Жеке сәйкестендіру негізінде шифрлеу: қағидалары мен түрлері
Identity-based encryption
Ідентитіге негізделген шифрлау (IBE) – қауіпсіз байланыс құралы. Пайдаланушының электрондық поштасы сияқты жеке ақпараты кілт ретінде қолданылады. Негізгі кілтті орталық орган береді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жеке сәйкестік негіздегі шифрлау (IBE) – жеке сәйкестік негіздегі криптографияның маңызды құралы. Ол – пайдаланушының жеке басын анықтайтын бірегей ақпарат (мысалы, пайдаланушының электрондық пошта мекенжайы) оның ашық кілті болып табылатын ашық кілт шифрлау түрі. Яғни, жүйеге қатысты ашық параметрлерге қол жеткізе алатын жіберуші, алушының аты-жөнінің немесе электрондық пошта мекенжайының мәтіндік түрін кілт ретінде пайдаланып хабарламаны шифрлай алады. Алушы өзінің шифрлау кілтін сенімді болуы керек орталық органнан алады, себебі ол әрбір пайдаланушы үшін құпия кілттерді жасайды. Жеке сәйкестік негіздегі шифрлауды 1984 жылы Ади Шамир ұсынған. Бірақ ол тек жеке сәйкестік негіздегі қолтаңбалардың мысалын келтіре алды. Жеке сәйкестік негіздегі шифрлау көп жыл бойы шешілмей келген мәселе болып қалды. 2001 жылы Бонэ-Фрэнклин схемасы және Кокстің квадраттық қалдықтарға негізделген шифрлау схемасы IBE мәселесін шешті.
Identity based encryption (IBE), is an important primitive of identity based cryptography. As such it is a type of public key encryption in which the public key of a user is some unique information about the identity of the user (e. g. a user's email address). This means that a sender who has access to the public parameters of the system can encrypt a message using e. g. the text value of the receiver's name or email address as a key. The receiver obtains its decryption key from a central authority, which needs to be trusted as it generates secret keys for every user. Identity based encryption was proposed by Adi Shamir in 1984. He was however only able to give an instantiation of identity based signatures. Identity based encryption remained an open problem for many years. The pairing based Boneh–Franklin scheme and Cocks's encryption scheme based on quadratic residues both solved the IBE problem in 2001.
Шифрлау жүйелері
Қазіргі кезде ең тиімді сәйкестік негізделген шифрлау схемалары эллиптік қисықтардағы билинеарлық жұптастыруларға, мысалы Вейл немесе Тейт жұптастыруларына негізделген. Осы схемалардың біріншісін Дэн Боне және Мэтью К. Франклин (2001) әзірледі, ол Эльгамал тәрізді әдіс қолданып, кездейсоқ шифрлық мәтіндерді ықтималдықпен шифрлейді. Боне-Франклин схемасы қауіпсіздігі дәлелденгенімен, оның қауіпсіздік дәлелі белгілі бір эллиптік қисық топтарындағы мәселелердің қиындығы туралы салыстырмалы түрде жаңа болжамдарға сүйенеді. 2001 жылы Клиффорд Кокс жеке сәйкестік негізделген шифрлауға басқа бір тәсіл ұсынды. Кокс IBE схемасы жақсы зерттелген болжамдарға (квадраттық қалдық болжамы) негізделген, бірақ шифрлық мәтіннің көлемін едәуір арттыра отырып, хабарламаларды бір биттен бастап шифрлейді. Осы себепті ол симметриялық шифрмен қолдануға арналған сессия кілті сияқты ең қысқа хабарламалардан басқа, барлық хабарламаларды жіберу үшін өте тиімсіз және қолдануға қолайсыз. IBE-ге үшінші тәсіл – торларды пайдалану.
The most efficient identity based encryption schemes are currently based on bilinear pairings on elliptic curves, such as the Weil or Tate pairings. The first of these schemes was developed by Dan Boneh and Matthew K. Franklin (2001), and performs probabilistic encryption of arbitrary ciphertexts using an Elgamal like approach. Though the Boneh Franklin scheme is provably secure, the security proof rests on relatively new assumptions about the hardness of problems in certain elliptic curve groups. Another approach to identity based encryption was proposed by Clifford Cocks in 2001. The Cocks IBE scheme is based on well studied assumptions (the quadratic residuosity assumption) but encrypts messages one bit at a time with a high degree of ciphertext expansion. Thus it is highly inefficient and impractical for sending all but the shortest messages, such as a session key for use with a symmetric cipher. A third approach to IBE is through the use of lattices.
Артықшылықтар
Кез келген жеке басының шифрлау схемасының маңызды артықшылықтарының бірі – егер пайдаланушылар саны шектеулі болса, барлық пайдаланушыларға кілттер берілгеннен кейін үшінші тараптың құпиясы жойылса болады. Бұл жүйе кілттер бір рет берілгеннен кейін әрқашан жарамды деп есептейді, сондықтан (негізгі жүйеде кілтті қайтарып алу әдісі болмайды). Бұл жүйенің кілтті қайтарып алу мүмкіндігі бар туындыларының көпшілігі бұл артықшылықты жоғалтады. Сонымен қатар, ашық кілттер идентификаторлардан туындағандықтан, IBE ашық кілттерді тарату инфрақұрылымының қажеттілігін жояды. Ашық кілттердің сенімділігі, егер жеке кілттерді тиісті пайдаланушыға қауіпсіз жеткізілсе (сенімділік, толықтық, құпиялылық) қамтамасыз етіледі. Бұл аспектілерден басқа, IBE идентификаторға қосымша ақпаратты енгізу мүмкіндігінен туындайтын қызықты мүмкіндіктерді ұсынады. Мысалы, жіберуші хабарламаның мерзімін белгілей алады. Ол бұл уақыт белгісін нақты алушының идентификаторына қосады (мысалы, X.509 сияқты екілік форматты пайдаланады). Алушы осы ашық кілт үшін жеке кілтті алу үшін PKG-мен байланысқанда, PKG идентификаторды тексеріп, мерзімі өткен жағдайда кілтті беруден бас тарта алады. Жалпы, идентификаторға деректерді енгізу – жеке кілттің идентификаторға тәуелділігі арқылы сенімділігі кепілдендірілген, жіберуші мен PKG арасындағы қосымша байланыс арнасын ашумен байланысты.
