属性基加密（ABE）是Sahai和Waters在2005年提出的一个新的密码学概念，它允许对加密数据进行细粒度的访问控制。具体而言，属性基加密分为密文策略属性基加密（CP-ABE）和密钥策略属性基加密（KP-ABE）：在CP-ABE系统中，密钥分发机构根据用户的属性集合为每个用户分发密钥，加密者对每个密文指定一个基于属性的访问策略；在KP-ABE系统中，密钥分发机构根据用户的访问策略为每个用户分发密钥，加密者对每个密文指定一个属性集合来描述密文的特征。无论是在CP-ABE系统中还是在KP-ABE系统中，只有当属性集合能够满足访问策略的时候，相应的密钥才能解开相应的密文。由于在访问控制和云计算中具有广阔的应用前景，属性基加密已经吸引了众多研究学者的注意，并且一系列的重要研究成果已经被提出来：或者提高访问策略的表达力，或者提高效率，或者获得更好的安全性。为了进一步提高属性基加密系统在实际应用中的可用性，本文对属性基加密的以下几个关键方面进行了研究：　　（1）访问策略的高效生成：本文给出了一个算法用于在属性基加密系统中高效的指定访问策略。该算法使用直观而高效的门限门访问树（每个内部结点都是门限门的访问树）来指定访问策略。与现有的算法相比，本文的算法能够在CP-ABE中得到更短的密文和在KP-ABE中得到更短的密钥。　　（2）多机构密文策略属性基加密：本文给出了一个新的多机构CP-ABE系统。这是第一个在标准模型下达到适应性安全的多机构CP-ABE系统，同时，也是第一个能够防止机构独立解开密文的CP-ABE系统。　　（3）可追踪属性基加密：在实际应用中使用ABE系统所面临的一个重要问题就是追踪恶意用户。本文形式化了ABE中的可追踪概念并且给出了三个具体的可追踪ABE系统的方案。在可追踪ABE系统中，本文给出的这些方案首次同时达到了适应性安全和高表达力，而且这些方案获得可追踪性的代价是目前最小的。　　具体而言：　　目前能够支持高表达力（即允许任意单调访问结构作为访问策略）的ABE系统大多数都是使用线性秘密共享方案（LSSS）来实现其访问策略。然而，在实际应用中用户经常使用其他自然而直观的方式，例如访问树、布尔公式、或最小形式的访问结构等，来表达访问策略。Lewko和Waters在2010年给出了一个算法，能够把任意单调布尔公式转换为相应的LSSS矩阵。本文的第一部分将给出一个改进算法，能够把任意门限门访问树（即，每个叶结点对应一个属性，每个非叶结点对应一个门限门）转换为相应的LSSS矩阵。与Lewko-Waters的算法相比较，本文的算法可以达到更小（至少是相同的）大小的LSSS矩阵，而这意味着CP-ABE系统中更短的密文和KP-ABE系统中更短的密钥。以最简单的(2,n)门限策略为例，本文算法产生的LSSS矩阵有n行，而Lewko-Waters算法产生的LSSS矩阵至少有nlogn行。　　当Sahai和Waters提出第一个ABE系统时，他们也同时提出了一个待解决问题：建立一个多机构ABE系统，使得属性能够以一种自然的方式归属于独立、不同的机构管理，而不是必须全部由一个单一的机构管理。这个问题是被如下的现实场景所驱动的：加密者希望用访问策略“(UNIV.X.CS AND UNIV.X.Alumni AND COMP.Y.Engineer)”来加密他的数据，使得只有当接收者是X大学计算机系的校友并且目前正在Y公司以工程师职位工作时，该接收者才能解开密文。显然，在这样的场景下，X大学只是管理它的学生、教职员和校友的属性，而Y公司只是管理它的职员的属性，并且X大学和Y公司是相互独立的，没有一个合适的单一机构来同时管理它们的属性，因此，单机构ABE系统对类似的场景是不适用的。Lewko和Waters在2011年给出了第一个在随机预言机模型下适应性安全的多机构CP-ABE方案，而把标准模型下适应性安全的多机构CP-ABE方案的构造留作了待解决问题。另外，也没有CP-ABE系统能够完全阻止机构独立地解开密文。本文的第二部分将给出一个新的多机构CP-ABE系统，同时解决了上述的两个问题，而且达到了和Lewko-Waters方案一样的表达力和类似的效率。　　在一个ABE系统中（以CP-ABE系统为例），解密权限是定义在可以被多个用户共享的属性上的。由于一组属性对应的解密权限可能被多个（共享这些属性的）用户所共享，而不是被某个用户独享，如果没有一个追踪机制的话，其中的某个恶意的用户可能非常愿意泄露部分、甚至全部的这个解密权限给第三方。可追踪性分为两个水平：（1）白盒可追踪性：给定一个正常结构（well-formed）的解密密钥，一个白盒追踪算法能够找出该密钥的原始持有者（即恶意泄露该密钥的用户）；（2）黑盒可追踪性：给定一个解密设备，而不知道其中封装的解密算法和解密密钥的信息，一个黑盒追踪算法把该解密设备作为一个解密预言机（向该设备提供密文，并从该设备得到其解出的明文），能够追踪到至少一个参与制造这个解密设备的恶意用户。本文的第三部分将给出一个白盒可追踪CP-ABE系统，一个黑盒可追踪CP-ABE系统，和一个黑盒可追踪KP-ABE系统。作为可追踪ABE系统，这些系统首次同时达到了适应性安全和高表达力（即允许任意单调访问结构作为访问策略），而且这些系统获得可追踪性的代价达到了目前的最小水平，即，在密文和密钥中增加了常数个元素得到了白盒可追踪性，在密文和公钥中增加了O(√K)个元素得到了黑盒可追踪性（√K是系统中用户总数）。