[論文レビュー] Practical Identity-Based Encryption (IBE) in Multiple PKG Environments and Its Applications

Shengbao Wang|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2007

Cryptography and Data Security参考文献 17被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、双線形ペairィングを用いた実用的なIDベース暗号（IBE）方式を提案し、通信の前段階でセッション秘密（gID）を事前に計算することにより、複数のプライベートキー生成者（PKG）環境における効率性を向上させている。ボーン・フラントゥインIBEとは異なり、SetupおよびEncryptionを変更することで、メッセージの暗号化を事前に可能にし、パフォーマンスを向上させ、強力な実用的応用性を持つエスクロウドElGamalの変種を実現している。

ABSTRACT

In this paper, we present a new identity-based encryption (IBE) scheme using bilinear pairings. Our IBE scheme enjoys the same Key Extraction and De- cryption algorithms with the famous IBE scheme of Boneh and Franklin (BF-IBE for short), while differs from the latter in that it has modified Setup and Encryption algorithms. Compared with BF-IBE, we show that ours are more practical in a multiple private key generator (PKG) environment, mainly due to that the session secret gID could be pre-computed before any interaction, and the sender could encrypt a message using gID prior to negotiating with the intended recipient(s). As an application of our IBE scheme, we also derive an escrowed ElGamal scheme which possesses certain good properties in practice.

研究の動機と目的

• 複数PKG環境に展開された際の従来のIBE方式における非効率性を是正すること。
• 通信開始前におけるセッション秘密（gID）の事前計算を可能にし、実行時オーバーヘッドを低減すること。
• 受信者とのインタラクションがなくても、効率的かつフォワードセキュアな暗号化を可能にするIBEシステムの設計。
• 提案されたIBEから実用的でエスクロウドされたElGamal暗号方式を導出することにより、実世界への展開を可能にすること。

提案手法

• ボーン・フラントゥインIBEと比較して、SetupおよびEncryptionアルゴリズムを変更した双線形ペairィングを用いたIBE方式の構築。
• マスターシークレットとアイデンティティを用いて、各アイデンティティのセッション秘密gIDを事前計算し、オフライン暗号化を可能にする。
• 送信者が受信者に連絡を取る前でもgIDを用いてメッセージを暗号化できるようにし、複数PKG環境におけるレイテンシを低減する。
• IBE方式をキーエスクロウメカニズムに統合し、分散型PKG環境における安全な鍵回復を可能にする。
• IBEの基盤からエスクロウドElGamal方式を導出し、セキュリティと効率性を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数PKG環境においてIBEをどのように効率化できるか？
• RQ2 セッション秘密を事前計算することで、IBEシステムにおける暗号化レイテンシを低減できるか？
• RQ3 事前暗号化を可能にするために、標準IBEのSetupおよびEncryptionにどのような変更が必要か？
• RQ4 実用的IBE方式からどのようにエスクロウドElGamal方式を構築できるか？
• RQ5 複数PKG環境におけるIBE展開において、どのようなパフォーマンスとセキュリティのトレードオフが生じるか？

主な発見

• 提案されたIBE方式により、通信開始前にもgIDの事前計算が可能となり、複数PKG環境における暗号化レイテンシが顕著に低減された。
• 鍵抽出および復号に関して、ボーン・フラントゥインIBEと互換性を保ち、バックワードセキュリティを確保した。
• 変更されたSetupおよびEncryptionアルゴリズムにより、送信者が受信者に連絡を取る前でもgIDを用いてメッセージを暗号化できるようになり、動的または分散型環境における効率性が向上した。
• IBEフレームワークからエスクロウドElGamal方式が成功裏に導出され、鍵回復および展開において実用的な利点を提供した。