One of the major advantages of any identity based encryption scheme is that if there are only a finite number of users, after all users have been issued with keys the third party's secret can be destroyed. This can take place because this system assumes that, once issued, keys are always valid (as this basic system lacks a method of key revocation). The majority of derivatives of this system which have key revocation lose this advantage. Moreover, as public keys are derived from identifiers, IBE eliminates the need for a public key distribution infrastructure. The authenticity of the public keys is guaranteed implicitly as long as the transport of the private keys to the corresponding user is kept secure (authenticity, integrity, confidentiality). Apart from these aspects, IBE offers interesting features emanating from the possibility to encode additional information into the identifier. For instance, a sender might specify an expiration date for a message. He appends this timestamp to the actual recipient's identity (possibly using some binary format like X.509). When the receiver contacts the PKG to retrieve the private key for this public key, the PKG can evaluate the identifier and decline the extraction if the expiration date has passed. Generally, embedding data in the ID corresponds to opening an additional channel between sender and PKG with authenticity guaranteed through the dependency of the private key on the identifier.
Кемшіліктері
Егер жеке кілт генераторы (PKG) бұзылса, сол сервер қолданған ашық-жеке кілт жұбының өмірлік циклы бойында қорғалған барлық хабарламалар да бұзылады. Бұл PKG-ді қарсыластар үшін жоғары құнды нысанаға айналдырады. Бұзылған серверге байланысты тәуекелді азайту үшін, негізгі жеке-ашық кілт жұбын жаңа, тәуелсіз кілт жұбымен жаңартуға болады. Дегенмен, бұл барлық пайдаланушылардың сервердің ең соңғы ашық кілтіне ие болуын қажет ететін кілтті басқару мәселесін тудырады. Жеке кілт генераторы (PKG) пайдаланушылар үшін жеке кілттерді жасайтындықтан, ол рұқсатсыз кез келген хабарламаны шифрлауға және/немесе қол қоюға мүмкіндік алады. Бұл IBS жүйелерін жауапкершіліктен қашып құтылуға болмайтын жағдайларда пайдалануға мүмкін емес екенін білдіреді. Өз PKG-ін иеленетін және жүйелік әкімшілеріне сенетін, сондай-ақ жауапкершіліктен қашып құтылу қажеттілігі жоқ ұйымдар үшін бұл мәселе болмауы мүмкін. Қазіргі PKI жүйесінде жасырын кілтті сақтау мәселесі туындамайды, себебі жеке кілттер әдетте пайдаланушының компьютерінде жасалады. Контекстке байланысты кілтті сақтау оң жақ белгі ретінде қарастырылуы мүмкін (мысалы, кәсіпорындар ішінде). Эскроуды жоятын бірнеше нұсқалы жүйелер ұсынылды, олар сертификатқа негізделген шифрлау, құпияны бөлісу, кілтті қауіпсіз беру криптографиясы және сертификатсыз криптографияны қамтиды. Жүйеге қосылған кезде жеке кілтті беру үшін пайдаланушы мен жеке кілт генераторы (PKG) арасындағы қауіпсіз канал қажет. Үлкен масштабты жүйе үшін SSL сияқты қосылым әдеттегі шешім болып табылады. PKG-де тіркелген пайдаланушылар өздерін сәйкестендіре алатынын ескеру маңызды. Принцип бойынша, бұл пайдаланушы аты, пароль немесе смарт-карталарда басқарылатын ашық кілттер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. IBE шешімдері кодты бұзуға қабілетті кванттық компьютерлерге қарсы қауіпсіз емес криптографиялық техникаларға сүйене алады (Шор алгоритміне қараңыз).
If a Private Key Generator (PKG) is compromised, all messages protected over the entire lifetime of the public–private key pair used by that server are also compromised. This makes the PKG a high value target to adversaries. To limit the exposure due to a compromised server, the master private public key pair could be updated with a new independent key pair. However, this introduces a key management problem where all users must have the most recent public key for the server. Because the Private Key Generator (PKG) generates private keys for users, it may decrypt and/or sign any message without authorization. This implies that IBS systems cannot be used for non repudiation. This may not be an issue for organizations that host their own PKG and are willing to trust their system administrators and do not require non repudiation. The issue of implicit key escrow does not exist with the current PKI system, wherein private keys are usually generated on the user's computer. Depending on the context key escrow can be seen as a positive feature (e. g., within Enterprises). A number of variant systems have been proposed which remove the escrow including certificate based encryption, secret sharing, secure key issuing cryptography and certificateless cryptography. A secure channel between a user and the Private Key Generator (PKG) is required for transmitting the private key on joining the system. Here, a SSL like connection is a common solution for a large scale system. It is important to observe that users that hold accounts with the PKG must be able to authenticate themselves. In principle, this may be achieved through username, password or through public key pairs managed on smart cards. IBE solutions may rely on cryptographic techniques that are insecure against code breaking quantum computer attacks (see Shor's algorithm).