[论文解读] Privacy Preserving Enforcement of Sensitive Policies in Outsourced and Distributed Environments

Muhammad Rizwan Asghar|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2013

Cryptography and Data Security参考文献 4被引用 5

一句话总结

本论文提出了一种针对外包和分布式环境的隐私保护访问控制机制，可在不向不可信的服务提供商或中介泄露策略内容的情况下，安全地强制执行敏感策略。该研究提出了ESPOON，用于在云环境中实现加密的基于角色的访问控制（RBAC），并设计了一种用于机会网络的安全策略匹配协议，实现了端到端的策略机密性与可扩展的密钥管理，同时在移动设备上保持了良好的性能表现。

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.

研究动机与目标

• 解决在不可信、外包化和分布式环境中强制执行敏感访问控制策略时，策略信息泄露的问题。
• 确保在云系统中部署和评估访问策略时，即使服务提供商不可信，策略内容仍保持机密性。
• 在发布者与订阅者之间无事先接触的机会网络中，实现安全、可扩展且高效的策略强制执行。
• 支持表达性强的访问控制模型，包括角色层次结构、动态约束以及加密的CP-ABE策略，同时保护策略隐私。
• 开发一个可在智能手机上运行的实际原型，并在真实世界条件下评估其性能表现。

提出的方法

• 设计了一种新颖的架构ESPOON，用于在基于外包的环境中实现加密的基于角色的访问控制（RBAC），采用属性加密和带有加密叶节点的策略树。
• 采用一种密钥管理方案，可在无需密钥重新加密或协调的情况下实现用户撤销，确保撤销后系统仍能正常运行。
• 在机会网络中引入一种基于安全中介的策略匹配协议，中介可在不了解策略内容的情况下，将订阅与加密策略进行匹配。
• 使用CP-ABE（密文策略属性加密）来表达细粒度的访问策略，并在发布者与订阅者之间无事先接触的情况下，实现安全且可扩展的密钥分发。
• 实现一种分布式、松耦合的系统架构，支持角色层次结构、动态约束和策略表达性，同时保护策略结构的隐私。
• 采用双线性对和对称加密等密码学原原子，确保策略内容的机密性，并通过PIDGIN原型在真实智能手机上评估系统性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不可信的云环境中强制执行敏感的访问控制策略，而不会向服务提供商暴露策略逻辑？
• RQ2 如何在无需密钥重新加密或协调的情况下，以隐私保护的方式处理用户撤销？
• RQ3 如何在机会网络中实现策略匹配，而不会向中介泄露订阅信息或策略内容？
• RQ4 如何在加密形式下安全地强制执行表达性强的访问控制策略，包括角色层次结构和动态约束？
• RQ5 如何使系统在资源受限的设备（如智能手机）上实现可扩展性和高性能？

主要发现

• 所提出的ESPOON架构在外包环境中实现了访问策略的完全机密性，确保服务提供商在部署和评估过程中无法获知策略结构或内容。
• 系统支持动态用户撤销，无需密钥重新加密或协调，撤销后系统仍能保持可用性和安全性。
• 在智能手机上的原型实现表明，该系统具备真实部署的可行性，其中密码学操作是主要的性能瓶颈。
• 机会网络中的安全策略匹配协议使中介能够将订阅与加密策略匹配，而无需了解任何关于策略或订阅者偏好的信息。
• CP-ABE的使用实现了细粒度、表达性强的访问控制，并在去中心化、松耦合的网络中实现了安全且可扩展的密钥管理。
• 性能评估表明，双线性对操作是主要的性能瓶颈，提示优化的双线性对实现可显著提升系统效率。