IDベースの条件付きプロキシ再暗号化

アイデンティティベースの条件付きプロキシ再暗号化( IBCPRE ) は、アイデンティティベースの公開鍵暗号化設定におけるプロキシ再暗号化(PRE) スキームの一種です。^[1] IBCPRE スキームは、2 つの側面でプロキシ再暗号化の自然な拡張です。最初の側面は、プロキシ再暗号化の概念をアイデンティティベースの公開鍵暗号化設定に拡張することです。2 番目の側面は、プロキシ再暗号化の機能セットを拡張して、条件付きプロキシ再暗号化をサポートすることです。条件付きプロキシ再暗号化により、プロキシは IBCPRE スキームを使用して暗号文を再暗号化できますが、暗号文は、再暗号化キーとともに暗号文に適用された条件が満たされた場合にのみ、復号化に適した形式になります。これにより、きめ細かいプロキシ再暗号化が可能になり、暗号化されたクラウド データ ストレージを介した安全な共有などのアプリケーションに役立ちます。

公開鍵暗号化方式では、受信者の公開鍵を持っている人なら誰でも、受信者へのメッセージを公開鍵を使用して暗号化できます。この場合、受信者だけが知っている対応する秘密鍵だけがメッセージを復号して復元できます。したがって、ユーザーの公開鍵は公開して、誰でもユーザーにメッセージを暗号化できるようにすることができますが、ユーザーの秘密鍵は復号のために秘密にしておく必要があります。通常、ユーザーの公開鍵と対応する秘密鍵は両方ともユーザーによって生成されます。^[2]

ID ベースの暗号化設定では、ユーザーの公開キーは任意のビット文字列にすることができますが、その文字列によってシステム内でユーザーを一意に識別できる必要があります。一意の文字列は、たとえば、電子メール アドレス、電話番号、スタッフ ID (組織内でのみ使用される場合) などです。ただし、対応する秘密キーは、ユーザーによって生成されなくなります。一意のバイナリ文字列である公開キーから、キー生成センター (KGC) が秘密キーを生成してユーザーに発行します。KGC には公開キーがあり、これは公に知られているものと想定されており、暗号化と復号化は、それぞれ、KGC の公開キーに対して定義された一意のバイナリ文字列の公開キーと対応する秘密キーの下で行われます。

プロキシ再暗号化により、本来はユーザーのみが復号化できる暗号文を、プロキシと呼ばれる公開エンティティが別の暗号文に変換し、別のユーザーも復号化できるようになります。2 人のユーザーが Alice と Bob であるとします。Alice はいくつかのメッセージM ₁、M ₂、… M _{n を}持っています。Alice はこれらのメッセージを自分の公開鍵で暗号化し、暗号化されたメッセージを何らかのサーバーにアップロードするつもりです。

ここで、アリスがこれらの n 個の暗号化されたメッセージをボブと共有したい場合、アリスはプロキシ再暗号化スキームを使用して、サーバーがこれらの n 個の暗号化されたメッセージを再暗号化できるようにし、ボブが自分の秘密鍵を使用してこれらの再暗号化されたメッセージを直接復号化できるようにします。

プロキシ再暗号化方式でこれを行うには、アリスは自分の秘密鍵とボブの公開鍵を使用して再暗号化鍵を生成します。次にアリスは再暗号化鍵をサーバーに送信します。この再暗号化鍵を受信すると、サーバーはその鍵を使用して、暗号化された n 個のメッセージC ₁、C ₂、…、C _nすべてをD ₁、D ₂、…、D _nで示される新しい形式に変換します。その後、ボブはD ₁、D ₂、…、D _nをダウンロードして復号化し、自分の秘密鍵を使用してメッセージM ₁、M ₂、… 、 M _nを復元できます。

アイデンティティベースの条件付きプロキシ再暗号化 (IBCPRE) システムでは、ユーザーは公開鍵をユーザーの一意のアイデンティティとして設定します。アイデンティティベースの暗号化アルゴリズムを使用する主な利点の 1 つは、公開鍵証明書が不要になることです。これにより、対象のセキュリティ アプリケーションの使いやすさが向上します。IBCPRE の「条件付き」という用語は、暗号化された各メッセージに「タグ」を関連付けることができる追加機能を指します。タグに加えて、各再暗号化キーにも「タグ」が添付されています。IBCPRE は、暗号化されたメッセージのタグが再暗号化キーのタグと一致する場合にのみ、暗号化されたメッセージを再暗号化できるように設計されています。

IBCPRE の重要な特徴の 1 つは、データ所有者がメッセージを暗号化すると、その暗号化は自分自身に対して行われ、そのデータ所有者だけが自分の秘密鍵を使用して暗号化されたメッセージを復号化できることです。暗号化されたメッセージを誰と共有したいかを事前に知る必要はありません。つまり、共有する友人の選択は、メッセージを暗号化してサーバーにアップロードした後に行うことができます。

IBCPRE のもう 1 つの特徴は、エンドツーエンドの暗号化をサポートしていることです。暗号化されたメッセージを保存するサーバーは、再暗号化の前後でメッセージを復号化することはできません。

