[論文レビュー] A Multi-Authority Attribute-Based Signcryption Scheme with Efficient Revocation for Smart Grid Downlink Communication

Ahmad Alsharif, Ahmed Shafee+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Cryptography and Data Security参考文献 27被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、安全なスマートグリッド下行通信のための、効率的な失効を備えた多機関属性ベースの署名暗号化方式を提案する。この方式は、修正されたLSS行列に基づくアクセス構造を用いて機密性、認証、否認不能性、および動的属性失効を統合し、250人のユーザーに対して失効コストが0.34秒未塔のAMIテストベッド上で低計算コストを実現する。

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.

研究の動機と目的

• マルチ機関スマートグリッド下行通信に特化した、安全で効率的なマルチキャスト通信方式の不足を解消すること。
• 一つのプリミティブで機密性、送信元認証、否認不能性、および即時の属性失効を保証すること。
• 分散型マルチ機関環境における効率的な登録および失効を備えた動的グループメンバーシップをサポートすること。
• 複数のユーザーが個別にアクセス権を超えてメッセージを復号しようとする共謀攻撃を防ぐこと。
• リソース制約下の実世界の高度計測インフラ（AMI）テストベッド上で、方式の性能を評価すること。

提案手法

• 方式は、署名暗号化を統合した認証および否認不能性を提供する多機関属性ベース暗号（MA-ABE）を基盤として構築される。
• アクセスポリシーは単調ブール式で定義され、LSS行列に変換されて細かく制御されたアクセス制御を可能にする。
• 秘密共有はベクトルベースの行列乗算プロセスを用いて生成され、必要な属性が十分に揃った場合にのみ秘密が再構築される。
• 失効はLSS行列および秘密共有の更新によって達成され、失効済みユーザーが新しいメッセージを復号できなくなるようにする。
• 必要な属性セットを有するユーザーのみが一括暗号文を復号できるようにすることで、安全なマルチキャストを実現する。
• セキュリティモデルは、適切な鍵配布およびアクセスツリー設計により、選択暗号文攻撃および共謀攻撃に対する耐性を確保する。

Figure 1: Network model for SG downlink communications.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチ機関スマートグリッド下行通信において、同時に機密性、認証、否認不能性、および効率的な失効を提供する署名暗号化方式を設計できるか？
• RQ2 属性失効を属性ベースの署名暗号化方式に効率的に統合する方法は何か？ ただし、計算コストが著しく増大しないようにする。
• RQ3 本方式の計算コストは、リソース制約下のスマートメーターが搭載された実際のAMI環境でどの程度か？
• RQ4 部分的なアクセス権を持つユーザー間の共謀攻撃は、どのようにして防止できるか？
• RQ5 ユーザー数および失効属性数の増加に伴い、方式のスケーラビリティはどの程度向上するか？

主な発見

• 提案方式は、機密性、送信元認証、否認不能性、即時の属性失効というすべての望ましいセキュリティ特性を達成している。
• 失効プロセスの計算コストは低く抑えられており、250人の有効な属性を持つユーザーを失効させる最大時間は0.34秒である。
• AMIテストベッド上での方式の計算コストは低く抑えられており、リソース制約下のスマートメーターへの展開に適している。
• 共謀攻撃に対して耐性があり、アクセスポリシーで定義された必要な属性を共同で保有しない限り、ユーザーは暗号文を復号できない。
• 性能評価により、ベースライン署名暗号化方式に対する追加コストが妥当であり、スケーラブルであることが確認された。
• LSS行列構築により、関連する共有の和のみを用いて効率的なアクセス制御および秘密再構築が可能となり、正しさとセキュリティが保証される。

Figure 2: Signcryption time vs access policy size.