[논문 리뷰] Privacy-Preserving Electronic Ticket Scheme with Attribute-based Credentials

Jinguang Han, Liqun Chen외 3명|View|2017. 06. 09.

Cryptography and Data Security참고 문헌 24인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 사용자가 신원이나 정확한 속성 값을 드러내지 않고도 검증된 속성(예: 나이, 학생 신분)을 바탕으로 할인 티켓을 받을 수 있도록 보장하는 속성 기반 증명을 사용한 프라이버시 보장 전자 티켓 기반 기술을 제안한다. 이 기술은 q-strong Diffie-Hellman 가정에 기반한 공식적 보안 보장과 함께 연결성 불가, 양도 불가, 중복 사용 탐지 기능을 제공하며, JPBC 라이브러리를 사용하여 안드로이드 및 PC 플랫폼에서 성능 평가가 이루어졌다.

ABSTRACT

Electronic tickets (e-tickets) are electronic versions of paper tickets, which enable users to access intended services and improve services' efficiency. However, privacy may be a concern of e-ticket users. In this paper, a privacy-preserving electronic ticket scheme with attribute-based credentials is proposed to protect users' privacy and facilitate ticketing based on a user's attributes. Our proposed scheme makes the following contributions: (1) users can buy different tickets from ticket sellers without releasing their exact attributes; (2) two tickets of the same user cannot be linked; (3) a ticket cannot be transferred to another user; (4) a ticket cannot be double spent; (5) the security of the proposed scheme is formally proven and reduced to well known (q-strong Diffie-Hellman) complexity assumption; (6) the scheme has been implemented and its performance empirically evaluated. To the best of our knowledge, our privacy-preserving attribute-based e-ticket scheme is the first one providing these five features. Application areas of our scheme include event or transport tickets where users must convince ticket sellers that their attributes (e.g. age, profession, location) satisfy the ticket price policies to buy discounted tickets. More generally, our scheme can be used in any system where access to services is only dependent on a user's attributes (or entitlements) but not their identities.

연구 동기 및 목표

• 사용자의 속성(예: 나이, 학생 신분)이 티켓 구매 과정에서 폭 드러나는 전자 티켓링 시스템의 프라이버시 유출 문제를 해결하기 위해.
• 사용자가 정확한 속성 값이나 신원을 드러내지 않고 할인 티켓의 자격을 입증할 수 있도록 하기 위해.
• 동일 사용자로부터 발행된 두 티켓이 서로 연결될 수 없도록 하여 거래 간 추적을 방지하기 위해.
• 티켓의 양도와 중복 사용을 방지하면서도 위법 사용를 탐지할 수 있도록 하기 위해.
• 잘 알려진 q-strong Diffie-Hellman 복잡도 가정에 기반한 공식적 보안 증명을 수행하고, 성능을 실증적으로 평가하기 위해.

제안 방법

• 사용자가 집합 또는 값의 범위에 속해 있음을 실제 값을 드러내지 않고 입증할 수 있도록, Camenisch 등이 제안한 집합 소속 및 범위 증명 프로토콜을 기반으로 한 속성 기반 증명을 사용한다.
• 중앙 기관(CA)이 사용자에게 서명된 속성을 발급하고, 이를 바탕으로 사용자가 0 지식 증명을 통해 익명적이고 연결 불가능한 티켓을 생성한다.
• 티켓 발행 과정에서는 사용자의 속성이 요구 정책(예: 나이 ∈ [15,25])을 충족함을 입증하는 지식 증명(PoK)을 생성한다. 이 과정에서 실제 나이는 드러나지 않는다.
• 티켓 판매자 또는 검증자가 전사 및 0 지식 증명을 사용하여 속성 준수 여부를 확인하고, 속성 값 자체는 알 수 없도록 한다.
• 범위 증명과 집합 소속 증명을 통합하여 다양한 정책 정의(예: '청년'을 집합 또는 연령 범위로 정의)를 지원하며, Type A 곡선에서 JPBC 라이브러리를 사용해 성능을 측정한다.
• 보안은 q-strong Diffie-Hellman(q-SDH) 가정으로의 감소를 통해 공식적으로 증명되며, 위조 방지, 연결성 불가, 부인 방지 기능을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자 속성에 따라 다른 티켓을 발행하면서도 사용자 익명성과 연결성 불가를 유지할 수 있는가?
• RQ2 사용자가 실제 속성 값이나 신원을 드러내지 않고 할인 티켓 자격을 입증할 수 있는가?
• RQ3 프라이버시 보장 전자 티켓 시스템에서 범위 증명과 집합 소속 증명을 사용할 경우 성능 오버헤드는 어떻게 되는가?
• RQ4 사용자 프라이버시를 유지하면서도 중복 사용을 탐지할 수 있는가?
• RQ5 이 기술의 보안은 q-SDH 가정에 기반한 공식적 감소에 대해 어떻게 유지되는가?

주요 결과

• 이 기술은 연결성 불가를 성공적으로 달성하여, 동일 정책 하에 발행된 두 티켓이 동일 사용자로부터 온 것임을 식별할 수 없도록 한다.
• 양도 불가가 강제로 적용되어, 티켓은 정당한 소지자 외에는 사용할 수 없으며, 재판매나 공유를 방지한다.
• 중복 사용 탐지 기능이 지원되어, 티켓을 재사용하려는 사용자를 식별하고 익명성을 해제할 수 있다.
• 이 기술의 보안은 q-strong Diffie-Hellman 가정에 기반한 공식적 증명을 통해 강력한 암호학적 보장을 제공한다.
• 성능 평가 결과, 집합 소속 증명이 범위 증명보다 훨씬 빠르며, Type A 페어링을 사용한 PC에서 검증 시간은 약 450ms 수준이다.
• 안드로이드 및 PC 플랫폼에서의 구현은 실현 가능성을 보여주었으며, 기본 JPBC 설정을 사용할 경우 전체 티켓링 과정의 총 시스템 실행 시간은 약 11.4초이다.