論文の概要: CHRONOS: A Hardware-Assisted Phase-Decoupled Framework for Secure Federated Learning in IoT

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19053v2
• Date: Thu, 30 Apr 2026 02:51:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-01 14:06:12.524749
• Title: CHRONOS: A Hardware-Assisted Phase-Decoupled Framework for Secure Federated Learning in IoT
• Title（参考訳）: CHRONOS: IoTのセキュアなフェデレーション学習のためのハードウェア支援のフェーズ分離フレームワーク
• Abstract要約: CHRONOSはハードウェア支援フレームワークで、アクティブなトレーニングフェーズからプライベートなグラデーションアグリゲーションに必要な暗号化セットアップを分離する。 一時的なキーペアを生成し、ARM TrustZoneエンクレーブ内でPRGキーを完全に生成する。 20クライアントの同期セキュアアグリゲーションと比較して、アクティブフェーズアグリゲーションのレイテンシを最大74%削減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We propose CHRONOS, a hardware-assisted framework that decouples the cryptographic setup required for private gradient aggregation from the active training phase. CHRONOS executes a once-per-epoch server-relayed Diffie-Hellman key exchange during a device's idle window. It generates ephemeral keypairs and derives PRG keys entirely within an ARM TrustZone enclave, ensuring private keys never exist in Normal World memory. Pairwise secrets are sealed in the enclave, and Shamir secret shares of the ephemeral private key are distributed to peers. During training, clients mask gradients with a single stream-cipher evaluation and transmit them in one communication round. A hardware-backed round counter enforces single-use freshness. If clients drop out mid-round, the server reconstructs their masks from peer-held Shamir shares, preserving correct aggregation without repeating the round. Evaluation on Rock Pi 4 devices using OP-TEE demonstrates that CHRONOS achieves OS-level compromise resistance and thwarts state-of-the-art gradient inversion attacks. It reduces active-phase aggregation latency by up to 74% compared to synchronous secure aggregation for 20 clients. The system maintains a persistent Secure World storage footprint of fewer than 700 bytes per device, scaling independently of model dimension.
• Abstract（参考訳）: ハードウェア支援フレームワークであるChronosを提案する。これは、アクティブトレーニングフェーズからプライベートグラデーションアグリゲーションに必要な暗号化セットアップを分離する。 CHRONOSは、デバイスのアイドルウィンドウ中に、1時間に1回のサーバリレーされたDiffie-Hellmanキー交換を実行する。 短命のキーペアを生成し、ARM TrustZoneエンクレーブ内でPRGキーを完全に導出する。 ペアワイズ秘密はエンクレーブに封印され、短命の秘密鍵のシャミール秘密は仲間に分配される。 トレーニング中、クライアントは単一のストリーム暗号評価でグラデーションをマスクし、1つの通信ラウンドで送信する。 ハードウェアバックのラウンドカウンタは、シングルユースフレッシュを強制する。 クライアントが中途半端に落ちると、サーバはピアヘルドのShamir株からマスクを再構築し、ラウンドを繰り返すことなく正しいアグリゲーションを保存する。 OP-TEEを用いたRock Pi 4デバイスの評価では、CHRONOSはOSレベルの妥協耐性を達成し、最先端の勾配反転攻撃を回避している。 20クライアントの同期セキュアアグリゲーションと比較して、アクティブフェーズアグリゲーションのレイテンシを最大74%削減する。 このシステムは1デバイスあたり700バイト未満の永続的なSecure Worldストレージフットプリントを維持し、モデル次元とは独立してスケールする。

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