Kimlik tabanlı şifreleme - Identity-based encryption

Kimlik tabanlı şifreleme veya kimlik tabanlı şifreleme ( IBE ), kimlik tabanlı şifrelemenin önemli bir ilkesidir . Bu haliyle bir türüdür açık anahtarlı şifreleme hangi ortak anahtar bir kullanıcının kullanıcı kimliği hakkında bazı benzersiz bilgiler (örneğin bir kullanıcının e-posta adresi). Bu, sistemin genel parametrelerine erişimi olan bir göndericinin, örneğin alıcının adının metin değerini veya e-posta adresini bir anahtar olarak kullanarak bir mesajı şifreleyebileceği anlamına gelir. Alıcı, şifre çözme anahtarını, her kullanıcı için gizli anahtarlar ürettiği için güvenilmesi gereken merkezi bir otoriteden alır.

Kimliğe dayalı şifreleme 1984 yılında Adi Shamir tarafından önerildi . Ancak, o yalnızca kimlik tabanlı imzaların bir örneğini verebildi . Kimlik tabanlı şifreleme, yıllarca açık bir sorun olarak kaldı.

Eşleştirme tabanlı Boneh-Franklin düzeni ve musluklar şifreleme şeması dayalı kuadratik artıkları hem 2001 yılında IBE sorunu çözdü.

Kullanım

Kimlik tabanlı sistemler, herhangi bir tarafın ASCII dizesi gibi bilinen bir kimlik değerinden bir genel anahtar oluşturmasına izin verir. Özel Anahtar Oluşturucu (PKG) adı verilen güvenilir bir üçüncü taraf, ilgili özel anahtarları oluşturur. PKG, çalışmak için önce bir ana genel anahtar yayınlar ve karşılık gelen ana özel anahtarı ( ana anahtar olarak adlandırılır ) tutar. Ana genel anahtar verildiğinde, herhangi bir taraf, ana genel anahtarı kimlik değeri ile birleştirerek kimliğe karşılık gelen bir genel anahtarı hesaplayabilir. Karşılık gelen bir özel anahtar elde etmek için, taraf kimlik kullanmaya yetkili İD temas kimlik özel anahtar oluşturmak için ana özel anahtarı kullanır PKG, ID .

Sonuç olarak taraflar, bireysel katılımcılar arasında önceden anahtar dağıtımı olmaksızın mesajları şifreleyebilir (veya imzaları doğrulayabilir). Bu, kimliği doğrulanmış anahtarların önceden dağıtımının teknik kısıtlamalar nedeniyle uygun olmadığı veya olanaksız olduğu durumlarda son derece yararlıdır. Ancak, mesajların şifresini çözmek veya imzalamak için yetkili kullanıcının PKG'den uygun özel anahtarı alması gerekir. Bu yaklaşımın bir uyarısı, herhangi bir kullanıcının özel anahtarını oluşturabildiğinden ve bu nedenle yetkisiz olarak mesajların şifresini çözebildiğinden (veya imzalayabildiğinden) PKG'nin oldukça güvenilir olması gerektiğidir. Herhangi bir kullanıcının özel anahtarı, üçüncü tarafın sırrı kullanılarak üretilebildiğinden, bu sistemin kendine ait anahtar emaneti vardır . Sertifikaya dayalı şifreleme , güvenli anahtar veren kriptografi ve sertifikasız kriptografi de dahil olmak üzere emaneti kaldıran bir dizi değişken sistem önerilmiştir .

İlgili adımlar bu şemada gösterilmektedir:

Kimlik Tabanlı Şifreleme: Çevrimdışı ve Çevrimiçi Adımlar

Protokol çerçevesi

Dan Boneh ve Matthew K. Franklin , tam bir IBE sistemi oluşturan bir dizi dört algoritma tanımladı:

Kurulum : Bu algoritma, tüm IBE ortamını oluşturmak için PKG tarafından bir kez çalıştırılır. Ana anahtar gizli tutulur ve sistem parametreleri herkese açık hale getirilirken kullanıcıların özel anahtarlarını türetmek için kullanılır. Bir güvenlik parametresini (yani anahtar materyalin ikili uzunluğu) kabul eder ve çıktılar: ${\ displaystyle \ textstyle k}$

