一种基于CP-ABE的密文访问控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CP‑ABE的密文访问控制方法，属于信息安全领域，其包括如下步骤：1、进行准备和维护工作，其包括密文策略的属性加密体制(CP‑ABE)的初始化、用户注册与审核、产生系统和用户的用于签名和加密的非对称密钥对、生成用户的CP‑ABE属性密钥SK以及密钥与属性证书管理；2、文档共享需要文档提供者、可扩展访问控制标记语言（XACML）访问控制系统及共享用户三者协同工作。本发明专利技术利用PMI体系中的属性证书作为CP‑ABE属性集合和访问结构的表述凭证，XACML表达CP‑ABE策略，保证了属性集合和访问控制结构描述的安全性。本发明专利技术引入具备继承关系的层次结构，支持分布式、可授权、可推导等特性，支持属性授权能力应遵守约束限制，适用于分布和开放的网络应用环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及密文访问控制（即加密并控制用户的解密能力）技术，具体涉及一种基于CP-ABE的密文访问控制方法，其属于信息安全领域。
技术介绍
随着信息技术与网络技术发展的日新月异，分布式应用得到了越来越广泛的应用，但对于应用中的敏感数据，必须通过密文访问控制（即加密并控制用户的解密能力）来实现信息的安全共享。传统的加密体制如PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）及基于身份加密体制IBE的加密，在分布式应用中得到了广泛的应用。传统加密体制首先必须列举共享群体中的用户并获取其公钥，并须针对每一用户利用其公钥生成密文，加密次数就是共享群体中的用户数。然后，共享用户接收到密文后，各自用私钥解密得到共享信息的明文。但是，在一些分布式的网络应用中，由于系统在地域上的广泛分布，信息共享的群体可能遍布全国甚至全球；或者是共享群体中的个体数量会极其庞大，不仅难以列举，还可能损害用户隐私；又或者共享群体中的成员是由一些符合某种特定条件的个体组成，根本不能列举。而信息共享的需求不仅安全性要求高，效率也有很高要求。面对这种情形，传统加密体制无能为力，不能满足信息共享的安全需求。CP-ABE算法能够制定灵活的访问策略而更加适于分布式环境下的密文访问控制，加密方加密信息时不需知道具体是谁解密，而解密方只需符合相应条件便可解密。国内外许多学者对CP-ABE算法进行研究，L.Cheung等人通过给出固定大小的访问控制表达树提出了一个CP-ABE方案，实现了作用于正属性与负属性上的and门访问结构，表达能力得到了改善。B. Waters提出的CP-ABE 方案是一个标准模型下可证安全的，控制结构的描述是通过利用LSSS (Linear Secret Sharing Scheme, 线性秘密分享方案)来决定哪些子集属于授权集合哪些属性的集合不是授权集合，该CP-ABE 方案无论在表述能力上还是安全证明上都有很大的贡献。2008年上海交通大学可信任数字技术实验室曹珍富、董晓蕾课题组设计了一个新的高效的CP-ABE方案，用来解决加密数据的共享问题，在世界上最先实现了加密数据共享移动设备及相关程序的研发。学者们的研究内容主要集中在更强的表达能力、协议的安全模型证明及效率等方面，虽然获得了很多成果但与实际应用相结合的具体实施模型还有不少问题亟待研究，包括如何设计安全灵活的属性集合描述模式，如何构造易维护的访问控制结构，如何增强访问控制结构的表达能力，以及如何设计一个完整、详细的授权实施方案，只有解决好这些问题才能获取CP-ABE更多的实际应用场景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种属性集合和访问控制结构描述安全可靠的基于CP-ABE的密文访问控制方法。本专利技术所采用的技术方案包括如下步骤：步骤1、准备和维护工作，其包括：①完成基于密文策略的属性加密体制CP-ABE的初始化，产生系统公共参数PK和主密钥MK；②生成系统授权管理员的IBE非对称密钥对作为系统非对称密钥对，一对用于系统加密，一对用于签名，两对密钥均存于系统授权管理员的专用安全设备USB key中；③完成用户注册；④审核用户注册信息；⑤生成用户的IBE非对称密钥对，一对用于加密，一对用于签名，两对密钥均存储于用户的专用安全设备USB key中；⑥系统和用户PKI及IBE密钥对的存储、更新及管理；⑦生成用户属性证书AC，存入轻量级目录访问协议LDAP证书库中；⑧由用户属性证书AC获取用户属性集合S，根据S及系统主密钥MK生成该用户的CP-ABE属性密钥SK，SK=KeyGen（MK，S），SK存于用户的专用安全设备USB