[논문 리뷰] Anonymous and Adaptively Secure Revocable IBE with Constant Size Public Parameters

Jie Chen, Hoon Wei Lim외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 24.

Cryptography and Data Security참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 SXDH 및 DLIN 가정 하에 적응적 보안과 암호문 익명성을 달성하는 두 가지 비상호작용적 취소 가능한 정체성 기반 암호화(RIBE) 체계를 제안한다. 공개 매개변수의 크기는 일정하며, 이는 이중체계 암호화와 이진 트리 기반 키 업데이트 메커니즘을 사용하여 상호작용이 없는 키 취소와 신뢰할 수 있는 하드웨어 없이도 효율적인 키 관리를 가능하게 한다. 이는 이전 RIBE 설계에서 오랫동안 지속된 제약을 해결한다.

ABSTRACT

In Identity-Based Encryption (IBE) systems, key revocation is non-trivial. This is because a user's identity is itself a public key. Moreover, the private key corresponding to the identity needs to be obtained from a trusted key authority through an authenticated and secrecy protected channel. So far, there exist only a very small number of revocable IBE (RIBE) schemes that support non-interactive key revocation, in the sense that the user is not required to interact with the key authority or some kind of trusted hardware to renew her private key without changing her public key (or identity). These schemes are either proven to be only selectively secure or have public parameters which grow linearly in a given security parameter. In this paper, we present two constructions of non-interactive RIBE that satisfy all the following three attractive properties: (i) proven to be adaptively secure under the Symmetric External Diffie-Hellman (SXDH) and the Decisional Linear (DLIN) assumptions; (ii) have constant-size public parameters; and (iii) preserve the anonymity of ciphertexts---a property that has not yet been achieved in all the current schemes.

연구 동기 및 목표

• 기존 방법이 상호작용적 업데이트 또는 신뢰할 수 있는 하드웨어에 의존하는 정체성 기반 암호화(IBE)에서 효율적이고 비상호작용적 키 취소를 달성하는 데 도전한다.
• 기존 RIBE 체계의 한계를 극복한다. 즉, 적응적 보안이 없거나 공개 매개변수가 보안 파rameter에 따라 선형적으로 증가하는 체계이다.
• 이전 RIBE 설계에서 동시에 만족되지 않았던 적응적 보안과 암호문 익명성이라는 두 가지 성질을 동시에 달성한다.
• 사용자 수에 대해 로그 시간 복잡도로만 키 취소가 필요한 효율적이고 확장 가능한 시스템을 설계한다.
• 실제 시스템에 RIBE를 구현할 수 있도록 일정한 크기의 공개 매개변수와 강력한 보안 보장을 보장한다.

제안 방법

• 사용자를 이진 트리의 리프 노드에 할당하고, 각 사용자는 루트까지의 경로를 따라 있는 노드들로부터 개인 키 구성 요소를 수신한다.
• 적응적 보안을 증명하기 위해 이중체계 암호화 기법을 사용하며, 계층적 키 유도 프레임워크 내에서 SXDH 및 DLIN 가정을 활용한다.
• 시간대 기반 키 업데이트 메커니즘을 도입하여, 키 기관은 생존 사용자를 포함하는 최소한의 서브트리에 대한 업데이트만 게시한다.
• 개인 키를 두 구성 요소로 분해한다: 하나는 사용자의 정체성에 연결되고, 다른 하나는 시간대에 연결된다. 이를 통해 이중선형 쌍을 이용한 효율적 복호화를 가능하게 한다.
• 공개 매개변수 구조는 대칭 외부 딜레인 힐먼 가정(SXDH)과 결정선형 가정(DLIN)에 기반하며, 시스템 크기에 관계없이 일정한 크기의 매개변수를 보장한다.
• DLIN 기반 부분공간 가정에 기반한 새로운 보안 증명 기법을 도입하여, 적응적 공격자를 처리하기 위해 다중 시뮬레이션 도전 과정을 구현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상호작용적 키 업데이트나 신뢰할 수 있는 하드웨어에 의존하지 않고도 적응적 보안을 달성하는 비상호작용 RIBE 체계를 설계할 수 있는가?
• RQ2 효율적 취소와 강력한 보안 보장을 유지하면서도 RIBE 체계에서 공개 매개변수의 크기를 일정하게 유지할 수 있는가?
• RQ3 SXDH 및 DLIN과 같은 표준 가정 하에 RIBE 시스템에서 암호문 익명성을 유지할 수 있는가?
• RQ4 이중체계 암호화를 RIBE에 확장하여 적응적 보안과 익명성을 동시에 달성할 수 있는가?
• RQ5 RIBE에서 취소 효율성과 일정한 공개 매개변수를 달성하기 위해 필요한 최소한의 계산 오버헤드는 얼마인가?

주요 결과

• 제안된 RIBE 체계는 SXDH 및 DLIN 가정 하에 적응적 보안을 달성하며, 보안 감소 경계는 비밀 키 및 키 업데이트 쿼리 수에 대해 다항식적으로 증가한다.
• 사용자 수나 시간대의 수에 관계없이 공개 매개변수의 크기가 일정하게 유지되어, 이전 체계에서의 주요 확장성 제약을 해결한다.
• 암호문은 익명적이며, 공격자가 동일한 정체성과 시간대에서의 서로 다른 메시지 암호화를 구분할 수 없다.
• 키 취소 메커니즘이 비상호작용적이며 효율적이며, 사용자 수에 대해 로그 시간 복잡도로만 수행된다.
• 이 체계는 취소 가능한 속성 기반 암호화(ABE)와 약한 속성 숨김 기능을 갖춘 정체성 기반 암호화로 자연스럽게 확장 가능하다.
• 보안 증명은 하이브리드 게임과 시뮬레이션 도전 과정의 연속을 사용하며, 최종 이득은 DLIN 이득에 더해져서 무시할 수 있는 오차 항과 곱해진 쿼리 수에 비례한다.