58、广播服务中的高效多维密钥管理

广播服务中的高效多维密钥管理

1. 引言

如今数字通信无处不在，使得其能轻松应用于各种广播或流媒体服务。例如，基于位置的服务（LBS）已广泛普及，像LOC - AID和Garmin这类服务，用户通常可以在特定时间段内订阅某个地理空间区域，进而查询该区域的时空信息，如交通状况、地理兴趣点，或者接收天气预报等定期更新内容。同时，地理信息系统（GIS）会收集和存储大量地理空间数据，如卫星图像，因此保护这些数据不被未经授权的访问至关重要。

在这类系统中，用户通常需付费订阅由坐标 (x1, y1) 和 (x2, y2) 界定的区域，并在特定时间区间 [t1, t2] 内使用。只有当 x1 ≤ x ≤ x2，y1 ≤ y ≤ y2，且 t1 ≤ t ≤ t2 时，用户才能访问坐标 (x, y) 处、时间 t 的资源或广播。空间被建模为大小为 T1 × T2 的二维网格单元，时间也被划分为小的时隙，成为网格的第三维。更普遍地，可以指定和使用任意维度的网格。

广播服务的常见解决方案是对内容进行加密并广播加密后的内容。通过向订阅者分发特定的秘密密钥，并确保只有授权方才能获得广播资源的解密密钥，从而实现访问控制。这种设置有诸多优点，比如可以将加密内容的存储和分发外包给第三方提供商，这对于处理大量数据的GIS系统或基于位置的服务尤为重要。此外，用户在访问授权资源时还能保持匿名。

访问控制通过密钥管理来实现。服务提供商为资源分配密钥，当用户订阅系统中的一组资源时，会获得秘密信息，这些信息可以直接包含用户有权访问的所有资源的解密密钥，也可以用于推导这些密钥。设计此类解决方案的挑战在于，在执行访问控制策略的同时，实现最佳性能。因此，这些解决方案的开销通常通过用户秘密密钥的大小、推导密钥所