Blockchain-based decentralization approach for Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption schemes

Melissa Brigitthe Hinojosa-Cabello

doi:10.3389/fbloc.2025.1622270

2025-10-07

Melissa Brigitthe Hinojosa-Cabello

Rocío Aldeco-Pérez *

Miguel Morales‐Sandoval

José Juan García-Hernández

DOI：10.3389/fbloc.2025.1622270

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摘要

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自互联网兴起以来，多项IT服务和应用已变得广泛可用，使云计算成为企业及个人使用的部署关键解决方案。此外，物联网（IoT）加速了大规模数据的生成，例如用于医疗和工业环境中的监测应用。云计算与物联网实现了无缝集成：物联网设备生成数据，随后存储并访问于云端，从而实现在多个应用和计算模型中高效利用数据。因此，云服务正越来越多地用于外包物联网应用所需的高处理和存储需求。尽管这种集成提供了显著优势，但也带来了主要的数据安全挑战，特别是在外包敏感数据的保密性和访问控制方面。这一点尤为重要，因为云服务提供商通常被认为诚实但好奇，因此不可信。在此背景下，基于密文策略的属性基加密（CP-ABE）能够成功对外包数据实施复杂的访问控制。这是通过使用细粒度访问策略加密数据，并将访问控制委托给依赖于终端用户属性的解密密钥来实现的。尽管CP-ABE具有诸多优势，但其广泛应用和高效部署在实际应用中仍受到一些问题的阻碍。其中一大主要问题涉及对单一可信权威机构的强依赖性，该机构负责管理和设置CP-ABE的访问控制策略和属性集。这种依赖性构成了单点故障，威胁系统的持续运行。本文通过采用依赖区块链主要特性的去中心化策略，消除了CP-ABE对单一可信权威的依赖。因此，我们提出了一种基于区块链的方法，将可信权威机构执行的用户密钥生成和管理任务分散给多个对等节点，解决了CP-ABE的中心化问题。通过结合区块链、CP-ABE和椭圆曲线综合加密方案（ECIES），我们确保了CP-ABE关键组件的保密性，无论其异构隐私要求如何。我们通过在eHealth领域的案例研究评估了我们的方案，结果表明其在实际应用中的部署可行性，其中在保持保密性和访问控制的同时，实现了系统的弹性和持续运行。

Keyword:

decentralization

ciphertext-policy attribute-based encryption

trusted authority

blockchain

privacy

confidentiality