論文の概要: HPQ-AKE: A Provably Secure Sign-Less Hybrid Authenticated Key Exchange Protocol for Bandwidth-Constrained IoT and Edge Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.12024v1
• Date: Thu, 08 Oct 2026 14:21:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-10 02:36:54.074828
• Title: HPQ-AKE: A Provably Secure Sign-Less Hybrid Authenticated Key Exchange Protocol for Bandwidth-Constrained IoT and Edge Networks
• Title（参考訳）: HPQ-AKE: 帯域制限付きIoTおよびエッジネットワークのための、おそらくセキュアな署名レスハイブリッド認証キー交換プロトコル
• Abstract要約: HPQ-AKEは、RSA対応IoTゲートウェイとエッジ/クラウドサービスのための、サインレスハイブリッド認証キー交換である。 AKEセキュリティ、フォワードシークリーシー、条件付きKCI耐性を、長期キーのみの露光仮定の下で確立する。 結果はゲートウェイクラスのIoTおよびエッジプラットフォームの評価を動機付けている。
• 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: Securing bandwidth-constrained Internet of Things (IoT) and edge networks during post-quantum migration creates an authentication trade-off: ML-KEM provides post-quantum key establishment, whereas post-quantum signatures increase certificate-chain size, verification cost, and handshake latency. We present HPQ-AKE, a sign-less hybrid authenticated key exchange for RSA-enabled IoT gateways and edge/cloud services that replaces transcript signatures with dual KEMs. HPQ-AKE combines ML-KEM-768 for post-quantum session secrecy and forward secrecy with RSA-OAEP for implicit mutual authentication, preserving existing RSA-enabled infrastructure during migration. We analyze HPQ-AKE in an extended Bellare-Rogaway model, separating classical authentication in the Random Oracle Model from session-key secrecy in the Quantum Random Oracle Model. Under the Module-LWE and RSA assumptions, it establishes AKE security, forward secrecy, and conditional KCI resistance under the long-term-key-only exposure assumptions. Evaluation combines x86 micro-benchmarking, analytical latency modeling, and 10,000-iteration Monte Carlo simulation. HPQ-AKE reduces modeled handshake transmission from 13,009 to 5,668 Bytes, a 56.4% reduction relative to a Hybrid TLS 1.3 Full handshake, while requiring 7.11 ms of total local computation on the measured x86 testbed. Under a simulated 50 kbps satellite-like link with 600 ms RTT and stochastic jitter, median latency is 1,914 ms, 31.4% below the 2,791 ms baseline. At 20 ms RTT, modeled break-even thresholds are 0.31 Mbps against the pre-cached baseline and 4.08 Mbps against the full baseline; both decrease as RTT increases. These x86-based results motivate evaluation on gateway-class IoT and edge platforms; performance on ARM gateways and unaccelerated microcontrollers remains unvalidated.
• Abstract（参考訳）: 帯域制限付きモノのインターネット(IoT)とエッジネットワークの確保は、量子後移行時の認証トレードオフを生み出す: ML-KEMは、量子後キーの確立を提供するが、量子後シグネチャは、証明書チェーンのサイズ、検証コスト、ハンドシェイクレイテンシを増大させる。 我々は、RSA対応のIoTゲートウェイとエッジ/クラウドサービスのための署名なしハイブリッド認証キー交換であるHPQ-AKEを紹介し、転写署名をデュアルKEMに置き換える。 HPQ-AKEはML-KEM-768とML-KEM-768とRSA-OAEPを組み合わせて暗黙の相互認証を行い、移行中に既存のRSA対応インフラストラクチャを保存する。 我々は,Random Oracle Modelにおける古典的認証とQuantum Random Oracle Modelにおけるセッションキー機密を分離し,拡張されたBellare-RogawayモデルでHPQ-AKEを解析する。 Module-LWEとRSAの仮定の下では、AKEセキュリティ、フォワードシークリーシー、条件付きKCI抵抗を長期キーのみの露光仮定の下で確立する。 評価にはx86マイクロベンチマーク、解析遅延モデリング、モンテカルロシミュレーションが組み込まれている。 HPQ-AKEは、モデル化されたハンドシェイクの送信を13,009から5,668バイトに減らし、ハイブリッドTLS 1.3のフルハンドシェイクと比較して56.4%削減した。 50kbpsの衛星ライクなリンクと600msのRTTと確率ジッタのシミュレーションの下では、中央のレイテンシは1,914msであり、2,791msのベースラインより31.4%低い。 20msのRTTでは、プレキャッシュベースラインに対して0.31Mbps、フルベースラインに対して4.08Mbpsである。 これらのx86ベースの結果は、ゲートウェイクラスのIoTおよびエッジプラットフォームに対する評価を動機付けている。

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