Şifreli Metin Politikası ABE (CP-ABE)

Şifreli Metin Politikası Tabanlı Öznitelik Tabanlı Şifrelemede (CP-ABE), şifreleyici bir erişim politikasını doğrudan şifreli metne gömer. Kullanıcının, öznitelik kümesini kodlayan bir gizli anahtarı vardır. Şifre çözme, ancak ve ancak kullanıcının öznitelikleri şifreli metne gömülmüş erişim politikasını karşılıyorsa başarılı olur. Şifreleyici, politika belirterek şifreleme sırasında kimin şifreyi çözebileceğini denetler.

CP-ABE'de erişim politikaları, öznitelikler üzerinde monoton Boole formülleri olarak ifade edilir ve genellikle doğrusal gizli paylaşım şemaları (LSSS) veya erişim ağaçları biçiminde gösterilir. Politika AND kapıları, OR kapıları ve eşik kapıları içerebilir. Bir AND kapısı listelenen tüm öznitelikleri gerektirir; bir OR kapısı bunlardan herhangi birini gerektirir; t-of-n eşik kapısı ise listelenen n öznitelikten en az t tanesini gerektirir. Karmaşık erişim yapıları ifade etmek için bu kapılar iç içe yerleştirilebilir.

Bir hastane bilgi sistemini ele alalım. Bir tıbbi rapor şu politikayla şifrelenebilir: (rol=Doktor AND bölüm=Kardiyoloji) OR rol=Yönetici. Bir kardiyolog {rol=Doktor, bölüm=Kardiyoloji} özniteliklerine sahiptir ve şifreyi çözebilir. Bir radyolog {rol=Doktor, bölüm=Radyoloji} özniteliklerine sahiptir ve bölüm=Kardiyoloji bulunmadığı için şifreyi çözemez. Yönetici {rol=Yönetici} özniteliğine sahiptir ve her zaman şifreyi çözebilir. Politika, yalnızca erişim denetimi listeleriyle değil, kriptografik olarak uygulanır.

En etkili pratik CP-ABE yapısı, eliptik eğriler üzerindeki bilineer eşlemelere dayanan Waters (2011) yapısıdır. Bu yapıda yetkili, bir ana gizli anahtar ve bir açık anahtar üretir. Kullanıcı gizli anahtarları belirli öznitelik kümeleri için üretilir. Şifreleme, doğrusal gizli paylaşım kullanarak erişim politikasını kodlayan bir şifreli metin oluşturmayı içerir. Güvenlik, Karar Verilebilir Bilineer Diffie-Hellman (DBDH) varsayımı altında kanıtlanmıştır.

CP-ABE şemaları, öznitelik evrenini ele alma biçimleri bakımından farklılık gösterir. Küçük evren yapıları, kurulum sırasında olası özniteliklerin tam kümesine bağlı kalmayı gerektirir; bu durum esnekliği sınırlar, ancak daha verimli şemalar sağlar. Büyük evren yapıları (Rouselakis-Waters 2013, Attrapadung 2014), kurulum sırasında önceden belirleme yapmadan üstel büyüklükteki bir evrenden özniteliklere izin verir; böylece tüm olasılıkları önceden tanımlamadan kullanıcı kimlikleri veya zaman damgaları gibi öznitelikler kullanılabilir.

CP-ABE anahtar devrini destekleyebilir: bir yetkili, bir astına özniteliklerin bir alt kümesi için anahtar verebilir; ast, anahtarın yeteneklerini daha da kısıtlayabilir, ancak genişletemez. Bu, hiyerarşik öznitelik yönetimini mümkün kılar: şirket düzeyindeki bir yetkili bölüm düzeyinde anahtarlar verir, bölüm yetkilileri de çalışan anahtarları verir. Bu özellik anahtar devri güvenliği olarak adlandırılır: devredilen bir anahtar, devredenin çözemeyeceği hiçbir şeyi çözmek için kullanılamaz.

