基于属性加密的ABE算法的应用场景思考展望

ABE算法先前使用在云计算场景中，和区块链存在交叉应用场景，具体问题体现在

云计算越来越普及，人们可以把照片、文档上传到云上，但由于个人数据是敏感的，因此在云上的数据会有安全问题，以此阻碍了云计算的发展。例如，云计算提供商CSP出于商业目的会监视用户数据。另外，人们若想共享加密数据。则必须向其他用户发送密码，这是非常麻烦的。即使将用户分组来简化权限管理，任然涉及到细粒度访问控制。因此密码管理是一个大问题。

这篇论文的主要贡献如下，（1）本文设计了一种基于基于属性的加密（ABE）方法的LDSS-CP-ABE算法，以提供对密钥解密的高效访问控制。（其特点是将访问控制策略嵌入到密文中，也就是说访问控制策略树会被嵌入到秘钥的密文中;）（2）由于移动端的计算资源有限，文中提到使用代理服务器进行加密和解密操作，极大地减少了计算开销。（3）引入属性的延迟重加密和描述字段，以减少处理用户撤销问题时的撤销开销。

设计基于属性的访问控制方案，通过属性描述用户的身份，允许加密数据的主体指定其解密客体，具有较高的效率和更好的安全性。系统采用当今热门的Hadoop开源架构，实现了云环境下的存储、上传、下载等功能，该架构环境更利于进行部署与系统的实现。
系统结合HDFS（Hadoop Distributed File System）技术部署于Hadoop云平台上，设计与实现了密文分享系统，主要包括密钥发布中心、用户端和Hadoop云端服务器三大功能模块。
密钥发布中心负责为用户产生上传和下载文件所需的密钥，并且为了保证私钥的机密性，引入USB-KEY安全物理存储介质；
用户端主要完成加密上传文件和解密下载文件（与先前的直接上传文件相比，需要将文件先进行加密再进行上传操作，文件以密文的形式存储在网络里面，因此没有秘钥的用户是无法看到文件里面的内容），同时具备了更新系统参数、制定访问规则以及用户申请私钥等功能；
Hadoop云端服务器提供了文件存储和文件树访问等功能。
系统采用CPABE加密方案的机制，系统还具备了防窃取、抗共谋攻击和抗木马攻击等安全性，且该系统还具有灵活性强、效率高和细粒度的访问控制的特点。

2.系统设计

系统整体框架

系统设计由6部分组成，（1）数据所有者（DO）：DO将数据上传到移动云并与朋友共享。 DO确定访问控制策略。（2）数据用户（DU）：DU从移动云中检索数据。（3）信任机构（TA）：TA负责生成和分发属性密钥。（4）加密服务提供商（ESP）：ESP为DO提供数据加密操作。（5）解密服务提供商（DSP）：DSP为DU提供数据解密操作。（6）云服务提供商（CSP）：CSP存储DO的数据。它忠实地执行DO请求的操作，同时可以查看DO存储在云中的数据。
论文对场景的假设是CSP、DSP、ESP三个服务器均为半可信的，也就是说他们不会恶意破坏用户数据，但是他们可能会偷看用户数据。TA表示安全可信服务器。

流程

DO将数据发送到云。由于云不可信，因此必须在上传数据之前对数据进行加密。 DO以数据文件的访问控制树的形式定义访问控制策略，以指定DU在访问某个数据文件时应获取的属性。在LDSS中，数据文件使用对称加密机制加密，数据加密的对称密钥也使用基于属性的加密（ABE）加密。访问控制策略嵌入在对称密钥的密文中。只有获得满足访问控制策略的属性密钥的DU才能解密密文并检索对称密钥。由于加密和解密都是计算密集型的，因此对移动用户来说是一个沉重的负担。为了减轻客户端移动设备上的开销，使用加密服务提供商（ESP）和解密服务提供商（DSP）。加密服务提供商和解密服务提供商都是半信任的。论文修改了传统的CP-ABE算法并设计LDSS-CP-ABE算法，以确保在将计算任务外包给ESP和DSP时的数据隐私。

现实使用的进一步优化

第一种是利用离线计算的方式，如果有一个移动设备上部署了ABE系统，那么在这个移动设备充电或者待机的时候（即离线时），系统在知道要加密的消息之前就自动完成Setup，生成密钥，加密这几个步骤，生成中间密文，当真正知道加密消息需要加密的时候，通过少量计算将中间密文转换成密文即可，这样在用户使用的感受上来看，ABE系统的加密效率是可以接受的。但是从总的计算开销上来看，该方案的计算开销有所增加，主要是增加了一个转换开销，以及在解密时至少多增加一个配对操作以及其他的求幂等。
第二种是利用外包的方式将计算开销大的算法外包给代理，其中涉及到两个代理，允许加密者将加密策略的创建外包给代理（代理A），并根据给定的策略为用户加密消息，同时代理满足以下两个要求：（a）无法知道加密的消息（b）强制执行根据策略指定的属性来加密消息。通过允许代理根据用户的转换密钥属性验证策略，从而允许用户将策略验证外包给另一个半信任代理（代理 B），从而减少了解密工作负载。
第三种是离线计算和外包融合的方案
第一个方案主要减少开销的是在生成密钥以及加密时，第二个方案中主要减少的是加密以及解密的开销。

参考链接