論文の概要: Lightweight and Scalable Post-Quantum Authentication for Medical Internet of Things

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.18674v3
• Date: Thu, 9 May 2024 19:40:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-05-13 20:17:21.523077
• Title: Lightweight and Scalable Post-Quantum Authentication for Medical Internet of Things
• Title（参考訳）: 医療用インターネットのための軽量でスケーラブルなポスト量子認証
• Authors: Attila A. Yavuz, Saleh Darzi, Saif E. Nouma,
• Abstract要約: メディカル・インターネット・オブ・モノ(MIoT)は、分析、監視、診断のためにユーザからセキュリティに敏感なデータを収集するリソース限定の医療組み込みデバイスを格納する。 現在のIoTシステムで使用される従来のシグネチャは、必要な長期的なセキュリティが欠如しており、出現する量子コンピュータの脅威に対して脆弱である可能性がある。 本稿では,軽量PQデジタル署名であるINFinity-HORSを紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9185059111021852
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Medical Internet of Things (MIoT) harbors resource-limited medical embedded devices that collect security-sensitive data from users for analysis, monitoring, and diagnosis. Digital signatures play a foundational role in ensuring the authentication and integrity of this sensitive medical information, critical for the trustworthiness of MIoT applications. However, traditional signatures used in current IoT systems may lack the necessary long-term security and are vulnerable to emerging quantum computer threats. NISt's PQC standards impose heavy overhead unsuitable for battery-limited MIoT devices. Efforts to design more computationally efficient PQ signatures have faced challenges, either introducing significant memory overhead and potential vulnerabilities or relying on strong assumptions. Hence, this paper introduces INFinity-HORS (INF-HORS), a lightweight PQ digital signature. To the best of our knowledge, INF-HORS is the first signer-optimal hash-based signature offering polynomial unbounded signing capabilities under minimal architectural assumptions. Unlike other PQ signatures, INF-HORS does not require hyper-tree structures or incur the high memory usage seen in multivariate counterparts. Our performance analysis confirms that INF-HORS is significantly more computationally efficient than NIST PQC standards like Dilithium and SPHINCS+. We prove INF-HORS's security in the random oracle model and show through experiments that it achieves 20x faster signature generation and smaller signature and private key sizes compared to BLISS-I on an 8-bit ATxmega128A1 microcontroller. INF-HORS does not rely on non-colluding verification servers, secure enclaves, or trusted verification assisting entities, minimizing security risks and making it ideal for MIoT with minimal cryptographic overhead and strong security assumptions.
• Abstract（参考訳）: メディカル・インターネット・オブ・モノ(MIoT)は、分析、監視、診断のためにユーザからセキュリティに敏感なデータを収集するリソース限定の医療組み込みデバイスを格納している。 デジタル署名は、この機密性の高い医療情報の認証と整合性を保証する上で、基礎的な役割を果たす。 しかし、現在のIoTシステムで使用される従来のシグネチャには、必要な長期的なセキュリティが欠如しており、出現する量子コンピュータの脅威に対して脆弱である可能性がある。 NIStのPQC標準は、バッテリー限定のMIoTデバイスには適さない重いオーバーヘッドを課している。 より計算効率のよいPQシグネチャを設計する努力は、大きなメモリオーバーヘッドと潜在的な脆弱性を導入するか、強い仮定に依存するか、課題に直面している。 そこで本研究では、軽量PQデジタル署名であるINF-HORS(INF-HORS)を紹介する。 我々の知る限り、INF-HORSは最小限のアーキテクチャ仮定の下で多項式非有界署名機能を提供する最初のシグナ-最適ハッシュベースのシグネチャである。 他のPQ署名とは異なり、INF-HORSはハイパーツリー構造を必要としない。 性能分析の結果,INF-HORS は Dilithium や SPHINCS+ のような NIST PQC 標準よりも計算効率が高いことが確認された。 我々は、無作為なオラクルモデルにおけるINF-HORSのセキュリティを証明し、8ビットのATxmega128A1マイクロコントローラ上でBLISS-Iと比較して、20倍高速なシグネチャ生成とより小さなシグネチャとプライベートキーサイズを実現する実験を行った。 INF-HORSは、不正な検証サーバ、セキュアなエンクレーブ、信頼できる検証支援エンティティを頼りにせず、セキュリティリスクを最小限にし、最小限の暗号オーバーヘッドと強力なセキュリティ仮定を持つMIoTにとって理想的なものにしている。

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