論文の概要: LiteQSign: Lightweight and Quantum-Safe Signatures for Heterogeneous IoT Applications

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.18674v5
• Date: Mon, 21 Apr 2025 15:46:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-22 15:07:01.59193
• Title: LiteQSign: Lightweight and Quantum-Safe Signatures 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かつ量子セーフな署名
• Authors: Attila A. Yavuz, Saleh Darzi, Saif E. Nouma,
• Abstract要約: 従来のデジタルシグネチャは、計算量、メモリ、エネルギー資源に制限のあるローエンドデバイスでは利用できない。 LightQSign (LightQS) は、署名当たりのハッシュ操作数が小さいだけで、ほぼ最適のシグネチャ生成効率を実現する。 8ビットマイクロコントローラでは、PQよりも1.5-24倍高いエネルギー効率と1.7-22倍短いシグネチャを実現している。
• 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 rapid proliferation of resource-constrained IoT devices across sectors like healthcare, industrial automation, and finance introduces major security challenges. Traditional digital signatures, though foundational for authentication, are often infeasible for low-end devices with limited computational, memory, and energy resources. Also, the rise of quantum computing necessitates post-quantum (PQ) secure alternatives. However, NIST-standardized PQ signatures impose substantial overhead, limiting their practicality in energy-sensitive applications such as wearables, where signer-side efficiency is critical. To address these challenges, we present LightQSign (LightQS), a novel lightweight PQ signature that achieves near-optimal signature generation efficiency with only a small, constant number of hash operations per signing. Its core innovation enables verifiers to obtain one-time hash-based public keys without interacting with signers or third parties through secure computation. We formally prove the security of LightQSign in the random oracle model and evaluate its performance on commodity hardware and a resource-constrained 8-bit AtMega128A1 microcontroller. Experimental results show that LightQSign outperforms NIST PQC standards with lower computational overhead, minimal memory usage, and compact signatures. On an 8-bit microcontroller, it achieves up to 1.5-24x higher energy efficiency and 1.7-22x shorter signatures than PQ counterparts, and 56-76x better energy efficiency than conventional standards-enabling longer device lifespans and scalable, quantum-resilient authentication.
• Abstract（参考訳）: 医療、産業自動化、金融といった分野にまたがるリソース制約のIoTデバイスの急速な普及は、セキュリティ上の大きな課題をもたらしている。 従来のデジタルシグネチャは認証に基礎を置いているが、計算量、メモリ、エネルギー資源が限られているローエンドデバイスでは利用できないことが多い。 また、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。 しかしながら、NIST標準化されたPQシグネチャはかなりのオーバーヘッドを課し、シグナ側効率が不可欠であるウェアラブルのようなエネルギーに敏感なアプリケーションにおける実用性を制限している。 これらの課題に対処するために、LightQSign(LightQS)を提案する。これは、署名当たりのハッシュ操作数が少ないだけで、ほぼ最適なシグネチャ生成効率を実現する、新しい軽量PQシグネチャである。 その中核的なイノベーションは、セキュアな計算によって署名者や第三者と対話することなく、検証者がワンタイムのハッシュベースの公開鍵を得ることを可能にすることである。 我々は、ランダムオラクルモデルにおけるLightQSignのセキュリティを正式に証明し、コモディティハードウェアとリソース制約8ビットAtMega128A1マイクロコントローラの性能を評価する。 実験の結果,LightQSignは計算オーバーヘッドの低減,メモリ使用量の最小化,シグネチャのコンパクト化などにより,NIST PQC標準よりも優れていた。 8ビットマイクロコントローラでは、PQよりも1.5-24倍高いエネルギー効率と1.7-22倍短いシグネチャを実現し、従来よりも56-76倍のエネルギー効率を実現している。

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