Bir dizi dahil sistem parametrelerinin mesajı alan ve şifreli alanı ve , ${\ displaystyle \ textstyle {\ mathcal {P}}}$ ${\ displaystyle \ textstyle {\ mathcal {M}}}$ ${\ displaystyle \ textstyle {\ mathcal {C}}}$
bir ana anahtar . ${\ displaystyle \ textstyle K_ {m}}$

Çıkar : Bu algoritma, bir kullanıcı kendi özel anahtarını istediğinde PKG tarafından çalıştırılır. Not doğrulanması o özgünlük istek ve güvenli taşıma IBE protokolleri başa kalkma hangi problemlerdir. Bu girdi olarak alır , ve bir tanımlayıcı ve iadeler özel anahtar kullanıcı için . ${\ displaystyle \ textstyle d}$ ${\ displaystyle \ textstyle {\ mathcal {P}}}$ ${\ displaystyle \ textstyle K_ {m}}$ ${\ displaystyle \ textstyle kimliği \ solda \ {0,1 \ sağ \} ^ {*}}$ ${\ displaystyle \ textstyle d}$ ${\ displaystyle \ textstyle kimliği}$
Şifrele : Bir mesaj alır ve şifrelemeyi çıkarır . ${\ displaystyle \ textstyle {\ mathcal {P}}}$ ${\ mathcal {M}}} içinde {\ displaystyle \ textstyle m \$ ${\ displaystyle \ textstyle kimliği \ solda \ {0,1 \ sağ \} ^ {*}}$ ${\ mathcal {C}}} içinde {\ displaystyle \ textstyle c \$
Azalmak : Kabul , ve ve iadeler . ${\ displaystyle \ textstyle d}$ ${\ displaystyle \ textstyle {\ mathcal {P}}}$ ${\ mathcal {C}}} içinde {\ displaystyle \ textstyle c \$ ${\ mathcal {M}}} içinde {\ displaystyle \ textstyle m \$

Doğruluk kısıtlaması

Tüm sistemin çalışması için şunu varsaymak gerekir:

{\ displaystyle \ forall m \ {\ mathcal {M}} içinde, ID \ sol \ {0,1 \ sağ \} ^ {*}: \ mathrm {Şifre Çözme} \ sol (\ mathrm {Çıkarma} \ sol ({\ mathcal {P}}, K_ {m}, Kimlik \ sağ), {\ mathcal {P}}, \ mathrm {Şifrele} \ left ({\ mathcal {P}}, m, Kimlik \ sağ) \ sağ) = m}

Şifreleme şemaları

En verimli kimlik bazlı şifreleme şemaları, şu anda dayanmaktadır iki-doğrusal eşleşmeleri ile eliptik eğri gibi, Weil ve Tate eşleşmeleri. Bu şemalardan ilki, Dan Boneh ve Matthew K. Franklin (2001) tarafından geliştirilmiştir ve Elgamal benzeri bir yaklaşım kullanarak rastgele şifreli metinlerin olasılıksal şifrelemesini gerçekleştirir . Gerçi Boneh-Franklin şeması olan kanıtlanabilir güvenli , belli eliptik eğri gruplarında sorunların sertliği konusunda nispeten yeni varsayımlara güvenlik geçirmez dayanakları.

Kimliğe dayalı şifrelemeye bir başka yaklaşım 2001 yılında Clifford Cocks tarafından önerilmiştir . Cocks IBE şeması , iyi çalışılmış varsayımlara ( ikinci dereceden kalıntı varsayımı ) dayanmaktadır, ancak mesajları yüksek derecede şifreli metin genişlemesiyle her seferinde bir bit olarak şifreler . Bu nedenle, simetrik bir şifre ile kullanım için bir oturum anahtarı gibi en kısa mesajlar dışında tümünü göndermek oldukça verimsiz ve pratik değildir .

IBE'ye üçüncü bir yaklaşım, kafeslerin kullanılmasıdır.

Kimlik tabanlı şifreleme algoritmaları

Aşağıda pratik kimlik tabanlı şifreleme algoritmaları listelenmektedir.

Boneh – Franklin (BF-IBE).
Sakai – Kasahara (SK-IBE).
Boneh – Boyen (BB-IBE).

Tüm bu algoritmaların güvenlik kanıtları vardır .

