論文の概要: Enhancing Transportation Cyber-Physical Systems Security: A Shift to Post-Quantum Cryptography

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.13023v1
• Date: Wed, 20 Nov 2024 04:11:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-21 16:11:23.875251
• Title: Enhancing Transportation Cyber-Physical Systems Security: A Shift to Post-Quantum Cryptography
• Title（参考訳）: 移動型サイバー物理システムセキュリティの強化:ポスト量子暗号へのシフト
• Authors: Abdullah Al Mamun, Akid Abrar, Mizanur Rahman, M Sabbir Salek, Mashrur Chowdhury,
• Abstract要約: 量子コンピューティングの台頭は、トランスポーテーションサイバー物理システム(TCPS)を保護する従来の暗号アルゴリズムを脅かす 本研究の目的は、これらのリスクを軽減するために、量子後暗号(PQC)への移行の緊急性を明らかにすることである。 我々は、従来の暗号の量子攻撃に対する脆弱性を分析し、TCPSにおけるNIST標準化PQCスキームの適用性を検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.676253819673155
• License:
• Abstract: The rise of quantum computing threatens traditional cryptographic algorithms that secure Transportation Cyber-Physical Systems (TCPS). Shor's algorithm poses a significant threat to RSA and ECC, while Grover's algorithm reduces the security of symmetric encryption schemes, such as AES. The objective of this paper is to underscore the urgency of transitioning to post-quantum cryptography (PQC) to mitigate these risks in TCPS by analyzing the vulnerabilities of traditional cryptographic schemes and the applicability of standardized PQC schemes in TCPS. We analyzed vulnerabilities in traditional cryptography against quantum attacks and reviewed the applicability of NIST-standardized PQC schemes, including CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, and SPHINCS+, in TCPS. We conducted a case study to analyze the vulnerabilities of a TCPS application from the Architecture Reference for Cooperative and Intelligent Transportation (ARC-IT) service package, i.e., Electronic Toll Collection, leveraging the Microsoft Threat Modeling tool. This case study highlights the cryptographic vulnerabilities of a TCPS application and presents how PQC can effectively counter these threats. Additionally, we evaluated CRYSTALS-Kyber's performance across wired and wireless TCPS data communication scenarios. While CRYSTALS-Kyber proves effective in securing TCPS applications over high-bandwidth, low-latency Ethernet networks, our analysis highlights challenges in meeting the stringent latency requirements of safety-critical wireless applications within TCPS. Future research should focus on developing lightweight PQC solutions and hybrid schemes that integrate traditional and PQC algorithms, to enhance compatibility, scalability, and real-time performance, ensuring robust protection against emerging quantum threats in TCPS.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの台頭は、TCPS(Transportive Cyber-Physical Systems)を保護する従来の暗号アルゴリズムを脅かす。 ShorのアルゴリズムはRSAやECCに重大な脅威を与える一方、GroverのアルゴリズムはAESのような対称暗号方式のセキュリティを低下させる。 本研究の目的は、従来の暗号方式の脆弱性を分析し、TCPSにおける標準化されたPQC方式の適用性を解析し、これらのリスクを軽減するために、量子後暗号(PQC)への移行の緊急性を明らかにすることである。 量子攻撃に対する従来の暗号の脆弱性を分析し,TCPSにおけるCRYSTALS-Kyber,CRYSTALS-Dilithium,SPHINCS+などのNIST規格のPQCスキームの適用性を検討した。 我々は、Microsoft Threat Modelingツールを活用した、ARC-ITサービスパッケージ(Electronic Toll Collection)からTCPSアプリケーションの脆弱性を分析するケーススタディを行った。 このケーススタディでは、TCPSアプリケーションの暗号的脆弱性を強調し、PQCがこれらの脅威を効果的に対処する方法を示します。 さらに,CRYSTALS-Kyberの性能を有線および無線TPSデータ通信シナリオ間で評価した。 CRYSTALS-Kyberは、高帯域幅で低レイテンシのイーサネットネットワーク上でTCPSアプリケーションを保護するのに有効であるが、我々の分析は、TCPS内の安全クリティカルな無線アプリケーションの厳しいレイテンシ要件を満たす上での課題を浮き彫りにしている。 今後の研究は、従来のPQCアルゴリズムとPQCアルゴリズムを統合する軽量なPQCソリューションとハイブリッドスキームの開発に注力し、互換性、スケーラビリティ、リアルタイムパフォーマンスを高め、TCPSの出現する量子脅威に対する堅牢な保護を確保することにある。

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