論文の概要: Lightweight Session-Key Rekeying Framework for Secure IoT-Edge Communication
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02924v1
- Date: Tue, 04 Nov 2025 19:12:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-06 18:19:32.214719
- Title: Lightweight Session-Key Rekeying Framework for Secure IoT-Edge Communication
- Title（参考訳）: セキュアなIoT-Edge通信のための軽量セッションキーリキーフレームワーク
- Authors: Haranath Rakshit, Rajkumar Bhandari, Subhasis Banerjee,
- Abstract要約: 本稿では,HMACに基づく鍵導出関数(HKDF-SHA256)を用いてセッションごとのAES-GCM鍵を導出する動的セッション拡張鍵プロトコル(DSEKP)を提案する。
その結果、スループットと信頼性はほぼ同じで、ある程度のオーバーヘッドがあり、セッションごとのフォワードシークレットとビルトインのリプレイプロテクトが提供された。
これらの結果から、動的対称対称化は、最小計算コストと帯域幅コストでIoT-Edgeリンクを大幅に強化できることが示された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The proliferation of Internet of Things (IoT) networks demands security mechanisms that protect constrained devices without the computational cost of public-key cryptography. Conventional Pre-Shared Key (PSK) encryption, while efficient, remains vulnerable due to static key reuse, replay attacks, and the lack of forward secrecy. This paper presents the Dynamic Session Enhanced Key Protocol (DSEKP) - a lightweight session-key rekeying framework, a fully symmetric extension to PSK that derives per-session AES-GCM keys using the HMAC-based Key Derivation Function (HKDF-SHA256) and authenticates session establishment through an HMAC proof in a single init-ack exchange. DSEKP was implemented on an ESP32 IoT sensor node and a Raspberry Pi 5 edge server communicating through a Mosquitto MQTT broker, and benchmarked against a static PSK baseline over more than 6,500 encrypted packets per configuration. The results demonstrate nearly identical throughput and reliability, with moderate overhead - mean latency increased by 27% and payload size by 10% - while delivering per-session forward secrecy and built-in replay protection. These findings confirm that dynamic symmetric rekeying can substantially strengthen IoT-Edge links with minimal computational and bandwidth cost, offering a practical migration path from static PSK to session-aware, scalable, and reproducible IoT security.
- Abstract（参考訳）: モノのインターネット(IoT)ネットワークの普及は、公開鍵暗号の計算コストを伴わずに、制約されたデバイスを保護するセキュリティメカニズムを要求する。
従来のプリシェアキー(PSK)暗号化は効率的だが、静的キーの再利用、リプレイアタック、フォワードシークレットの欠如により脆弱なままである。
本稿では,セッションキーリキーフレームワークであるDynamic Session Enhanced Key Protocol (DSEKP)について述べる。このフレームワークは,セッション単位のAES-GCMキーをHMACベースのキー導出関数(HKDF-SHA256)を用いて導出し,HMAC証明によるセッション確立の認証を行うPSKの完全対称拡張である。
DSEKPはESP32 IoTセンサーノードと、Mosquitto MQTTブローカを介して通信するRaspberry Pi 5エッジサーバ上に実装され、構成毎に6500以上の暗号化パケットを使用して静的PSKベースラインに対してベンチマークされた。
その結果、スループットと信頼性がほぼ同じで、オーバーヘッドが適度で、平均遅延が27%増加し、ペイロードサイズが10%向上する一方で、セッションごとのフォワードシークレットとビルトインのリプレイ保護が実現した。
これらの結果から,動的対称リキーは,静的PSKからセッション認識,スケーラブル,再現可能なIoTセキュリティへの現実的なマイグレーションパスを提供するため,最小の計算と帯域幅のコストでIoT-Edgeリンクを大幅に強化することができることが確認された。
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