IBCPRE は 1 対多の暗号化をサポートします。データ所有者は、データを共有する複数の友人を選択できます。暗号化されたメッセージを複数の友人と共有するには、所有者は各友人の再暗号化キーを生成し、すべての再暗号化キーをサーバーに送信して再暗号化を実行するだけです。生成する必要がある再暗号化キーの数は、暗号化されたメッセージを共有する友人の数によって異なります。暗号化されたメッセージの数には依存しません。暗号化されたメッセージのタグと再暗号化キーのタグが一致していれば、1 つの再暗号化キーでサーバーはすべての暗号化されたメッセージを変換できます。

IBCPRE の条件付き「タグ」により、暗号化されたメッセージへのきめ細かなアクセスが可能になります。暗号化されたメッセージごとに異なるタグ値を設定することで、データ所有者は特定の友人と共有したい暗号化されたメッセージのセットを非常に柔軟に制御できます。

ユーザー Alice が、タグ「Private」付きのメッセージ M ₁、M ₂、…、M _t、タグ「toShareWithFamily」付きのメッセージ M _t+1、M _t+2、…、M _{m、タグ「toShareWithFriend」付きのメッセージ M m+1}、M _m+2、…、M _{n を}、IBCPRE を使用して、Alice の公開鍵とみなされる独自の ID で暗号化するとします。次に、Alice は、対応する暗号化メッセージ C ₁、C ₂、…、C _t、C _t+1、…、C _m、C _m+1、…、C _{n を}サーバーにアップロードします。

アリスが、最近友達になった別のユーザーであるボブと M _m+1、 M _m+2、…、 M _{n を}共有しようとしているとき、アリスは IBCPRE を使用して、関連タグ「toShareWithFriend」とともに再暗号化キーを生成します。この生成は、アリスの秘密キーとボブの ID を入力として取得して行われます。次に、アリスは再暗号化キーをサーバーに送信します。再暗号化キーを使用して、サーバーは C _m+1、 C _m+2、…、 C _nに対して IBCPRE 再暗号化関数を実行し、それらを別の形式 D _m+1、 D _m+2、…、 D _nに変換して、ボブが自分の秘密キーを使用して直接復号化できるようにします。この変換は、暗号化されたメッセージに関連付けられたタグ「toShareWithFriend」が、再暗号化キーに関連付けられたタグと一致するため実行できます。

サーバーは、C ₁、C ₂、…、C _t、C _t+1、…、C _{m を}、ボブが再暗号化キーを使用して復号化できる別の形式に変換できないことに注意してください。これは、これらの m 個の暗号化されたメッセージのタグ (つまり、「Private」または「toShareWithFamily」) が、再暗号化キーのタグと一致しないためです。また、サーバーはいつでもメッセージを取得できないことにも注意してください。

IBCPRE は、AtCipher Limited の製品における安全なクラウド データ共有および関連するキー管理ソリューションに使用されてきました。

プロキシ再暗号化に関連する概念として、復号権委任と呼ばれるものが、1997年にマンボとオカモト^{[3]によって導入されました。その後、1998年にブレイズ、ブルーマー、シュトラウス[4]は}、プロキシ再暗号化方式のアルゴリズムセットの定義を与えることで、プロキシ再暗号化の概念を形式化しました。著者らは、選択平文セキュリティ（CPAセキュリティ）を実現するための方式も提案しました。その後、さまざまなPRE方式が提案されました。^{[5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]}

2007年に、GreenとAteniese ^[13]とIvanとDodis ^[9]はそれぞれ独立して、アイデンティティベース暗号化設定におけるプロキシ再暗号化方式をいくつか提案した。このタイプの方式は通常、アイデンティティベースプロキシ再暗号化（IBPRE）と呼ばれる。この方式は一方向である。すなわち、再暗号化鍵は一方の当事者がもう一方の当事者への暗号文を再暗号化するためのものであり、その逆はできない。再暗号化の反対方向については、新しい再暗号化鍵を生成する必要がある。セキュリティの点では、方式のセキュリティ分析はランダムオラクルモデルで行われている。1つはCPAセキュア、マルチホップであり、もう1つは選択暗号文攻撃セキュア（CCAセキュア） 、シングルホップである。ただし、この方式は結託耐性がない。つまり、プロキシが対応する委任者と結託すると、委任者の秘密鍵が危険にさらされることになる。その後、ランダムオラクルなしで安全なCPA安全なIBPRE方式が松尾^[14]と水野と土井^{[15]によって提案された。}

タイプベースPRE ^[16]と条件付きPRE（CPRE）^[17]は、委任者によって与えられた再暗号化鍵が同じ条件でタグ付けされている場合にのみ、プロキシが特定の条件でタグ付けされた暗号文を再暗号化できるように設計されています。再暗号化とアイデンティティベースの再暗号化の両方で条件付き制御を実現するために、2つのアイデンティティベースCPRE（IBCPRE）スキームがLiangら^{[18]によって提案され、}標準モデルでCCAセキュリティを実現しました。もう1つはShaoら^[19]によって提案され、ランダムオラクルモデルでCCAセキュリティを実現しました。

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