[论文解读] Constant Ciphertext Length in CP-ABE

Nishant Doshi, Devesh C. Jinwala|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2012

Cryptography and Data Security被引用 5

一句话总结

本文提出了一种固定长度密文的CP-ABE方案，其中密文大小与访问策略中属性数量无关，通过基于门限的访问结构实现，安全性基于判定性双线性Diffie-Hellman（DBDH）问题。该方案保持了高效的解密性能，并通过基于配对的密码学技术实现固定大小的输出，避免了密文大小的线性增长。

ABSTRACT

Ciphertext policy attribute based encryption (CP-ABE) is a technique in which user with secret key containing attributes, only able to decrypt the message if the attributes in the policy match with the attributes in secret key. The existing methods that use reasonably computable decryption policies produce the ciphertext of size at least linearly varying with the number of attributes with additional pairing operations during encryption and decryption. In this paper, we propose a scheme in which ciphertext remains constant in length, irrespective of the number of attributes. Our scheme works for a threshold case: the number of attributes in a policy must be a subset of attributes in a secret key. The security of propose scheme is based on Decisional Bilinear Diffie-Hellman (DBDH) problem.

研究动机与目标

• 解决现有CP-ABE方案中密文随属性数量线性增长导致的效率低下问题。
• 设计一种CP-ABE系统，使得密文大小在策略复杂度变化时保持恒定。
• 在判定性双线性Diffie-Hellman（DBDH）问题下保证安全性。
• 仅支持基于门限的访问策略，即用户密钥必须包含策略中足够数量的属性。
• 通过消除与属性数量成线性关系的配对运算，降低加密和解密过程中的计算开销。

提出的方法

• 该方案采用门限访问结构，即用户若其密钥中包含策略中至少t个属性，则可成功解密。
• 密文通过固定数量的配对元素构建，与策略中属性总数无关。
• 加密过程为策略中的每个属性生成一个密文组件，但通过压缩或聚合技术使最终密文大小保持恒定。
• 安全性在双线性群设置下基于判定性双线性Diffie-Hellman（DBDH）假设得到证明。
• 该方案采用主密钥和系统参数，支持密钥生成与固定大小输出的加密。
• 解密过程高效，无论策略规模如何，仅涉及固定数量的配对计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种CP-ABE方案，使其密文大小不随访问策略中属性数量的增长而增长？
• RQ2 在保持标准假设安全性的同时，是否能够实现固定长度的密文？
• RQ3 该方案在访问策略表达能力方面存在哪些局限性？
• RQ4 随着策略复杂度的增加，加密和解密的性能如何扩展？
• RQ5 在固定密文长度的约束下，该方案能否支持高效的密钥管理与撤销机制？

主要发现

• 所提出的CP-ABE方案实现了与访问策略中属性数量无关的固定密文长度。
• 该方案仅支持基于门限的访问策略，即所需属性数量为固定值，并与用户密钥中的属性进行匹配。
• 安全性在标准密码学模型下可证明基于判定性双线性Diffie-Hellman（DBDH）问题。
• 加密与解密操作保持高效，随着属性数量增加，配对运算数量不呈线性增长。
• 该方案消除了每增加一个属性就需要额外执行一次配对运算的需求，从而在策略复杂度变化时仍能保持固定大小的密文。
• 该构造表明，在特定访问结构约束下，CP-ABE中实现固定大小密文是可行的。