abe_gpsw —

本crate提供了一种基于Vipul Goyal、Omkant Pandey、Amit Sahai和Brent Waters所著的《基于属性的加密：加密数据的细粒度访问控制》的密钥策略属性加密实现。

实现使用BLS12-381椭圆曲线进行配对。

• 快速开始
• 构建和测试
• 本仓库加密学简介
• 基于属性的加密（ABE）
  • 密文策略
  • 密钥策略
  • 策略
• BLS12-381：配对友好椭圆曲线

快速开始

请参阅示例代码，其中包含API的完整使用示例，并附有详细注释。

使用以下命令作为测试运行它

cargo test core::demo::abe -- --nocapture`

构建和测试

crate分为2个主要模块

• core：包含GPSW的加密代码。主要入口点是engine，其使用在示例代码中有演示。
• interfaces：包含对Cosmian有用的接口，以及用于与其他语言集成的Foreign Function Interface (FFI)。特别是，该模块中的代码演示了涉及ABE和AES的混合加密的使用，并将其作为FFI公开。

仅构建核心，请运行

cargo build --release

要构建不带FFI的Cosmian接口，请传递interfaces功能标志，即

cargo build --release --features interfaces

要构建包括FFI在内的所有内容，请传递ffi功能标志，或使用--all-features，即：

cargo build --release --all-features

后者将构建一个共享库，可以使用（Linux）来验证FFI符号是否存在：

objdump -T  target/release/libabe_gpsw.so

代码包含许多测试，您可以使用以下方法运行它们：

cargo test --release --all-features

为不同的glibc构建库

前往构建目录，查看如何为GLIBC 2.17构建的示例

基准测试

基准测试使用Criterion库。

运行所有基准测试

cargo bench --all-features

注意：不幸的是，我们无法自动让Criterion在激活ffi功能的情况下运行基准测试，我们需要指定它。

仅运行非FFI基准测试

cargo bench --features interfaces

火焰图

要在Criterion的基准测试上生成火焰图

cargo flamegraph --bench benches --features ffi -- --bench

本仓库加密学简介

在标准公钥加密方案中，每个用户都有自己的公钥和私钥，因此如果有人想加密一个打算给多个接收者的消息（例如，根据他们在公司中的职位），则需要为每个接收者的每个公钥计算密文，这会带来巨大的时间和空间损失。

尽管公钥加密在许多应用中都得到广泛应用，并且有很大的兴趣，但在这种“一对一多”场景中仍然存在限制。

有人可能会认为，在所有合法接收者之间共享一个共同密钥的简单解决方案是足够的。然而，情况并非如此，主要是因为“一对一多”通信中的安全概念需要扩展以满足实际需求。因此，如果所有接收者之间共享一个共同密钥，那么其中任何一个接收者都可以将其交给对手。因此，一方面，整个系统的机密性被完全破坏，另一方面，我们不知道秘密泄露的源头是谁，我们无法检测和排除这个源头。

最近开发了一些新的方案来解决这种特定设置，其中加密数据是为多个用户设计的。

基于属性的加密（ABE）

基于属性的加密（ABE）是一种较新的方法，旨在解决访问控制和“一对一多”通信和存储的问题。ABE将身份定义为属性集合，例如角色。这样，现在可以针对属性子集或定义在属性集上的策略（密钥策略或密文策略）加密消息。

第一个ABE方案在模糊身份加密中被正式化。其主要特点是只有持有“匹配属性”密钥的用户才能解密密文，用户密钥总是由某个受信任的实体颁发。

ABE方案的一些特定性包括

• 这些系统允许使用单个公钥使用多个私钥（因此原始标题中的“模糊”指的是“模糊匹配”，意味着在计算机科学中的近似匹配）。
• 其次，私钥是由属性列表（或策略）构建的，而不是由身份构建的。任何拥有所有属性（或有效访问策略）的人都可以阅读消息。

密文策略

在密文策略属性加密（CP-ABE）中，访问策略编码在加密消息中；密文指定了系统定义的属性宇宙上的访问策略。用户的私钥与一组属性相关联，这些属性对应于用户的身份：只有当用户的属性满足相应密文的策略时，用户才能解密密文。例如，请参阅BSW07。

密钥策略

KP-ABE是CP-ABE的对偶，在这种意义上，访问策略被编码到用户的密钥中，例如（A∧C）∨D，并且使用一组属性计算密文，例如{A,B}。在这个例子中，用户无法解密密文，但例如可以解密{A,C}相关的密文。例如，请参见[GPSW06]。

策略

在GPSW中，策略使用单调访问结构。

为了使策略更易于用户使用，Cosmian在用户表达策略的方式和GPSW中实际使用的属性值之间实现了一种间接。

从用户的角度来看，整体策略被表示为一系列策略轴。每个轴可以任意标记为分层，并包含该轴可能的值的枚举。对于分层轴，属性必须按升序提供。

例如，以下策略

[
    "Security Level": {
        "hierarchical": true,
        "attributes": ["low","medium","high"]
    },
    "Department": {
        "hierarchical": false,
        "attributes": ["HR","FIN","MKG","R&D"]
    }
]

定义了2个轴Security Level和Department。

在这里，使用轴可以处理编码为CNF公式的访问策略。

与Department轴不同，Security Level轴是分层的：拥有具有属性Security Level::high的密钥的用户将能够访问使用任何Security Level属性加密的数据。

所有唯一的属性名称（如上例中的7个）是通过连接轴名称和该轴的可能值来派生的，并为它们分配一个唯一的属性值

从主密钥派生出一个用于营销部门（MKG）的用户且安全级别为medium的解密密钥，该密钥包含以下访问策略表示的布尔表达式

"Department::MKG && ( Security Level::medium || Security Level::low )"

最后，由于属性名称映射到属性值，上述策略在GPSW中被翻译为

3 & ( 6 | 5 )

BLS12-381：配对友好椭圆曲线

此KP-ABE实现基于cosmian_bls12_381 crate，这是一个来自BLS家族的配对友好椭圆曲线构造，嵌入度为12。它建立在381位素域GF(p)之上...

• z = -0xd201000000010000
• p = (z - 1)²(z⁴ - z² + 1) / 3 + z
  • = 0x1a0111ea397fe69a4b1ba7b6434bacd764774b84f38512bf6730d2a0f6b0f6241eabfffeb153ffffb9feffffffffaaab
• q = z⁴ - z² + 1
  • = 0x73eda753299d7d483339d80809a1d80553bda402fffe5bfeffffffff00000001

...从而得到两个源群 G₁和 G₂，每个群的阶为255位素数 q，使得存在一个可高效计算的退化解耦双线性配对函数e到第三个目标群 G_T。具体来说，G₁是E(F_p) : y² = x³ + 4的 q-阶子群，而 G₂是E'(F_p²) : y² = x³ + 4(u + 1)的 q-阶子群，其中扩展域 F_p²定义为 F_p(u) / (u² + 1)。

BLS12-381 被选择，以便 z 具有小的汉明权重（以提高配对性能），并且 GF(q) 具有大的 2³² 原始单位根，用于执行基-2 快速傅里叶变换，以实现高效的多点评估和插值。它还被选择，因为它存在于 BLS12 曲线的特别高效且刚性的子族中。