論文の概要: Authentication Against Insecure Bootstrapping for 5G Networks: Feasibility, Resiliency, and Transitional Solutions in Post-Quantum Era

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.23457v1
• Date: Mon, 27 Oct 2025 15:56:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-28 19:54:32.623131
• Title: Authentication Against Insecure Bootstrapping for 5G Networks: Feasibility, Resiliency, and Transitional Solutions in Post-Quantum Era
• Title（参考訳）: 5Gネットワークにおける安全でないブートストラップに対する認証:ポスト量子時代の可能性、レジリエンス、遷移解
• Authors: Saleh Darzi, Mirza Masfiqur Rahman, Imtiaz Karim, Rouzbeh Behnia, Attila A Yavuz, Elisa Bertino,
• Abstract要約: 5Gプロトコルは、初期ブートストラップフェーズにおいて、堅牢な基地局認証機構を欠いている。 公開鍵基盤(PKI)に基づくデジタルシグネチャやアイデンティティベースのシグネチャを含む従来のソリューションは、量子能力のある敵に対して不十分である。 本稿では,Fail-Stopプロパティを持つ階層型IDベースのThreshold Signatureスキームに基づく過渡認証ソリューションであるBORGを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.889502556532639
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The 5G protocol lacks a robust base station authentication mechanism during the initial bootstrapping phase, leaving it susceptible to threats such as fake base station attacks. Conventional solutions, including digital signatures based on Public Key Infrastructures (PKIs) and identity-based signatures, are inadequate against quantum-capable adversaries. While integrating NIST's Post-Quantum Cryptography (PQC) standards is a leading approach for quantum resistance, their suitability for 5G base station authentication remains unexplored. Moreover, current solutions are predominantly centralized and lack security features such as distributed authentication. This work presents, to our knowledge, the first comprehensive network-level performance characterization of integrating NIST-PQC standards and conventional digital signatures (including threshold and identity-based schemes) into 5G base station authentication. Our findings reveal significant feasibility concerns, with direct PQC adoption hindered by protocol constraints and large signature sizes. We also highlight the performance limitations of conventional methods due to the overhead of certificate chains. To mitigate these challenges, we propose BORG, a transitional authentication solution based on a Hierarchical Identity-Based Threshold Signature scheme with a Fail-Stop property. BORG offers post-mortem post-quantum forgery detection and distributed trust via threshold and compact signatures, well-suited for 5G's stringent requirements. Our performance analysis underscores an important warning on the infeasibility of direct PQC integration and positions BORG as an effective transitional solution toward future quantum-resilient 5G authentication.
• Abstract（参考訳）: 5Gプロトコルは、初期ブートストラッピング段階では堅牢な基地局認証機構が欠如しており、偽基地局攻撃のような脅威を受けやすいままである。 公開鍵基盤(PKI)に基づくデジタルシグネチャやアイデンティティベースのシグネチャを含む従来のソリューションは、量子能力のある敵に対して不十分である。 NISTのポスト量子暗号(PQC)標準の統合は、量子抵抗の主要なアプローチであるが、5G基地局認証への適合性はまだ明らかにされていない。 さらに、現在のソリューションは主に集中型であり、分散認証のようなセキュリティ機能が欠けている。 本研究は,NIST-PQC標準と従来のデジタル署名(しきい値とIDベースのスキームを含む)を5Gベースステーション認証に統合するネットワークレベルの性能評価を,我々の知る限り初めて包括的に行ったものである。 本研究は,プロトコル制約や署名サイズが原因で,直接PQCの採用が阻害されるなど,実現可能性に重大な懸念を呈するものである。 また,証明書チェーンのオーバーヘッドによる従来の手法の性能制限も強調する。 これらの課題を緩和するため,階層的アイデンティティに基づくThreshold Signatureスキームに基づく過渡認証ソリューションであるBORGを提案する。 BORGは5Gの厳格な要件に適した、量子後偽造検知としきい値とコンパクトシグネチャによる分散信頼を提供する。 我々の性能分析は、直接PQC統合の実現可能性について重要な警告を示し、BORGを将来の量子レジリエント5G認証への効果的な移行ソリューションとして位置づけている。

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