Tutoriel : Utilisation de CP-ABE avec docker

1 – Introduction

Ciphertext-Policy Attibute-Based Encryption (CP-ABE) est une technique cryptographique très puissante, elle permet d’implémenter du contrôle d’accès basé sur des rôles (RBAC). Dans cet article, on va présenter le fonctionnement le CP-ABE en général, puis, on va utiliser la librairie openABE (Une bibliothèque qui implémente CP-ABE) pour tester CP-ABE.

Afin d’éviter d’installer OpenABE, on va utiliser une image docker toute prête pour ça.

2 – C’est quoi CP-ABE ?

CP-ABE pour « Ciphertext Policy Attibute-Based Encryption », est une technique cryptographique qui permet d’implémenter le contrôle d’accès basé sur les rôles. Les rôles sont appelés ici des attributs.

La figure 1 montre les phases d’initialisation et de génération de clés. Elles concernent toutes les deux l’autorité des attributs. Cette dernière initialise les paramètres du système en générant les clés maîtresse publique et secrète. Ces mêmes clés sont utilisées pour générer les clés utilisateurs en utilisant la liste des attributs de chaque utilisateur. 

La figure 2, quant à elle, illustre les phases de chiffrement de déchiffrement. Pour chiffrer un fichier, un utilisateur a besoin de la clé maîtresse publique, le fichier en question, et un politique d’accès (Elle est montrée sous forme d’arbre logique sur la figure). En suite, vient l’étape de déchiffrement, où l’utilisateur « bob » utilise sa propre clé secrète, qui contient des attributs satisfaisant la politique d’accès, pour retrouver le contenu du fichier original.

3 – Préparation du terrain

Nous allons préparer le terrain pour pouvoir utiliser la technique cryptographique CP-ABE.

3.1 – Installation Docker

Pour pouvoir continuer ce tutoriel, il faut installer docker. En effet, dans la suite, on va utiliser des containers docker pour lancer l’exécution des primitives CP-ABE. Ceci facilite énormément la tâche, puisqu’il n’est pas nécessaire d’installer OpenABE directement sur le système.

3.2 – Télécharger l’image docker

Pour télécharger l’image docker qui intègre la librairie OpenABE, il faut taper la commande :

$ docker pull touatily/openabe

L’image fait un peu plus de 2GB, donc ça prend un peu de temps pour qu’elle soit téléchargée. Vous pouvez vérifier que le téléchargement s’est bien passé :

$ docker images

Et là, vous devriez voir apparaître la ligne qui correspond à cette image docker :


touatily/openabe             latest        662030668539          33 hours ago       2.11GB

4 – Utilisation de CP-ABE

Il y a quatre commandes principales de la technique cryptographique CP-ABE : Initialisation, génération des clés utilisateurs, chiffrement, et déchiffrement.

4.1 – Initialisation

La phase d’initialisation sert à initialiser les paramètres du systèmes; plus exactement, les clés maîtresse secrète et publique de l’autorité des attributs sont créées. Pour cela on tape la commande :

$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_setup -s CP -p exemple

Cette commande crée deux fichiers dans le répertoire courant via le container docker (qui sera supprimé juste après l’exécution de la commande). Les deux fichiers correspondent aux clés maîtresse (secrète et publique).

$ ls
exemple.mpk.cpabe exemple.msk.cpabe

L’option « -p » permet juste d’ajouter un préfixe (« exemple » dans ce cas) aux deux fichiers qui stockent les clés secrète et publique de l’autorité d’attributs.

4.2 – Génération de clés utilisateurs

Une fois la phase d’initialisation terminée, on va utiliser les clés de l’autorité d’attributs pour créer les clés privées des utilisateurs.

Chaque utilisateur se voit accorder des attributs qui correspondent à ses rôles/privilèges dans l’organisation/institution. Par exemple, un étudiant « Bob » en 5ème année, en spécialité cyber-sécurité, dans un école d’ingénieur qui s’appelle ESME, aura la liste des attributs : « year=5 », « cybersecurite », « ESME ». Et si par exemple, l’étudiant fait partie d’une association de l’école qui s’appelle « BDE », on ajoute ce nom à sa liste d’attributs.

$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_keygen -s CP -p exemple -i "year=5|cybersecurite|ESME|BDE" -o bob.key

La commande génère la clé privée CP-ABE de « Bob » qui est liée à sa liste d’attributs « year=5, cyber-sécurité, ESME, BDE ». Cette clé est stockée dans le fichier « bob.key ».

Considérons un autre étudiant qui s’appelle « Alice ». Elle fait ses études dans la même école « ESME », elle est en 4ème année spécialité intelligence artificielle « IA ». Elle fait également partie de l’association « BDE ». Par conséquent, la liste des attributs de Alice est « year=4, IA, ESME, BDE ».

$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_keygen -s CP -p exemple -i "year=4|IA|ESME|BDE" -o alice.key

La commande génère un fichier « alice.key » qui contient la clé privée de l’étudiante « Alice ». Cette clé possède des informations sur la liste des attributs d’Alice.

4.3 – Chiffrement de fichiers

Dans cette étape, on va chiffrer trois fichiers différents avec trois politique d’accès différents. Il faut noter ici, que la politique d’accès est choisie selon le contenu du fichier, plus précisément, en se basant sur la liste des personnes autorisées à lire le fichier.

