพาะ OASIS KMIP (โพรโทคอลการทำงานร่วมกันด้านการจัดการกุญแจ) กำลังได้รับการขยายให้รองรับการดำเนินการจัดการกุญแจ ABE กลุ่มอุตสาหกรรมด้านการแพทย์ (HL7 FHIR) และการเงินกำลังศึกษา ABE สำหรับการแบ่งปันข้อมูลโดยอาศัยความยินยอม แต่ยังเผชิญความท้าทายในการหาข้อตกลงร่วมกันเกี่ยวกับรูปแบบการสร้างและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ

ABE ช่วยให้ควบคุมการเข้าถึงด้วยการเข้ารหัสอย่างละเอียดในด้านการแพทย์ (การแบ่งปัน EHR) DRM (การเผยแพร่เนื้อหา) อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (ข้อมูลเซนเซอร์) และพื้นที่จัดเก็บบนคลาวด์ (การแบ่งปันที่บังคับใช้นโยบาย) ประสิทธิภาพถูกครอบงำโดยการดำเนินการจับคู่ (ประมาณ 3-8 มิลลิวินาทีต่อแอตทริบิวต์ที่เป็นไปตามเงื่อนไข) การเพิกถอนกุญแจต้องใช้กลยุทธ์การเข้ารหัสใหม่หรือการกำหนดเวอร์ชัน ปัจจุบัน ABE ยังไม่ได้รับการกำหนดมาตรฐานและยังไม่ปลอดภัยต่อการประมวลผลหลังยุคควอนตัมภายใต้การสร้างรูปแบบปัจจุบัน ABE ที่อาศัยโครงสร้างแลตทิซและ ABE แบบหลายหน่วยงานเป็นแนวทางวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่สำหรับการนำไปใช้งานจริงหลังยุคควอนตัม