[논문 리뷰] A Multi-Authority Attribute-Based Signcryption Scheme with Efficient Revocation for Smart Grid Downlink Communication

Ahmad Alsharif, Ahmed Shafee외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Cryptography and Data Security참고 문헌 27인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 안정적이고 효율적인 스마트 그라이드 다운링크 통신을 위한 다중 기관 기반 속성 기반 서명암호화 기법을 제안한다. 수정된 LSS 행렬 기반 접근 구조를 사용하여 기밀성, 인증, 비인정 방지 및 동적 속성 취소를 통합함으로써, AMI 테스트베드에서 계산 오버헤드를 최소화하였으며, 250명의 사용자에 대해 취소 비용이 0.34초 이내로 낮게 유지된다.

ABSTRACT

In this paper, we propose a multi-authority attribute-based signcryption scheme with efficient revocation for smart grid downlink communications. In the proposed scheme, grid operators and electricity vendors can send multicast messages securely to different groups of consumers which is required in different applications such as firmware update distribution and sending direct load control messages. Our scheme can ensure the confidentiality and the integrity of the multicasted messages, allows consumers to authenticate the source of the multicasted messages, achieves and non-repudiation property, and allows prompt revocation, simultaneously which are required for the smart grid downlink communications. Our security analysis demonstrates that the proposed scheme can thwart various security threats to the smart grid. Our experiments conducted on an advanced metering infrastructure (AMI) testbed confirm that the proposed scheme has low computational overhead.

연구 동기 및 목표

• 다중 기관 기반 스마트 그라이드 다운링크 통신에 특화된 안정적이고 효율적인 다중방송 통신 기법의 부족을 해결하기 위해.
• 단일 기능에서 기밀성, 원천 인증, 비인정 방지 및 즉각적인 속성 취소를 보장하기 위해.
• 분산된 다중 기관 환경에서 효율적인 등록 및 취소를 지원하는 동적 그룹 멤버십을 구현하기 위해.
• 여러 사용자가 개별적으로 자신의 접근 권한을 초월해 메시지를 복호화하려는 공모 공격에 저항하기 위해.
• 자원 제약 조건 하에서 실제 고급 미터링 인fra구조(AMI) 테스트베드에서의 성능 평가를 위해.

제안 방법

• 다중 기관 기반 속성 기반 암호화(MA-ABE) 기반으로 설계되었으며, 서명암호화를 지원하고 인증 및 비인정 방지를 통합하기 위해 확장되었다.
• 접근 정책은 단조적 부울 공식을 사용하여 정의되며, 이는 LSS 행렬으로 변환되어 세밀한 접근 제어를 가능하게 한다.
• 비밀 값은 벡터 기반 행렬 곱셈 과정을 통해 비밀 공유를 생성하며, 필요한 속성이 충분히 확보된 경우에만 비밀이 재구성된다.
• 취소는 LSS 행렬과 비밀 공유를 갱신하여 구현되며, 취소된 사용자는 새로운 메시지를 복호화할 수 없게 된다.
• 특정 속성 집합을 가진 사용자들만 단일 암호문을 복호화할 수 있도록 허용함으로써, 안정적인 다중방송을 지원한다.
• 보안 모델은 적절한 키 배포 및 접근 트리 설계를 통해 선택 암호문 공 attaacks 및 공모 공격에 저항하도록 보장한다.

Figure 1: Network model for SG downlink communications.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 기관 기반 스마트 그라이드 다운링크 통신에서 기밀성, 인증, 비인정 방지 및 효율적인 취소를 동시에 제공하는 서명암호화 기법을 설계할 수 있는가?
• RQ2 비용이 과도하게 증가하지 않도록 속성 취소를 속성 기반 서명암호화 기법에 효율적으로 통합할 수 있는가?
• RQ3 자원 제약 조건이 있는 실제 AMI 환경에서 스마트 미터에서의 제안된 기법의 계산 오버헤드는 얼마인가?
• RQ4 부분적인 접근 권한을 가진 사용자 간의 공모 공격은 어떻게 저항할 수 있는가?
• RQ5 사용자 수와 취소된 속성 수가 증가함에 따라 기법의 확장성은 어느 정도인가?

주요 결과

• 제안된 기법은 모든 원하는 보안 성질을 달성한다: 기밀성, 원천 인증, 비인정 방지 및 즉각적인 속성 취소.
• 취소 과정에서 낮은 계산 비용이 발생하며, 유효한 속성을 가진 250명의 사용자를 취소하는 데 최대 0.34초가 소요된다.
• AMI 테스트베드에서 낮은 계산 오버헤드를 보이며, 자원 제약 조건이 있는 스마트 미터에 배포하기에 적합하다.
• 사용자가 접근 정책에서 정의된 바와 같이 필요한 속성을 함께 확보하지 않는 한, 사용자는 암호문을 복호화할 수 없기 때문에 공모 공격에 저항한다.
• 성능 평가 결과, 기본 서명암호화 대비 추가 비용이 수용 가능하고 확장 가능함을 확인하였다.
• LSS 행렬 구조는 관련 공유 값의 합만을 사용하여 효율적인 접근 제어 및 비밀 재구성을 가능하게 하여 정확성과 보안성을 보장한다.

Figure 2: Signcryption time vs access policy size.