Unbounded HIBE and Attribute-Based Encryption

本文探讨了分层身份基加密（Hierarchical Identity-Based Encryption, HIBE）和属性基加密（Attribute-Based Encryption, ABE）的改进方案，提出了所谓的“无界”（unbounded）模型，解决了之前标准模型中对层级深度或属性集合大小的限制问题。在HIBE系统中，用户身份按组织层级排列，任何人可以使用公共参数加密消息给系统中的任何身份。而在属性基加密系统中，用户的密钥与属性集上的访问策略相关联，而密文则与属性集合相关联。用户只有在密文属性集满足其密钥访问策略时才能解密消息。 文章首先指出传统的HIBE和ABE系统存在一些固有的限制。比如，在标准模型中构建的HIBE系统，必须在设置阶段固定最大层级深度（hierarchy depth）。同样，在标准模型中构建的ABE系统，要么在设置阶段固定一个较小的宇宙（universe）大小，要么固定属性集合大小。这些限制会阻碍系统根据用户需求的变化而进行适应。 文章提出的新模型，通过使用嵌套的双重系统加密论证（nested dual system encryption argument），为HIBE方案提供了全面安全性（full security）证明，同时为ABE方案提供了选择性安全性（selective security）证明，而且都是在标准模型中，并依赖于静态假设（static assumptions）。 文中提到的ABE方案支持线性秘密共享策略（Linear Secret Sharing Schemes, LSSS）作为访问结构，并且还提供了将密钥委派给用户的能力。LSSS提供了一种方法，用于以线性方式将秘密分散给参与者，并在满足一定条件时恢复秘密。 在HIBE系统中，一个层级中的身份可以使用其私钥委派私钥给下属，但不能解密发送给其他身份（包括非下属）的消息。而在ABE系统，特别是密钥策略属性基加密（Key-Policy Attribute-Based Encryption, KP-ABE）系统中，用户的私钥与属性上的访问策略相关联，密文则与属性集合相关联。只有当密文的属性集合满足用户密钥的访问策略时，用户才能解密消息。 HIBE和ABE系统旨在提供比基于身份和公钥加密系统更多的灵活性，以分享和管理敏感数据。在HIBE系统中，用户身份在一个组织层级中被安排。任何人可以使用公共参数加密消息给系统中的任何身份。在层级中的身份可以使用它的私钥委派私钥给其下属，但它不能解密旨在给其他身份（不包括它自己和它的下属）的消息。在ABE系统中，用户拥有与属性上的访问策略相关的秘密密钥，而密文与属性集合相关联。只有当密文的属性集合满足用户的密钥访问策略时，用户才能解密消息。 ABE方案与基于密钥策略（KP-ABE）和密文策略（CP-ABE）两种形式。KP-ABE中，用户的密钥与属性集合上的访问策略相关联；而CP-ABE中，密文与访问策略相关联，用户密钥与属性集合相关联。两者的关键区别在于访问控制信息与密钥还是密文关联。 文章作者Allison Lewko和Brent Waters分别来自德克萨斯大学奥斯汀分校的计算机科学系，文章还得到了国家国防科学与工程研究生奖学金的支持。文章的研究成果对于设计和实现灵活的数据共享机制具有重要意义，尤其是在数据隐私和安全需求日益增长的今天，这些机制可以帮助安全地共享数据，同时满足用户在使用过程中的动态变化需求。