Ce tableau résume la situation :

DescriptionsPolitiques d’accès
fichier1Ce fichier est destinés aux étudiants de l’ESME en spécialité Cyber-sécurité« ESME AND cybersecurite »
fichier2C’est un fichier destiné aux étudiants de l’ESME qui sont en 4ème année.« ESME AND year==4 »
fichier3C’est un fichier destinié aux étudiants de l’ESME qui font partie de l’assciation BDE. Ces étudiants doivent être en 4ème année ou une classe supérieure.« ESME AND BDE AND year>=4 »

Pour chiffrer les trois fichiers précédents, il faut tapper les commandes :

$ docker run -i --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_enc -s CP -e "ESME AND cybersecurite" -i fichier1 -o encrypted_fichier1 -p exemple

$ docker run -i --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_enc -s CP -e "ESME AND year==4" -i fichier2 -o encrypted_fichier2 -p exemple

$ docker run -i --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_enc -s CP -e "ESME AND BDE AND year>=4" -i fichier3 -o encrypted_fichier3 -p exemple

Ces trois commandes génèrent trois fichiers : « encrypted_fichier1.cpabe », « encrypted_fichier2.cpabe », et « encrypted_fichier3.cpabe » qui correspondent aux résultats de chiffrement des fichiers « fichier1 », « fichier2 », et « fichier3 » respectivement. Comme indiqué précédemment, chacun des trois fichiers est chiffré selon une politique d’accès propre à lui.

4.4 – Déchiffrement

Dans cette étape, les deux étudiants « Alice » et « Bob » vont essayer de déchiffrer les fichiers qui ont été chiffrés durant l’étape précédente.

4.4.1 – Alice

D’après les politiques d’accès utilisées pour chiffrer les trois fichiers, Alice devrait pouvoir déchiffrer seulement « fichier2 » et « fichier3 ».

  • Fichier 1:
$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_dec -s CP -k alice.key -i encrypted_fichier1.cpabe -o alice_decrypted_fichier1 -p exemple 

ciphertext: encrypted_fichier1.cpabe
user’s SK file: alice.key
abe/zcontextcca.cpp:decrypt:613: ‘Error occurred during decryption’
caught exception: Error occurred during decryption

Une erreur se produit car la clé d’Alice ne permet pas de déchiffrer le fichier1.

  • Fichier 2:
$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_dec -s CP -k alice.key -i encrypted_fichier2.cpabe -o alice_decrypted_fichier2 -p exemple

ciphertext: encrypted_fichier2.cpabe
user’s SK file: alice.key

Cette fois, Alice réussit à déchiffrer le fichier2. Le contenu du fichier « decrypted_fichier2 » est identique à celui du fichier « fichier2 ».

  • Fichier 3:
$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_dec -s CP -k alice.key -i encrypted_fichier3.cpabe -o alice_decrypted_fichier3 -p exemple

ciphertext: encrypted_fichier3.cpabe
user’s SK file: alice.key

Là encore, Alice réussit à déchiffrer le fichier et voir son contenu. Ce dernier est identique à celui de « fichier3 ».

4.4.2 – Bob

« Bob » de son côté tente de déchiffrer les trois fichiers. D’après les politiques d’accès et sa liste d’attributs, il devrait pouvoir déchiffrer « fichier1 » et « fichier3 », mais pas « fichier2 ».

  • Fichier 1:
$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_dec -s CP -k bob.key -i encrypted_fichier1.cpabe -o bob_decrypted_fichier1 -p exemple 

ciphertext: encrypted_fichier1.cpabe
user’s SK file: bob.key

Ceci va créer un fichier qui s’appelle « bob_decrypted_fichier1 », dont le contenu est identique à celui de « fichier1 ».

  • Fichier 2:
$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_dec -s CP -k bob.key -i encrypted_fichier2.cpabe -o alice_decrypted_fichier2 -p exemple

ciphertext: encrypted_fichier2.cpabe
user’s SK file: bob.key
abe/zcontextcca.cpp:decrypt:613: ‘Error occurred during decryption’
caught exception: Error occurred during decryption

Aucun fichier ne sera généré. Ceci est dû au fait que « bob » n’est pas en 4ème année (il ne possède pas l’attribut « year=4 »).

  • Fichier 3:
$ docker run -it --rm -w /root -v$(pwd):/root touatily/openabe oabe_dec -s CP -k bob.key -i encrypted_fichier3.cpabe -o bob_decrypted_fichier3 -p exemple

ciphertext: encrypted_fichier3.cpabe
user’s SK file: bob.key

Un fichier « bob_decrypted_fichier3 » est généré.

4.4.3 – Récapitulatif

Alice n’a pas pu déchiffrer le fichier « bob_decrypted_fichier3 » car elle n’est pas en spécialité cyber-sécurité (Elle ne possède pas l’attribut « cybersecurite »).
Bob, quant à lui, il n’a pas réussit à déchiffrer le fichier « encrypted_fichier2.cpabe » car il est en 5ème année, et que le fichier est destiné aux étudiant de 4ème année.

Remarques :

Qu’on a chiffré le fichier 3, on a utilisé la condition « year >= 4″ pour préciser que le fichier est destiné à la fois aux étudiants de 4ème et 5ème année. On aurait pu exprimer cette condition de la manière suivante  » year in (4-5) » ou encore « (year == 4) OR (year == 5) ». Ces deux dernière syntaxes sont plus précises que celle utilisée.

La librairie OpenABE ne supporte pas les caractères accentués. C’est pour cela qu’on a utilisé l’attribut « cybersecurite » et non « cybersécurité ».

La librairie OpenABE implémente également les techniques cryptographiques KP-ABE et IBE qui ne sont pas présentées ici.

5 – Conclusion

Dans cet article, nous avons présenté une technique cryptographique très puissante qui est CP-ABE. Elle permet d’implémenter du contrôle d’accès basé sur des rôles. « openABE » est une implémentation de cette technique cryptographique. on a utilisé un image docker pour exécuter les différentes commandes d’initialisation, génération de clés, et chiffrement/déchiffrement de fichiers.