Avantajlar

Herhangi bir kimlik tabanlı şifreleme şemasının en büyük avantajlarından biri, yalnızca sınırlı sayıda kullanıcı varsa, tüm kullanıcılara anahtarlar verildikten sonra üçüncü tarafın sırrının yok edilebilmesidir. Bu, bu sistem, bir kez verildikten sonra anahtarların her zaman geçerli olduğunu varsaydığı için gerçekleşebilir (çünkü bu temel sistem bir anahtar iptal etme yönteminden yoksundur ). Bu sistemin anahtar iptaline sahip türevlerinin çoğu bu avantajı kaybeder.

Ayrıca, genel anahtarlar tanımlayıcılardan türetildiği için IBE, bir genel anahtar dağıtım altyapısı ihtiyacını ortadan kaldırır. Açık anahtarların gerçekliği , özel anahtarların karşılık gelen kullanıcıya taşınması güvenli tutulduğu sürece ( özgünlük , bütünlük , gizlilik ) dolaylı olarak garanti edilir .

Bu yönlerin dışında IBE, ek bilgileri tanımlayıcıya kodlama olasılığından kaynaklanan ilginç özellikler sunar. Örneğin, bir gönderen, bir mesaj için bir son kullanma tarihi belirtebilir. Bu zaman damgasını gerçek alıcının kimliğine ekler (muhtemelen X.509 gibi bazı ikili biçim kullanarak). Alıcı, bu açık anahtarın özel anahtarını almak için PKG ile iletişim kurduğunda, PKG, tanımlayıcıyı değerlendirebilir ve son kullanma tarihi geçmişse çıkarma işlemini reddedebilir. Genel olarak kimliğe veri gömmek, gönderici ile PKG arasında, özel anahtarın tanımlayıcıya bağımlılığı ile garanti altına alınmış bir ek kanal açılmasına karşılık gelir.

Dezavantajlar

Bir Özel Anahtar Oluşturucu'nun (PKG) güvenliği ihlal edilirse, o sunucu tarafından kullanılan genel-özel anahtar çiftinin tüm ömrü boyunca korunan tüm mesajlar da tehlikeye atılır. Bu, PKG'yi düşmanlar için yüksek değerli bir hedef haline getirir. Güvenliği ihlal edilmiş bir sunucu nedeniyle açığa çıkmayı sınırlamak için, ana özel-genel anahtar çifti yeni bir bağımsız anahtar çifti ile güncellenebilir. Ancak bu, tüm kullanıcıların sunucu için en son ortak anahtara sahip olması gereken bir anahtar yönetimi sorununu ortaya çıkarır.
Özel Anahtar Oluşturucu (PKG) kullanıcılar için özel anahtarlar ürettiğinden, yetkisiz herhangi bir mesajın şifresini çözebilir ve / veya imzalayabilir. Bu, IBS sistemlerinin inkar etmeme için kullanılamayacağı anlamına gelir . Bu, kendi PKG'lerini barındıran ve sistem yöneticilerine güvenmeye istekli olan ve inkar edilmemeyi gerektirmeyen kuruluşlar için bir sorun olmayabilir.
Gizli anahtar emaneti sorunu mevcut PKI sisteminde mevcut değildir , burada özel anahtarlar genellikle kullanıcının bilgisayarında üretilir. Bağlama bağlı olarak, anahtar emaneti olumlu bir özellik olarak görülebilir (örneğin, İşletmeler içinde). Sertifikaya dayalı şifreleme , gizli paylaşım , güvenli anahtar veren kriptografi ve sertifikasız kriptografi dahil olmak üzere emaneti kaldıran bir dizi değişken sistem önerilmiştir .
Sisteme katılırken özel anahtarı iletmek için bir kullanıcı ile Özel Anahtar Oluşturucu (PKG) arasında güvenli bir kanal gereklidir. Burada, SSL benzeri bir bağlantı, büyük ölçekli bir sistem için yaygın bir çözümdür. PKG ile hesapları olan kullanıcıların kendi kimliklerini doğrulayabilmeleri gerektiğini gözlemlemek önemlidir. Prensip olarak bu, kullanıcı adı, parola veya akıllı kartlarda yönetilen genel anahtar çiftleri aracılığıyla gerçekleştirilebilir.
IBE çözümleri, kod kırma kuantum bilgisayar saldırılarına karşı güvensiz olan kriptografik tekniklere dayanabilir ( Shor'un algoritmasına bakın )

Languages

In other projects

Kimlik tabanlı şifreleme - Identity-based encryption

İçindekiler