基于屬性的加密機(jī)制研究.pdf

1、基于屬性的加密（Attribute-Based Encryption，ABE）作為一種新的一對多加密模式，得到了越來越多的關(guān)注。與傳統(tǒng)的公鑰加密算法以及基于身份加密算法不同的是，在ABE系統(tǒng)中，密文與用戶是用屬性來進(jìn)行描述，加密者在加密數(shù)據(jù)的時(shí)候并不需要知道用戶的公鑰信息或者具體身份信息；并且，在保護(hù)數(shù)據(jù)機(jī)密性的同時(shí)可以支持各種細(xì)粒度、靈活的訪問控制策略。然而，當(dāng)前ABE算法由于下列幾個(gè)問題還不能很好的應(yīng)用于實(shí)際場景。
　　一、計(jì)

2、算開銷較大，密文長度及解密開銷通常都與用到的屬性個(gè)數(shù)呈線性關(guān)系。
　　二、目前的ABE算法一般假設(shè)系統(tǒng)只存在一個(gè)屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)，然而，在現(xiàn)實(shí)場景中，通常有多個(gè)屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)存在。
　　三、大多數(shù)ABE算法缺乏有效的用戶撤銷機(jī)制，在ABE系統(tǒng)中，多個(gè)用戶共同擁有一個(gè)或多個(gè)屬性，在某個(gè)用戶的屬性被撤銷的時(shí)候，如何在保持其余用戶的訪問權(quán)限的基礎(chǔ)上撤銷該用戶的訪問權(quán)限也是值得關(guān)注的問題。
　　針對以上的問題，本文研究并構(gòu)造了一系列

3、安全，高效的ABE算法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)云存儲(chǔ)模式下基于屬性的細(xì)粒度訪問控制方案。本文取得的主要成果如下：
　　一、在提高ABE算法計(jì)算效率方面，本文構(gòu)造了一個(gè)高效解密的短密文CP-ABE方案，其密文長度與解密開銷都為常數(shù)級。方案支持任意的AND-Gate訪問結(jié)構(gòu)，在Selective-ID模型下基于判定性BDHE假設(shè)證明了方案在不可區(qū)分選擇明文攻擊下是安全的，并利用強(qiáng)不可展的一次簽名技術(shù)擴(kuò)展了該方案，使得其在不可區(qū)分選擇密文攻擊下也

4、是安全的。
　　二、目前自適應(yīng)安全的多授權(quán)機(jī)構(gòu)基于屬性的加密方案都是在合數(shù)階群上構(gòu)造，針對其計(jì)算開銷較大的問題，本文利用對偶配對向量空間技術(shù)，在素?cái)?shù)階群上構(gòu)造了一種支持單調(diào)的訪問結(jié)構(gòu)且自適應(yīng)安全的多授權(quán)機(jī)構(gòu)CP-ABE方案。在標(biāo)準(zhǔn)模型下將該方案的安全性歸約到判定性線性假設(shè)。性能分析表明，該方案在達(dá)到自適應(yīng)安全的同時(shí)，具有更高的計(jì)算效率。
　　三、在之前的多授權(quán)機(jī)構(gòu)ABE的算法中，要么公鑰參數(shù)隨著系統(tǒng)中的屬性個(gè)數(shù)呈線性增長，而

5、且系統(tǒng)參數(shù)一經(jīng)設(shè)定就不能更改；要么系統(tǒng)屬性可以是指數(shù)級的，但是公鑰參數(shù)的長度受限于一個(gè)預(yù)設(shè)的參數(shù)n，其中n表示加密時(shí)所用到的屬性個(gè)數(shù)的最大值。針對這個(gè)問題，本文將Rouselakis等人的技術(shù)擴(kuò)展到多授權(quán)機(jī)構(gòu)ABE的場景下，分別提出了一個(gè)大規(guī)模屬性域的多授權(quán)機(jī)構(gòu)CP-ABE方案和KP-ABE方案。在這兩個(gè)方案中，在建立系統(tǒng)時(shí)多個(gè)屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)也無需相互協(xié)作。并且，系統(tǒng)的公鑰參數(shù)規(guī)模只與屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)的數(shù)量有關(guān)，與系統(tǒng)中屬性域的規(guī)模無關(guān)，增加

6、了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。方案支持任意單調(diào)的訪問結(jié)構(gòu)，在Selective-ID模型下被證明是安全的。
　　四、目前的多授權(quán)機(jī)構(gòu)KP-ABE方案的安全性都是在Selective-ID模型下證明的，其是一種較弱安全性概念。Selective-ID模型指的是在構(gòu)造安全游戲的時(shí)候，攻擊者必須事先聲明它要攻擊的屬性集合（針對KP-ABE）或者訪問結(jié)構(gòu)（針對CP-ABE）。本文構(gòu)造了一個(gè)自適應(yīng)安全的無中心式多授權(quán)機(jī)構(gòu)KP-ABE方案，方案無需中央授

7、權(quán)機(jī)構(gòu)，多個(gè)屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)也無需通過協(xié)作來建立系統(tǒng)，該方案在合數(shù)階群上構(gòu)造，支持任意單調(diào)的訪問控制策略，并且利用Waters的雙系統(tǒng)證明技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)模型下證明了該方案在不可區(qū)分選擇明文攻擊下是自適應(yīng)安全的。
　　五、ABE算法作為一種密碼學(xué)原語被愈來愈多地應(yīng)用于構(gòu)建云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的訪問控制方案。然而，由于大多數(shù)ABE方案均不支持有效的用戶訪問權(quán)限撤銷機(jī)制，并不能將ABE方案直接應(yīng)用于構(gòu)建云環(huán)境下的訪問控制系統(tǒng)。同時(shí)，云環(huán)境下用戶的屬性

8、是由不同的屬性授權(quán)機(jī)構(gòu)頒發(fā)，且傳統(tǒng)的ABE算法解密開銷較大。針對上述情況，本文提出了一個(gè)針對云存儲(chǔ)的訪問控制方案。首先，構(gòu)建了一個(gè)多授權(quán)機(jī)構(gòu)的CP-ABE方案，使得數(shù)據(jù)提供者在加密上傳數(shù)據(jù)的同時(shí)可以嵌入自主設(shè)定的訪問控制策略。同時(shí)，利用解密外包技術(shù)，將復(fù)雜的雙線性配對運(yùn)算外包至云服務(wù)端完成，用戶只需要執(zhí)行一次指數(shù)運(yùn)算即可完成解密，極大的降低用戶的解密開銷；其次，針對由用戶屬性變更引起的訪問權(quán)限變化的情況，提出了一種細(xì)粒度的屬性級用戶撤銷