属性基加密

简介

  • 基于属性的加密（Atrribute-based Encryption，ABE）也成为属性基加密。
  • 2005年，作为身份基加密（Identity-based Encryption）的一种扩展，被首次提出。
  • 能够实现对加密数据的细粒度访问控制，在安全云存储，安全访问控制等方面有着广阔的应用前景，目前在安全性，访问策略表达力，效率等方面都得到了比较充分的研究。
    • 细粒度访问控制是一种更细致、更强大的数据和资源访问控制方式。它基于对单个数据资源的多个条件和/或多个权限来授予或拒绝对关键资产（如资源和数据）的访问。与粗粒度访问控制相比，细粒度访问控制使用更细微和可变的方法来允许访问。
    • 细粒度控制可以细化到数据库的行级或列级，将安全控制应用于单个数据项，并为每个数据项提供自己指定的访问策略。它通常用于大量数据源存储在一起的云计算环境中。
    • 细粒度访问控制是一种访问控制系统，它允许向一组用户授予不同的访问权限，并允许灵活地指定单个用户的访问权限。在这种系统中，数据以加密形式存储在服务器上，而不同的用户可以根据安全策略解密不同的数据。这有效地消除了依赖存储服务器来防止未经授权的数据访问的需要。
  • 属性是事物或者信息文件的特征，策略则是这些特征之间的与或关系

密文策略属性基加密

  • 密文策略属性基加密（Ciphertext-Policy ABE，CP-ABE）：
    • 每个用户的密钥sk由其属性集合S描述和决定
      • 密钥由密钥管理/分发权威机构根据用户的属性集合S生成和分发
    • 每个密文C会关联一个基于用户属性的访问策略AP
      • 加密这根据自己的意愿（具有哪些属性的用户能够解密其密文）决定访问策略AP，并用AP对明文加密来产生密文C。
    • 对于一个关联着访问策略AP的密文C和一个关联着属性集合的密钥sk，当且仅当属性集合S满足访问策略AP，密钥sk能正确解密密文C。
  • 算法：
    • Setup（λ，U）->(PP,MSK)
      • 系统建立算法，由密钥管理权威机构PKG运行。
      • 输入系统安全参数λ和系统属性空间U
      • 输出系统公开参数PP和主密钥MSK
    • KeyGen（PP，MSK，S）->sks.
      • 用户密钥生成算法，由PKG运行。
      • 用户向PKG提交和证明自己的属性集合S，PKG运行此算法为用户生成密钥sks。
    • Encrypt（PP，M，AP）->CAP.
      • 任何用户都可以使用系统公开参数PP和自己决定的访问策略AP来加密自己的明文M，产生相应的密文CAP。
    • Decrypt(PP,CAP,sks)->M/⊥
      • 当密钥sks的属性集合S满足密文的访问控制策略AP，解密算法解密出正确明文。

密钥策略属性基加密

  • 密钥策略属性基加密（Key-Policy ABE，KP-ABE）：
    • 每个密文C会关联一个描述其数据性质的属性集合S
      • 加密这更具数据的性质决定其属性集合S，并进行加密，产生密文C
    • 每个用户的密钥sk会关联一个基于数据的属性的访问策略AP
      • 密钥由密钥管理/分发权威机构根据用户的解密权限对应的访问策略来生成和分发
    • 对一个关联着属性集合S的密文C和一个关联着访问策略AP的密钥sk，当且仅当属性集合S满足访问策略AP，密钥sk能正确解密密文C。
  • 算法：
    • Setup（λ，U）->(PP,MSK)
      • 系统建立算法，由密钥管理权威机构PKG运行。
      • 输入系统安全参数λ和系统属性空间U
      • 输出系统公开参数PP和主密钥MSK
    • KeyGen（PP，MSK，AP）->skAP.
      • 用户密钥生成算法，由PKG运行。
      • 用户向PKG提交和证明自己的访问结构AP，PKG运行此算法为用户生成密钥skAP。
    • Encrypt（PP，M，S）->Cs.
      • 任何用户都可以使用系统公开参数PP和自己决定的属性集合S来加密自己的明文M，产生相应的密文Cs。
    • Decrypt(PP,CAP,skAP)->M/⊥
      • 当密钥skAP的访问策略AP满足密文的属性集合S，解密算法解密出正确明文。

特点

  • 是一种一对多的公钥加密机制
  • 加密的时候加密者不需要知道接收者的具体身份，只需要使用描述性属性指定访问策略
  • 能够实现对机密数据的细粒度访问控制
    • 第一个具有这种功能的加密机制
    • 被认为是实现安全访问控制的最有前途的机制之一

应用场景

  • CP-ABE适用于分布式的安全访问控制：由数据加密者自主决定哪些人可以访问他的数据
    • 公有云上云存储
    • 大数据安全
  • KP-ABE适用于有权限中心的安全访问控制：由权限管理中心根据用户的权限（访问策略）为用户生成密钥
    • 付费电视
    • 网络访问日志审核

注意事项

  • 密钥托管问题：密钥权威机构能够生成任何属性集合/访问策略对应的密钥，并在不被察觉的情况下解密密文
    • 注意应用场景
    • 使用密钥托管问题已经解决的属性基加密方案
  • 背叛者追踪问题：用户可能会泄露与其他用户公有的属性所对应的密钥，例如：{CS，PhD}对应的密钥。从多个具有公有属性的用户中识别出泄露密钥的恶意用户（背叛者）称为背叛者追踪
    • 注意应用场景
    • 使用具有背叛者追踪功能的属性基加密方案