論文の概要: A Lightweight Post-Quantum Authentication Framework for 5G Base Station Bootstrapping
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.30542v1
- Date: Mon, 29 Jun 2026 16:42:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:16.336
- Title: A Lightweight Post-Quantum Authentication Framework for 5G Base Station Bootstrapping
- Title（参考訳）: 5G基地局ブートストラップのための軽量ポスト量子認証フレームワーク
- Abstract要約: EMULSION(エミュレーション)は、5Gブロードキャスト認証のための対称チェインで公に検証可能な認証フレームワークである。
ML-DSAよりも33倍、通信オーバーヘッドが31倍、12倍、FN-DSAより5.4倍少ない。
我々は、EMULSIONのセキュリティを正式に証明し、公開テストと適応のための実装をオープンソース化する。
- 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 absence of authenticated bootstrapping between User Equipments (UEs) and Base Stations (BSs) in 5G leaves System Information Block (SIB) broadcasts unprotected, enabling fake BS attacks, man-in-the-middle interception, and spoofed emergency alerts. Prior efforts such as Public Key Infrastructure (PKI)-based certificate chains, token-based schemes, and identity-based signatures either impose overhead exceeding 5G's strict packet-size constraints or lack post-quantum (PQ) security. Direct NIST-PQC integration is infeasible: ML-DSA requires 34 fragmented SIB1 packets and up to 5,282,ms end-to-end delay, and FN-DSA still requires 13 fragments and up to 1,920,ms. We propose $\emulsion$, a symmetric chained publicly verifiable authentication framework for 5G/6G BS broadcast authentication. EMULSION is the first framework to exploit native 5G architectural features: fixed SIB transmission windows, millisecond-level time synchronization, and eSIM/USIM credential management to achieve genuine PQ security at symmetric-key efficiency. It uses a TESLA-style HMAC chain anchored by a compact PQ signature (MAYO) applied once per epoch, fitting authentication within a single packet with no fragmentation and eliminating certificate transmission entirely. Unlike all prior schemes, EMULSION protects the full SIB family (SIB1-SIB21). Evaluated on a real over-the-air 5G testbed, EMULSION achieves 33x lower end-to-end delay and 31x less communication overhead than ML-DSA, and 12x lower delay and 5.4x less overhead than FN-DSA. We formally prove the security of EMULSION and open-source its implementation for public testing and adaptation.
- Abstract（参考訳）: ユーザー機器(UE)と基地局(BS)の間の認証されたブートストラップがないため、システム情報ブロック(SIB)は保護されていない。
Public Key Infrastructure(PKI)ベースの証明書チェーン、トークンベースのスキーム、IDベースのシグネチャといった以前の取り組みでは、5Gの厳格なパケットサイズ制約を超えるオーバーヘッドを課していたり、PQ後のセキュリティが欠如していたりしていた。
ML-DSAは34個のSIB1パケット、最大5,282,msのエンドツーエンド遅延を必要とし、FN-DSAは13個のフラグメントと最大1,920,msを必要とする。
我々は、5G/6G BSブロードキャスト認証のための対称連鎖型公検証認証フレームワークである$\emulsion$を提案する。
EMULSIONは、固定SIB送信ウィンドウ、ミリ秒レベルの時間同期、eSIM/USIMクレデンシャル管理といったネイティブな5Gアーキテクチャ機能を利用する最初のフレームワークであり、真のPQセキュリティを対称キー効率で実現している。
TESLAスタイルのHMACチェーンを1時間に1回適用されたコンパクトPQシグネチャ(MAYO)で固定し、断片化せずに認証を単一のパケットに適合させ、証明書の送信を完全に排除する。
以前のすべてのスキームとは異なり、EMULSIONは完全なSIBファミリー(SIB1-SIB21)を保護する。
実機オーバーザエア5Gテストベッドで評価すると、EMULSIONは、ML-DSAよりも33倍、通信オーバーヘッドは31倍、12倍、FN-DSAより5.4倍小さい。
我々は、EMULSIONのセキュリティを正式に証明し、公開テストと適応のための実装をオープンソース化する。
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