[논문 리뷰] Privacy Preserving Enforcement of Sensitive Policies in Outsourced and Distributed Environments

Muhammad Rizwan Asghar|arXiv (Cornell University)|2013. 12. 22.

Cryptography and Data Security참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 학위논문은 외주 및 분산 환경에서 개인정보 보호 기반 액세스 제어 메커니즘을 제안하여, 신뢰할 수 없는 서비스 제공자나 브로커에게 정책 내용을 폭 lộ하지 않고 민감한 정책을 안전하게 시행할 수 있도록 한다. 클라우드 환경에서 암호화된 RBAC를 위한 ESPOON과 기회적 네트워크를 위한 안전한 정책 매칭 프로토콜을 도입하여, 정책 기밀성과 확장 가능한 키 관리가 가능하면서도 이동 단말기에서 성능을 유지한다.

ABSTRACT

The enforcement of sensitive policies in untrusted environments is still an open challenge for policy-based systems. On the one hand, taking any appropriate security decision requires access to these policies. On the other hand, if such access is allowed in an untrusted environment then confidential information might be leaked by the policies. The key challenge is how to enforce sensitive policies and protect content in untrusted environments. In the context of untrusted environments, we mainly distinguish between outsourced and distributed environments. The most attractive paradigms concerning outsourced and distributed environments are cloud computing and opportunistic networks, respectively. In this dissertation, we present the design, technical and implementation details of our proposed policy-based access control mechanisms for untrusted environments. First of all, we provide full confidentiality of access policies in outsourced environments, where service providers do not learn private information about policies. We support expressive policies and take into account contextual information. The system entities do not share any encryption keys. For complex user management, we offer the full-fledged Role-Based Access Control (RBAC) policies. In opportunistic networks, we protect content by specifying expressive policies. In our proposed approach, brokers match subscriptions against policies associated with content without compromising privacy of subscribers. As a result, unauthorised brokers neither gain access to content nor learn policies and authorised nodes gain access only if they satisfy policies specified by publishers. Our proposed system provides scalable key management in which loosely-coupled publishers and subscribers communicate without any prior contact. Finally, we have developed a prototype of the system that runs on real smartphones and analysed its performance.

연구 동기 및 목표

• 신뢰할 수 없는 외주 및 분산 환경에서 정책 정보를 泄露하지 않고 민감한 액세스 제어 정책을 시행하는 데 도전하는 문제를 해결하기 위해.
• 서비스 제공자가 신뢰할 수 없는 경우에도 클라우드 기반 시스템에서 정책 배포 및 평가 중 정책 기밀성을 보장하기 위해.
• 사전 접촉 없이 발행자와 수신자가 통신하는 기회적 네트워크에서 안전하고 확장 가능하며 효율적인 정책 시행을 가능하게 하기 위해.
• 역할 계층, 동적 제약 조건, 암호화된 CP-ABE 정책을 포함한 표현력 있는 액세스 제어 모델을 유지하면서도 기밀성을 보장하기 위해.
• 스마트폰에서 실행 가능한 실용적인 프로토타입을 개발하고 실제 환경 조건에서 성능을 평가하기 위해.

제안 방법

• 특성 기반 암호화와 암호화된 리프를 가진 정책 트리를 사용하여, 외주 환경에서 암호화된 역할 기반 액세스 제어(RBAC)를 위한 새로운 아키텍처인 ESPOON을 설계한다.
• 키 재암호화 또는 조율이 필요 없이 사용자 제거를 처리할 수 있는 키 관리 체계를 적용하여, 제거 후에도 시스템 운영을 유지한다.
• 브로커가 정책 내용을 알 수 없도록 하는 기밀성 보장된 브로커 기반 정책 매칭 프로토콜을 도입하여 기회적 네트워크에서 정책을 매칭한다.
• 세밀한 액세스 정책을 표현하기 위해 CP-ABE(Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption)를 사용하고, 발행자와 수신자 간 사전 접촉 없이도 안전하고 확장 가능한 키 배포를 가능하게 한다.
• 역할 계층, 동적 제약 조건, 정책 표현력을 유지하면서도 정책 구조를 보호하는 분산형, 느슨하게 결합된 시스템 아키텍처를 구현한다.
• 쌍대성(pairings)과 대칭 암호화를 포함한 암호 primitive를 사용하여 기밀성을 확보하고, PIDGIN 프로토타입을 활용해 실제 스마트폰에서 성능을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰할 수 없는 클라우드 환경에서 서비스 제공자가 정책 논리를 알 수 없도록 하면서 민감한 액세스 제어 정책을 어떻게 시행할 수 있는가?
• RQ2 외주 시스템에서 키 재암호화나 조율 없이도 개인정보 보호 기반으로 사용자 제거를 어떻게 처리할 수 있는가?
• RQ3 기회적 네트워크에서 브로커가 정책 내용이나 수신자의 구독 정보를 폭로하지 않고 정책 매칭을 어떻게 수행할 수 있는가?
• RQ4 역할 계층과 동적 제약 조건을 포함한 표현력 있는 액세스 제어 정책을 암호화된 형태로 안전하게 시행하기 위해 어떻게 해야 하는가?
• RQ5 자원이 제한된 기기, 예를 들어 스마트폰에서 시스템이 확장성과 성능을 어떻게 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 ESPOON 아키텍처는 외주 환경에서 정책의 완전한 기밀성을 보장하여, 서비스 제공자가 정책 구조나 내용을 배우지 못하도록 한다.
• 키 재암호화나 조율 없이도 동적 사용자 제거를 처리할 수 있어, 사용자 제거 후에도 시스템 가용성과 보안성을 유지한다.
• 스마트폰에서의 프로토타입 구현은 실제 배포에 대해 실현 가능성을 보여주며, 암호 연산이 주요 성능 저하 원인이 된다.
• 기회적 네트워크에서의 안전한 정책 매칭 프로토콜은 브로커가 정책 내용이나 수신자 선호도에 대해 어떤 정보도 알 수 없도록 한다.
• CP-ABE의 사용은 분산형, 느슨하게 결합된 네트워크에서 세밀하고 표현력 있는 액세스 제어와 함께 안전하고 확장 가능한 키 관리가 가능하게 한다.
• 성능 평가 결과, 쌍대성 연산이 주요 성능 저하 원인임을 확인하여 최적화된 쌍대성 구현이 시스템 효율성을 크게 향상시킬 수 있음을 시사한다.