key中；⑨对属性证书进行存储及管理，所述属性证书包括两部分，属性证书AC及其扩展即属性描述符证书ADC；步骤2、文档共享需要文档提供者、XACML访问控制系统及共享用户三者协同工作，具体工作如下：1）共享文档提供者的工作步骤如下：1-1、文档提供者制定共享用户应满足的条件即访问结构，并将其形成XML文档，用文档提供者的IBE私钥签名、系统公钥加密后存储在其名下的属性描述符证书ADC中；1-2、文档提供者制定环境与策略约束条件，形成XACML策略文件，并也用其IBE私钥签名、系统公钥加密；1-3、采用混合加密机制，利用文档提供者属性描述符证书ADC中的访问结构对文档的会话密钥Key进行CP-ABE加密，用Key对文档内容加密，形成加密信息包；1-4、文档提供者将加密信息包交给XACML访问控制系统准备传输给共享用户；2）XACML访问控制系统的工作步骤如下：2-1、用户向策略执行点PEP提出某文档的共享请求；2-2、所述策略执行点PEP响应用户请求，确定要共享的文档ID和用户ID；2-3、策略执行点PEP要求用户提交相关的认证评估信息，其包括当时的网络情况、电脑系统软件运行情况、硬件运行情况等环境信息，电脑主要设备的参数等；2-4、用户收集评估信息，发送给所述策略执行点PEP；2-5、 所述策略执行点PEP依据用户提供的访问请求（包括用户ID、共享文档ID和共享方式等）及相关评估信息形成XACML格式的判决请求报文，发给策略决策点PDP进行评估与决策；2-6、所述策略决策点PDP接收策略执行点PEP发来的请求报文，对报文进行解析，获取用户ID、共享文档ID、共享方式、环境情况等各类认证评估信息；2-7、策略决策点PDP请求策略信息点PIP返回与主体、资源或者环境有关的属性值；2-8、策略决策点PDP向策略管理点PAP请求共享文档ID的策略；2-9、策略管理点PAP根据共享文档ID得到文档提供者的ID，进而从LDAP证书库中获取文档提供者的属性描述符证书ADC，并由此得到文档提供者制定的XACML策略文件密文，PAP将该策略密文传给PDP；2-10、策略决策点PDP对获取到的策略文件密文验证文档提供者的签名，若通过则用系统私钥解密，得到策略文件，并转步骤2-11。否则PDP判决结束，给出策略文件签名验证没通过的评判结果，并转步骤2-12；2-11、策略决策点PDP依据XACML策略文件判定用户提交的环境情况是否能够满足文档提供者制定的环境条件，是否也能够满足策略约束条件，若有任何一项不满足，则PDP就会判为拒绝访问；若两项都满足，则允许访问；2-12、所述策略决策点PDP将决策结果告知策略执行点PEP；2-13、所述策略执行点PEP接收到的策略决策点PDP决策结果若为允许访问，则XACML访问控制系统向用户传送该文档加密包，用户获得该加密信息包，即可进行CP-ABE解密，否则XACML访问控制系统拒绝向用户传送共享文档的加密信息包。3）共享用户的工作步骤如下：3-1、共享用户接收由XACML访问控制系统传送的加密信息包；3-2、共享用户由加密信息包获取签名SIG，获取文档提供者的IBE签名公钥；3-3、共享用户用文档提供者的IBE签名公钥验证签名SIG，通过后继续，否则结束；3-4、共享用户由信息包获取密文CK，利用CP-ABE加密体制，用共享用户自己USB key设备中的属性密钥SK对密文CK解密，得到会话密钥Key，即Key=Decrypt（PK，CK，SK），只有授权用户，即共享用户的属性满足文档提供者制定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CP‑ABE的密文访问控制方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤1、进行准备和维护工作，其包括密文策略的属性加密体制(Ciphertext‑Policy Attribute‑Based Encryption，CP‑ABE)的初始化、用户注册与审核、产生系统和用户的用于签名和加密的非对称密钥对、生成用户的CP‑ABE属性密钥SK以及密钥与属性证书（ Attribute Certificate，AC）管理；步骤2、文档共享需要文档提供者、可扩展访问控制标记语言（eXtensible Access Control Markup Language，XACML）访问控制系统及共享用户三者协同工作，具体工作如下：1）共享文档提供者的工作：文档提供者首先需要制定共享用户应满足的条件，即访问结构，以及环境与策略约束条件，然后采用混合加密机制，用文档提供者的访问结构对文档的会话密钥Key进行CP‑ABE加密和签名，再用Key对文档内容加密，形成加密信息包，并将加密信息包交给XACML访问控制系统准备传输给共享用户；2）XACML访问控制系统的工作：策略强制点(Policy enforcement point，PEP)接收用户的共享请求和认证评估信息，形成XACML判决请求后发给策略决定点(Policy decision point，PDP)；PDP根据用户认证信息及由策略管理点(Policy administration point，PAP)、策略信息点(Policy information point，PIP)传过来的策略及相关属性值进行判决，并将判决结果传回PEP；若判决结果为允许则XACML访问控制系统将加密信息包传送给用户，否则或判决过程有任何签名验证不成功、解密不成功情形发生，XACML访问控制系统便拒绝将加密信息包传送给用户；3）共享用户的工作：用户收到XACML访问控制系统发来的加密信息包后，要先验证会话密钥Key的签名，通过后用CP‑ABE解密得到Key；然后用Key对共享文件解密得到明文；期间若签名验证不成功则会中断后面的步骤，并且用户只有符合共享文档提供者制定的条件才能正确解密会话密钥Key。...

