[論文レビュー] Stream on the Sky: Outsourcing Access Control Enforcement for Stream Data to the Cloud

Tien Tuan Anh Dinh, Anwitaman Datta|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2012

Cryptography and Data Security参考文献 23被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、信頼できないクラウドにライブデータストリームのアクセス制御の実行を外部化する安全でスケーラブルなシステムを提案する。プロキシベースの属性暗号化（ABE）を用い、データ機密性を保ちつつ、閾値を超えたときのトリガーによるアクセスやスライディングウィンドウの要約といった細粒度のポリシーを実現する。また、計算コストの高い暗号操作をクラウドに移管することで、データ所有者やユーザーの負荷を軽減する。プロトタイプ評価では、スケーラビリティが滑らかに保たれていることが示された。

ABSTRACT

There is an increasing trend for businesses to migrate their systems towards the cloud. Security concerns that arise when outsourcing data and computation to the cloud include data confidentiality and privacy. Given that a tremendous amount of data is being generated everyday from plethora of devices equipped with sensing capabilities, we focus on the problem of access controls over live streams of data based on triggers or sliding windows, which is a distinct and more challenging problem than access control over archival data. Specifically, we investigate secure mechanisms for outsourcing access control enforcement for stream data to the cloud. We devise a system that allows data owners to specify fine-grained policies associated with their data streams, then to encrypt the streams and relay them to the cloud for live processing and storage for future use. The access control policies are enforced by the cloud, without the latter learning about the data, while ensuring that unauthorized access is not feasible. To realize these ends, we employ a novel cryptographic primitive, namely proxy-based attribute-based encryption, which not only provides security but also allows the cloud to perform expensive computations on behalf of the users. Our approach is holistic, in that these controls are integrated with an XML based framework (XACML) for high-level management of policies. Experiments with our prototype demonstrate the feasibility of such mechanisms, and early evaluations suggest graceful scalability with increasing numbers of policies, data streams and users.

研究の動機と目的

• 信頼できない第三者にストレージと処理を外部化するクラウド環境において、ライブデータストリームのセキュリティを確保すること。
• 従来のアーカイブデータアクセス制御よりも複雑な、トリガーに基づくおよびスライディングウィンドウポリシーを含む、ストリームデータに対する細粒度のアクセス制御を可能にすること。
• クラウドと悪意あるユーザーが共謀しても、データの機密性が保たれ、不正アクセスが防止されることを保証すること。
• プロキシメカニズムを介して、データ所有者やユーザーが負担する計算コストを軽減し、高価な暗号操作をクラウドに移管すること。
• 標準的なポリシーマネジメントフレームワーク（XACML）と暗号的実装を統合し、クラウドストリーム処理における包括的で管理可能なアクセス制御を実現すること。

提案手法

• 複雑なABE暗号文を軽量なElgamalに類似した暗号文に変換するプロキシメカニズムをABEに拡張し、クラウド側での効率的な計算を可能にする。
• プロキシサーバーがデータ所有者の代わりに暗号変換を実行することで、クラウドが平文データを学習せずにアクセスポリシーの評価を実行できるようにする。
• 特定のコンテンツ条件（例：血圧 > 閾値）が満たされた場合にのみアクセスを許可するようにデータを暗号化することで、トリガーに基づくポリシーをサポートする。
• 暗号化されたデータから要約（例：時間間隔内の平均値）を生成することで、スライディングウィンドウポリシーを実現し、プライバシーを保持しながら集計アクセスを可能にする。
• 高水準なポリシー定義と管理を可能にするために、XACMLフレームワークを導入し、ポリシー定義と暗号的実装を分離する。
• プロキシベースのABEとストリーム処理論理を統合したプロトタイプシステムを設計し、エンドツーエンドの安全なアクセス制御の外部化を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できないクラウドにライブデータストリームのアクセス制御ポリシーを安全に外部化しつつ、データ機密性を保てるか？
• RQ2 プロキシベースの属性暗号化は、トリガーおよびスライディングウィンドウなどストリーム固有の複雑なポリシーを拡張してサポートできるか？
• RQ3 クラウドを計算プロキシとして活用することで、データ所有者およびユーザーが負担する高価な暗号操作をどの程度軽減できるか？
• RQ4 クラウド環境におけるデータストリーム数、ポリシー数、ユーザー数の増加に伴い、システムのスケーラビリティはどの程度保たれるか？
• RQ5 XACMLのような標準的なポリシーマネジメントフレームワークは、ストリームデータの暗号的アクセス制御メカニズムと効果的に統合できるか？

主な発見

• 提案されたシステムは、暗号化されたストリームデータ上でトリガーに基づくおよびスライディングウィンドウのアクセス制御ポリシーを成功裏にサポートし、平文値を露呈せずに細粒度のアクセスを実現した。
• プロキシベースのABEの使用により、クラウドがユーザーの代わりに高価な暗号操作を実行でき、クライアント側の計算負荷を顕著に軽減した。
• プロトタイプ評価では、ポリシー数、データストリーム数、ユーザー数の増加に対しても、ポリシー照合のパフォーマンスが効率的であることが示された。
• XACMLの統合により、標準的で高水準のポリシーマネジメントが可能になり、アクセス制御設定の使いやすさと保守性が向上した。
• システムは強力なセキュリティ保証を達成しており、不正なユーザーはデータにアクセスできず、共謀するクラウドでさえ平文値を学習したり、アクセスポリシーを回避したりできない。
• プロトタイプは機能的かつ実現可能であるが、将来的にはSEDAや高スルーレートストリームエンジンとの統合を通じたアーキテクチャの改善が必要であり、大規模かつ並列なワークロードを処理できるようにする必要がある。