論文の概要: LiteQSign: Lightweight and Scalable Post-Quantum Authentication for Heterogeneous IoT Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.18674v4
• Date: Sun, 02 Mar 2025 22:54:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-04 13:03:22.453067
• Title: LiteQSign: Lightweight and Scalable Post-Quantum Authentication for Heterogeneous IoT Applications
• Title（参考訳）: LiteQSign: 異種IoTアプリケーション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: LightQSign (LightQS) は、IoT(Internet of Things)デバイス用の軽量なポスト量子(PQ)シグネチャスキームである。 LiteQSは、署名プロセス当たりのハッシュ操作数を一定に抑えて、ほぼ最適のシグネチャ生成効率を実現する。 この設計では、非凝固検証サーバ、セキュアエンクレーブ、信頼できるアシストエンティティの必要性がなくなる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9185059111021852
• License:
• Abstract: Traditional digital signatures face significant challenges on low-end IoT devices due to limited computational power, memory, and energy resources. Simultaneously, the rise of quantum computing necessitates post-quantum (PQ) secure alternatives. However, PQ-secure signatures typically incur substantial costs, hindering their adoption in IoT applications like wearable health devices, trackers, and smart sensors, where efficient signature generation is critical for prolonged device lifespan and optimal resource utilization. To address these challenges, we present LightQSign (LightQS), a novel lightweight PQ signature scheme that achieves near-optimal signature generation efficiency with only a small, constant number of hash operations per signing process. The core innovation lies in enabling verifiers to obtain one-time hash-based public keys without interacting with signers or third parties through secure computation. This design eliminates the need for non-colluding verification servers, secure enclaves, or trusted assisting entities, thereby reducing security risks and extending IoT device battery life with minimal cryptographic overhead. We formally prove the security of LiteQS in the random oracle model and conduct a thorough performance analysis, demonstrating that it outperforms NIST PQC standards with significantly lower computational overhead, minimal memory usage, and a compact signature footprint. Experiments on an 8-bit microcontroller show that LiteQS achieves 20x faster signature generation while producing smaller signature and private key sizes compared to state-of-the-art schemes.
• Abstract（参考訳）: 従来のデジタルシグネチャは、計算能力、メモリ、エネルギー資源の制限により、ローエンドのIoTデバイスにおいて重大な課題に直面している。 同時に、量子コンピューティングの台頭は、量子後(PQ)安全な代替手段を必要とする。 しかし、PQ安全なシグネチャは一般的にかなりのコストを発生させ、ウェアラブルヘルスデバイスやトラッカー、スマートセンサーといったIoTアプリケーションへの採用を妨げる。 これらの課題に対処するために,ライトQSign(LightQS)を提案する。ライトQSign(LightQS)は,署名処理あたりのハッシュ操作数を最小限に抑えて,ほぼ最適なシグネチャ生成効率を実現する軽量なPQシグネチャ方式である。 中心となるイノベーションは、認証者が安全な計算によって署名者や第三者と対話することなく、ワンタイムのハッシュベースの公開鍵を取得できるようにすることである。 この設計は、非凝固検証サーバ、セキュアエンクレーブ、信頼できるアシストエンティティの必要性を排除し、セキュリティリスクを低減し、最小限の暗号オーバーヘッドでIoTデバイスのバッテリ寿命を延長する。 ランダムオラクルモデルにおけるLiteQSのセキュリティを正式に証明し、徹底的な性能解析を行い、計算オーバーヘッドが大幅に小さく、メモリ使用量が最小で、署名フットプリントがコンパクトで、NIST PQC標準より優れていることを示す。 8ビットマイクロコントローラの実験では、LiteQSは20倍高速なシグネチャ生成を実現し、最先端のスキームに比べてより小さなシグネチャとプライベートキーサイズを生成する。

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