【技术特征摘要】
1.一种基于CP-ABE的密文访问控制方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤1、进行准备和维护工作，其包括密文策略的属性加密体制(Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption，CP-ABE)的初始化、用户注册与审核、产生系统和用户的用于签名和加密的非对称密钥对、生成用户的CP-ABE属性密钥SK以及密钥与属性证书（ Attribute Certificate，AC）管理；步骤2、文档共享需要文档提供者、可扩展访问控制标记语言（eXtensible Access Control Markup Language，XACML）访问控制系统及共享用户三者协同工作，具体工作如下：1）共享文档提供者的工作：文档提供者首先需要制定共享用户应满足的条件，即访问结构，以及环境与策略约束条件，然后采用混合加密机制，用文档提供者的访问结构对文档的会话密钥Key进行CP-ABE加密和签名，再用Key对文档内容加密，形成加密信息包，并将加密信息包交给XACML访问控制系统准备传输给共享用户；2）XACML访问控制系统的工作：策略强制点(Policy enforcement point，PEP)接收用户的共享请求和认证评估信息，形成XACML判决请求后发给策略决定点(Policy decision point，PDP)；PDP根据用户认证信息及由策略管理点(Policy administration point，PAP)、策略信息点(Policy information point，PIP)传过来的策略及相关属性值进行判决，并将判决结果传回PEP；若判决结果为允许则XACML访问控制系统将加密信息包传送给用户，否则或判决过程有任何签名验证不成功、解密不成功情形发生，XACML访问控制系统便拒绝将加密信息包传送给用户；3）共享用户的工作：用户收到XACML访问控制系统发来的加密信息包后，要先验证会话密钥Key的签名，通过后用CP-ABE解密得到Key；然后用Key对共享文件解密得到明文；期间若签名验证不成功则会中断后面的步骤，并且用户只有符合共享文档提供者制定的条件才能正确解密会话密钥Key。2.根据权利要求1所述的一种基于CP-ABE的密文访问控制方法，其特征在于：所述步骤1准备和维护工作中，其包括：①完成CP-ABE的初始化，产生系统公共参数PK和主密钥MK；②生成系统授权管理员的基于身份加密(Identity Based Encryption，IBE)机制的非对称密钥对作为系统非对称密钥对，一对用于系统加密，一对用于签名，两对密钥均存于系统授权管理员的专用安全设备USB key中；③完成用户注册；④审核用户注册信息；⑤生成用户的IBE非对称密钥对，一对用于加密，一对用于签名，两对密钥均存于用户的专用安全设备USB key中；⑥系统和用户PKI及IBE密钥对的存储、更新及管理；⑦生成用户属性证书（ Attribute Certificate，AC），存入轻量级目录访问协议（Lightweight Directory Access Protocol，LDAP）证书库中；⑧由用户属性证书AC获取用户属性集合S，根据用户属性集合S及系统主密钥MK生成该用户的CP-ABE属性密钥SK，SK=KeyGen（MK，S），SK存于用户的专用安全设备USB key中；⑨对属性证书进行存储及管理，所述属性证书包括两部分：即属性证书AC及其扩展即属性描述符证书（Attribute Descriptor Certificate，ADC）。3.根据权利要求1或2所述的一种基于CP-ABE的密文访问控制方法，其特征在于：所述步骤2中，1）在共享文档提供者的工作中，具体步骤如下：1-1、文档提供者制定共享用户应满足的条件即访问结构，并将其形成可扩展的标记语言（eXtensible Markup Language，XML）文档，用文档提供者的IBE私钥签名、系统公钥加密后存储在其名下的属性描述符证书ADC中；1-2、文档提供者制定环境与策略约束条件，形成XACML策略文件，并也用其IBE私钥签名、系统公钥加密；1-3、会话密钥Key采用混合加密机制，利用文档提供者属性描述符证书ADC中的访问结构对文档的会话密钥Key进行CP-ABE加密，用Key对文档内容加密，形成加密信息包；1-4、文档提供者将加密信息包交给XACML访问控制系统准备传输给共享用户。4.根据权利要求3所述的一种基于CP-ABE的密文访问控制方法，其特征在于：所述步骤2中，1）在共享文档提供者的工作的步骤1-3中，利用文档提供者属性描述符证书ADC中的访问结构对文档进行CP-ABE加密形成加密信息包的方法如下：1-3-1、生成会话密钥Key；1-3-2、 用会话密钥Key对要共享的电子文档M的内容进行加密，形成密文E(F)；1-3-3、用文档提供者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周彦萍，黎彤亮，赵环宇，马艳东，慕晓蕾，万仲飞，辛凤艳，
申请(专利权)人：河北省科学院应用数学研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13