[논문 리뷰] Practical Identity-Based Encryption (IBE) in Multiple PKG Environments and Its Applications

Shengbao Wang|arXiv (Cornell University)|2007. 03. 01.

Cryptography and Data Security참고 문헌 17인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 이중성 페어링을 사용하여 다중 개인 키 생성기(PKG) 환경에서 효율성을 향상시키기 위해 사전에 세션 비밀(gID)을 계산하는 실용적인 신원 기반 암호화(IBE) 체계를 제안한다. Boneh-Franklin IBE와 달리, 설정(Setup)과 암호화(Encryption)를 수정하여 메시지를 사전에 암호화할 수 있도록 하여 성능을 향상시키고, 강력한 실생활 적용 가능성을 지닌 실용적인 에스크로된 엘가말 변형을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다중 PKG 환경에 배포되었을 때 기존 IBE 체계의 비효율성을 해결하기 위해.
• 통신 이전에 세션 비밀(gID)을 사전 계산하여 런타임 오버헤드를 줄이기 위해.
• 수신자 상호작용 이전에도 효율적이고 프라이버시 보장된 암호화를 지원하는 IBE 시스템 설계를 위해.
• 실제 배포에 적합한 에스크로된 엘가말 암호화 체계를 제안된 IBE에서 유도하기 위해.

제안 방법

• Boneh-Franklin IBE와 비교해 설정(Setup) 및 암호화(Encryption) 알고리즘을 수정한 이중성 페어링 기반 IBE 체계를 구축하기 위해.
• 마스터 비밀과 신원을 사용해 각 신원에 대해 세션 비밀 gID를 사전 계산하여 오프라인 암호화를 가능하게 하기 위해.
• 수신자와의 연락 이전에도 발신자가 gID를 사용해 메시지를 암호화할 수 있도록 하여 다중 PKG 환경에서 지연 시간을 감소시키기 위해.
• 분산된 PKG 환경에서의 안전한 키 복구를 지원하기 위해 IBE 체계를 키 에스크로 메커니즘에 통합하기 위해.
• IBE 기반에서 에스크로된 엘가말 체계를 유도하여 보안성과 효율성을 유지하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 PKG 환경에서 IBE는 어떻게 더 효율적으로 만들 수 있는가?
• RQ2 세션 비밀을 사전 계산하여 IBE 시스템에서 암호화 지연 시간을 줄일 수 있는가?
• RQ3 사전 암호화를 지원하기 위해 표준 IBE의 설정 및 암호화에 어떤 수정이 필요한가?
• RQ4 실용적인 IBE 체계에서 어떻게 에스크로된 엘가말 체계를 구성할 수 있는가?
• RQ5 다중 PKG IBE 배포에서 발생하는 성능 및 보안적 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 IBE 체계는 어떤 통신이 이루어지기 전에도 gID를 사전 계산할 수 있어, 다중 PKG 환경에서 암호화 지연 시간을 크게 감소시킨다.
• 키 추출 및 복호화 측면에서 Boneh-Franklin IBE와의 호환성을 유지하여 이전 보안성을 보장한다.
• 수정된 설정(Setup) 및 암호화(Encryption) 알고리즘 덕분에 발신자가 수신자와의 상호작용 이전에도 gID를 사용해 메시지를 사전에 암호화할 수 있어, 동적 또는 분산 환경에서의 효율성이 향상된다.
• IBE 프레임워크에서 성공적으로 에스크로된 엘가말 체계를 도출하여, 키 복구 및 배포 측면에서 실용적 이점을 제공한다.