Pratik CP-ABE uygulamaları, Java Eşleme Tabanlı Kriptografi (jpbc) kütüphanesinde ve prototip geliştirme için charm-crypto Python çatısında bulunur. OpenABE kütüphanesi (Zeutro), CP-ABE ve KP-ABE'yi destekleyen ve üretim kullanımı için uygun bir C++ uygulamasıdır. RABE, CP-ABE'nin Rust ile yazılmış bir uygulamasıdır. Bu kütüphaneler BN-256 ve BLS12-381 eğrileri üzerinde eşleme tabanlı işlemleri uygular.

CP-ABE'nin temel uygulaması, bulut depolamada ince ayrıntılı erişim denetimidir. Bir dosya sahibi, bir belgeyi yüklemeden önce bir politikayla şifreler. Öznitelikleri politikayı karşılayan herhangi bir kullanıcı, bulut sağlayıcısı kime erişim sağlayacağını bilmeden veya erişim denetimi listelerini yönetmek zorunda kalmadan belgeyi indirebilir ve şifresini çözebilir. Bulut sağlayıcısı, isteyen herkese şifreli metinleri sunar; politika şifreli metnin kendisinde uygulanır.

CP-ABE işlemleri, simetrik şifrelemeden önemli ölçüde daha yavaş olan bilineer eşleme hesaplamalarını içerir. Modern bir CPU üzerinde BN-256'daki tek bir eşleme işlemi yaklaşık 1-3 ms sürer. Şifre çözme maliyeti, karşılanan özniteliklerin sayısıyla doğrusal olarak artar. 10-20 öznitelik içeren politikalarda şifre çözme 10-60 ms sürer; bu süre kullanıcıya dönük uygulamalar için kabul edilebilir, ancak yüksek frekanslı otomatik sistemler için çok yavaştır.

Standart CP-ABE, erişim politikasını şifreli metni gören herkese açıklar; politika şifrelenmez. Gizli politika CP-ABE'si (veya kısmen gizli CP-ABE), politika özniteliklerinin bir kısmını ya da tamamını yetkisiz taraflardan gizleyerek ek gizlilik sağlar. Politikanın tamamen gizlenmesi, daha karmaşık yapılar ve önemli ölçüde daha yüksek performans yükü gerektirir. Pratik kullanıma almaların çoğunda standart, yani politikası görülebilen CP-ABE kullanılır ve erişim politikasının gözlemlenebilir olduğu kabul edilir.

CP-ABE'de anahtar iptali önemli bir pratik zorluktur. Bir kullanıcının öznitelikleri değişirse (örneğin kullanıcı bir bölümden ayrılırsa veya kimlik bilgileri iptal edilirse), kullanıcının önceki öznitelikleri için şifrelenmiş tüm şifreli metinleri yeniden şifrelemek maliyetlidir. Pratik yaklaşımlar arasında öznitelik sürümleme (her öznitelikteki sürüm numarasını artırma), şifreli metinleri güncellemek için vekil yeniden şifreleme kullanma veya CP-ABE'yi zamana dayalı özniteliklerle birleştirip yetkiliden düzenli anahtar yenileme talep etme yer alır.

CP-ABE'de erişim politikası nereye gömülür?

CP-ABE, erişim politikalarını şifreli metinlere gömer; kullanıcı anahtarları öznitelik kümelerini kodlar. Öznitelikler politikayı (AND, OR ve eşik kapıları) karşıladığında şifre çözme başarılı olur. Waters 2011, bilineer eşlemelere dayanan çığır açıcı pratik yapıdır. Büyük evren çeşitleri dinamik öznitelik alanlarını destekler. CP-ABE, sunucu tarafı erişim denetimi listeleri olmadan ince ayrıntılı erişim denetimi sağlamak için bulut depolamada kullanıma alınmıştır. Anahtar iptali hâlâ pratik bir zorluktur; bu sorun öznitelik sürümleme veya vekil yeniden şifreleme ile ele alınır.