[論文レビュー] Assessing the Real-World Impact of Post-Quantum Cryptography on WPA-Enterprise Networks

Lukas Köder, Nils Lohmiller+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2026

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ひとこと要約

論文は、ポスト量子暗号（PQC）がWPA-Enterpriseの認証遅延に与える影響を実験的に評価し、PQ脅威を量子の煩雑さ指標で分類し、実世界の企業Wi‑Fi展開のための現実的なPQC組み合わせと緩和策を特定する。

ABSTRACT

The advent of large-scale quantum computers poses a significant threat to contemporary network security protocols, including Wi-Fi Protected Access (WPA)-Enterprise authentication. To mitigate this threat, the adoption of Post-Quantum Cryptography (PQC) is critical. In this work, we investigate the performance impact of PQC algorithms on WPA-Enterprise-based authentication. To this end, we conduct an experimental evaluation of authentication latency using a testbed built with the open-source tools FreeRADIUS and hostapd, measuring the time spent at the client, access point, and RADIUS server. We evaluate multiple combinations of PQC algorithms and analyze their performance overhead in comparison to currently deployed cryptographic schemes. Beyond performance, we assess the security implications of these algorithm choices by relating authentication mechanisms to the quantum effort required for their exploitation. This perspective enables a systematic categorization of PQ-relevant weaknesses in WPA-Enterprise according to their practical urgency. The evaluation results show that, although PQC introduces additional authentication latency, combinations such as ML-DSA-65 and Falcon-1024 used in conjunction with ML-KEM provide a favorable trade-off between security and performance. Furthermore, we demonstrate that the resulting overhead can be effectively mitigated through session resumption. Overall, this work presents a first real-world performance evaluation of PQC-enabled WPA-Enterprise authentication and demonstrates its practical feasibility for enterprise Wi-Fi deployments.

研究の動機と目的

• RSA/DHベーススキームへの量子脅威のため、WPA-EnterpriseネットワークにおけるPQCへの移行を動機づける。
• 現実的なテストベッドを用いて、PQCがWPA-Enterpriseで導入する認証遅延オーバーヘッドを定量化する。
• WPA-Enterprise攻撃に対する量子関連の弱点（量子の煩雑さ）を分類する。
• PQCアルゴリズムの組み合わせと緩和策（セッション再開など）に関する実用的な推奨を提供する。
• 再現性を促進するためのOpenSSH-FREE_RADIUS/hostapdの改変とテストベッド設定を共有する。

提案手法

• FreeRADIUSとhostapdを用いたPQC対応WPA-Enterprise認証の実験的評価を現実のテストベッドで実施。
• クライアント、AP、RADIUSサーバー構成におけるEAP-TLS認証遅延を測定。
• PQCアーティファクトを用いたEAP-TLSセッション再開の評価。
• 量子の煩雑さ指標とNISTセキュリティレベルの整合性を用いたPQC脅威の分類。
• RSA-2048ベースラインと比較したPQCスキーム（ML-KEMとML-DSA、SLH-DSA変種、Falcon）の比較。
• 再現性のために改変済みソフトウェアとテスト構成をGitHubで提供。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PQCアルゴリズムが、異なるセキュリティレベルとネットワーク条件でWPA-Enterpriseの認証遅延へ与える影響はどの程度か。
• RQ2 PQCはEAP-TLSセッション再開の性能とサーバー側状態要件にどう影響するか。
• RQ3 量子煩雑さによるPQC脅威をどのように分類し、WPA-Enterpriseの展開緊急度を導くことができるか。
• RQ4 企業Wi‑Fiのセキュリティと性能のトレードオフに有利なPQCアルゴリズムの組み合わせはどれか。
• RQ5 実際の展開でPQCのオーバーヘッドを補う実用的な緩和策（例：セッション再開）は何か。

主な発見

• PQCは追加の認証遅延を導入するが、企業展開に対して許容範囲内にとどまる。
• 5 GHz動作（高データレート）は、特に大きな署名に対してEAP-TLS認証時間を著しく短縮する。
• Falcon-1024およびML-DSA-65/ML-KEM-768は、セキュリティレベルと性能の間で有利なトレードオフを提供。
• セッション再開はPQCオーバーヘッドを緩和でき、RSAはやや高速だが再開時間の差はPQCではほとんど無視できる程度。
• PQCを用いたEAP-TLSはサーバー側およびクライアント側の処理オーバーヘッドを測定可能で、より大きなアーティファクトは airtimeと断片化の可能性を高める。
• FreeRADIUSでのセッション再開のストレージ要件はPQCと共に大幅に増加するが、絶対値としては現実的。