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计算机科学 > 密码学与安全

arXiv:2502.01848 (cs)
[提交于 2025年2月3日 ]

标题: 为保障智能交通系统通信的安全性准备Kyber:一种故障启用选择密文攻击的案例研究

标题: Preparing for Kyber in Securing Intelligent Transportation Systems Communications: A Case Study on Fault-Enabled Chosen-Ciphertext Attack

Authors:Kaiyuan Zhang, M Sabbir Salek, Antian Wang, Mizanur Rahman, Mashrur Chowdhury, Yingjie Lao
摘要: 智能交通系统(ITS)的特点是不同实体之间,如车辆、路边基础设施和交通管理基础设施之间的有线或无线通信。 这些通信根据数据的敏感程度需要不同级别的安全。 国家ITS参考架构(ARC-IT)根据ITS应用的不同安全需求定义了三个安全级别,即高、中和低安全级别。 在本研究中,我们提出了一种使用标准化密钥封装机制(称为Kyber)来保障ITS通信的通用方法,该机制专为后量子密码学(PQC)设计。 我们在对ITS通信的加密和解密系统进行修改的同时,将ITS应用的安全级别映射到Kyber的三种版本,即Kyber-512、Kyber-768和Kyber-1024。 然后,我们使用一个基准故障启用的选择密文攻击进行了案例研究,以评估不同Kyber版本提供的安全性。 展示了不同Kyber安全级别下的加密和解密时间以及使用选择密文攻击恢复秘密密钥所需的总迭代次数。 我们的分析表明,更高的安全级别会增加成功攻击所需的时间,其中Kyber-512在183秒内被攻破,Kyber-768在337秒内被攻破,Kyber-1024在615秒内被攻破。 此外,在5,000、6,000和8,000个不等式下,分别观察到Kyber-512、768和1024的攻击时间不稳定。 不同Kyber版本之间的关系以及相应的攻击要求和性能突显了在PQC时代ITS通信安全Kyber所能提供的保护。
摘要: Intelligent transportation systems (ITS) are characterized by wired or wireless communication among different entities, such as vehicles, roadside infrastructure, and traffic management infrastructure. These communications demand different levels of security, depending on how sensitive the data is. The national ITS reference architecture (ARC-IT) defines three security levels, i.e., high, moderate, and low-security levels, based on the different security requirements of ITS applications. In this study, we present a generalized approach to secure ITS communications using a standardized key encapsulation mechanism, known as Kyber, designed for post-quantum cryptography (PQC). We modified the encryption and decryption systems for ITS communications while mapping the security levels of ITS applications to the three versions of Kyber, i.e., Kyber-512, Kyber-768, and Kyber-1024. Then, we conducted a case study using a benchmark fault-enabled chosen-ciphertext attack to evaluate the security provided by the different Kyber versions. The encryption and decryption times observed for different Kyber security levels and the total number of iterations required to recover the secret key using the chosen-ciphertext attack are presented. Our analyses show that higher security levels increase the time required for a successful attack, with Kyber-512 being breached in 183 seconds, Kyber-768 in 337 seconds, and Kyber-1024 in 615 seconds. In addition, attack time instabilities are observed for Kyber-512, 768, and 1024 under 5,000, 6,000, and 8,000 inequalities, respectively. The relationships among the different Kyber versions, and the respective attack requirements and performances underscore the ITS communication security Kyber could provide in the PQC era.
主题: 密码学与安全 (cs.CR)
引用方式: arXiv:2502.01848 [cs.CR]
  (或者 arXiv:2502.01848v1 [cs.CR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.01848
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Kaiyuan Zhang [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 2 月 3 日 21:51:11 UTC (910 KB)
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