論文の概要: Benchmarking Post-Quantum Cryptography in Lightweight Virtualization Environments on Embedded Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.23902v1
• Date: Sun, 20 Sep 2026 22:24:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-24 16:08:54.307464
• Title: Benchmarking Post-Quantum Cryptography in Lightweight Virtualization Environments on Embedded Hardware
• Title（参考訳）: 組み込みハードウェア上での軽量仮想化環境におけるポスト量子暗号のベンチマーク
• Abstract要約: 3つの実行環境下での組み込みARMハードウェア上でのPQCプリミティブの測定について述べる。 5つのシグネチャと5つのキーカプセル化機構ファミリをベンチマークし、比較のために2つの古典的アルゴリズムを比較した。 約70構成の異なるパラメータセットを用いて評価し,実行時間,メモリ,演算エネルギーを測定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Post-Quantum Cryptography (PQC) is being deployed while embedded systems increasingly adopt lightweight virtualization for workload isolation and security. Both trends change performance characteristics, yet their interaction is not well understood. To address this, we present a measurement study of PQC primitives on embedded-class ARM hardware under three execution environments with a shared software stack: native execution, a Docker container, and a Unikraft unikernel running under QEMU. We benchmark five signature and five key encapsulation mechanism families, and, for comparison, two classical algorithms each. We evaluate them using different parameter sets for a total of around 70 configurations, measuring execution time, memory, and energy per operation. To better gauge the impact on applications, we evaluated TLS 1.3 cipher combinations. We find that container overhead is negligible for primitive computation, whereas unikernel overhead depends on the algorithm. For most PQC families the overhead is negligible. A moderate overhead (1.28-1.53) arises in BIKE, HQC, and MAYO, and, above all, in Falcon signing (17.8-19.2). Per-operation energy closely tracks execution time in all environments. For TLS handshakes, container and unikernel clients need more time and energy per handshake, while all three environments converge once expensive post-quantum algorithms dominate the handshake. In these cases algorithm choice affects per-handshake energy by up to three orders of magnitude, far outweighing the environment. Overall, virtualization cost is inversely related to cryptographic cost: environment choice matters most for computationally cheap, standardized algorithms, while for expensive schemes, algorithm choice alone dominates performance.
• Abstract（参考訳）: PQC(Post-Quantum Cryptography)は、組み込みシステムがワークロードの分離とセキュリティのために軽量な仮想化を採用する一方で、デプロイされている。 どちらの傾向も性能特性を変えるが、それらの相互作用はよく理解されていない。 これを解決するために、我々は、ネイティブ実行、Dockerコンテナ、およびQEMUの下で実行されるUnikraftユニカーネルという、共有ソフトウェアスタックを持つ3つの実行環境下での組み込みクラスのARMハードウェア上のPQCプリミティブの測定研究を示す。 5つのシグネチャと5つのキーカプセル化機構ファミリをベンチマークし、比較のために2つの古典的アルゴリズムを比較した。 約70構成の異なるパラメータセットを用いて評価し,実行時間,メモリ,演算エネルギーを測定した。 アプリケーションへの影響をよりよく評価するために,TLS 1.3暗号の組み合わせを評価した。 コンテナのオーバーヘッドはプリミティブな計算では無視できるが、ユニカーネルのオーバーヘッドはアルゴリズムに依存している。 ほとんどのPQCファミリーではオーバーヘッドは無視できる。 緩やかなオーバーヘッド(1.28-1.53)は、BIKE、HQC、MAYOで発生し、特にファルコンの署名(17.8-19.2)で発生する。 運用毎のエネルギは、すべての環境における実行時間を綿密に追跡する。 TLSハンドシェイクでは、コンテナとユニカーネルクライアントはハンドシェイク毎により多くの時間とエネルギーを必要とし、一方、3つの環境はすべて、高価なポスト量子アルゴリズムがハンドシェイクを支配した時に収束する。 これらの場合、アルゴリズムの選択は、最大3桁のハンドシェイクエネルギーに影響し、環境よりもはるかに上回る。 全体的な仮想化コストは、暗号化コストと逆の関連性がある:環境選択は、計算的に安価で標準化されたアルゴリズムにおいて最も重要であり、一方で高価なスキームでは、アルゴリズム選択のみがパフォーマンスを支配している。

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