論文の概要: A Non-Invasive Cloud-Based Migration Strategy for Post-Quantum Cybersecurity in Smart HVAC Systems: Architecture, Implementation, and Empirical Evaluation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.27828v1
- Date: Wed, 19 Aug 2026 04:11:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-28 05:09:55.977527
- Title: A Non-Invasive Cloud-Based Migration Strategy for Post-Quantum Cybersecurity in Smart HVAC Systems: Architecture, Implementation, and Empirical Evaluation
- Title(参考訳): スマートHVACシステムにおけるポスト量子サイバーセキュリティのための非侵襲的クラウドベースマイグレーション戦略:アーキテクチャ,実装,実証評価
- Abstract要約: 量子後直接暗号は実現不可能である。
我々は、デバイス、ファームウェア、クラウドの変更を必要とせず、非依存のPQCを提案する。
ゲートウェイは、32コアのクラウドインスタンスで毎秒3546セッションに外挿され、32のコンカレントコネクションで443セッション/秒、100%成功している。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Legacy smart HVAC controllers rely on vendor-cloud TLS secured by ECDH and RSA, both broken by Shor's algorithm, and typical 10-15 year lifespans mean today's devices remain in service through the quantum-threat era. Direct on-device post-quantum cryptography is infeasible: an ESP32-S3, representative of capable HVAC hardware, has only 339 KB free heap against the 900 KB ML-KEM-768 requires, and even classical ECDH-P256 keygen (111.93 ms) dwarfs hardware AES-128 (0.032 ms). We propose a non-invasive PQC proxy, requiring no device, firmware, or vendor-cloud changes, performing ML-KEM-768 encapsulation and ML-DSA-65 authentication (NIST FIPS 203/204) with AES-256-GCM session keys via HKDF, implemented with Open Quantum Safe liboqs on a Raspberry Pi 4B gateway. Over 500 runs, the post-quantum handshake (Steps 1-6) completes in 2.48 ms, 0.38 ms slower than classical baseline, with PQC computation around 8% of handshake time at 20 ms simulated round-trip network latency. The gateway sustains 443 sessions/second, 100% success under 32 concurrent connections, extrapolating to 3546 sessions/second on a 32-core cloud instance. Five side-channel tests, including verified in-place session-key zeroization and a fixed-vs-random TVLA timing analysis, found no exploitable timing leakage or susceptibility to man-in-the-middle attacks. The architecture is vendor-agnostic and becomes unnecessary once vendors adopt NIST PQC natively.
- Abstract(参考訳): レガシーなスマートなHVACコントローラは、ECDHとRSAによって保護されたベンダークラウドTLSに依存しており、どちらもShorのアルゴリズムによって壊れている。
ESP32-S3は、能力のあるHVACハードウェアを代表し、900KBのML-KEM-768に対して339KBの無料ヒープしか必要とせず、古典的なECDH-P256キーゲン(111.93 ms)でさえ、AES-128(0.032 ms)のハードウェアを使用する。
Raspberry Pi 4Bゲートウェイ上で,Open Quantum Safe Liboqsで実装されたHKDFを介して,AES-256-GCMセッションキーを用いたML-KEM-768カプセル化とML-DSA-65認証(NIST FIPS 203/204)を行う非侵襲的なPQCプロキシを提案する。
500回以上実行された後手シェイク(ステップ1-6)は、古典的なベースラインよりも2.48ms、0.38ms遅い。
ゲートウェイは443セッション/秒で、32の同時接続で100%成功し、32コアのクラウドインスタンスで3546セッション/秒に外挿される。
現場でのセッションキーゼロ化と固定vsランダムTVLAタイミング分析を含む5つのサイドチャネルテストでは、悪用可能なタイミングリークや中間者攻撃に対する感受性は見つからなかった。
アーキテクチャはベンダに依存しないため、ベンダがNIST PQCをネイティブに採用すれば不要になる。
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