[論文レビュー] Efficient Design for the Implementation of Wong-Lam Multicast Authentication Protocol Using Two-Levels of Parallelism

Ghada F. Elkabbany, Heba K. Aslan|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2012

Security in Wireless Sensor Networks参考文献 36被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、二重並列処理とUMACを用いて、Wong-Lamマルチキャスト認証プロトコルのための効率的なハードウェア設計を提案する。計算および通信のオーバーヘッドを低減することで、特にNTRUおよび楕円曲線暗号（ECC）を用いた場合に実行時間を顕著に短縮し、リアルタイム応用に実用可能にする。また、パケット損失および汚染攻撃に対して耐性を保つ。

ABSTRACT

Group communication can benefit from Internet Protocol (IP) multicast protocol to achieve efficient exchange of messages. However, IP multicast does not provide any mechanisms for authentication. In literature, many solutions to solve this problem were presented. It has been shown that Wong and Lam protocol is the only protocol that can resist both packet loss and pollution attacks. In contrast, it has high computation and communication overheads. In the present paper, an efficient design for the implementation of Wong and Lam multicast authentication protocol is proposed. In order to solve the computation overhead problem, we use two-levels of parallelism. To reduce the communication overhead, we use Universal Message Authentication Codes (UMAC) instead of hash functions. The design is analyzed for both NTRU and elliptic curve cryptography signature algorithms. The analysis shows that the proposed design decreases significantly the execution time of Wong-Lam protocol which makes it suitable for real-time applications.

研究の動機と目的

• Wong-Lamマルチキャスト認証プロトコルの高い計算および通信オーバーヘッドを解消すること。
• グループ通信システムにおけるプロトコルのリアルタイム展開を可能にすること。
• 並列処理および最適化された暗号Primitiveを用いて実行時間を短縮すること。
• NTRUおよび楕円曲線暗号（ECC）署名方式を用いて性能を評価すること。
• 従来のハッシュ関数をユニバーサルメッセージ認証コード（UMAC）に置き換えることで通信コストを低減すること。

提案手法

• 計算処理の高速化のため、タスクレベルおよびデータレベルの二重並列処理を採用する。
• 通信オーバーヘッドの低減のため、標準的なハッシュ関数をユニバーサルメッセージ認証コード（UMAC）に置き換える。
• NTRUおよび楕円曲線暗号（ECC）署名生成および検証に最適化されたハードウェアアーキテクチャを設計する。
• Wong-LamプロトコルにUMACを統合し、帯域幅使用量を低減しつつ認証のセキュリティを維持する。
• スケーラブルなグループサイズおよび動的なメンバーシップ変更をサポートするように設計を構造化する。
• パイプライン処理および並列実行ユニットを用いてスループットを向上させ、遅延を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Wong-Lamマルチキャスト認証プロトコルにおける計算オーバーヘッドを、リアルタイム展開に適した形でどのように低減できるか？
• RQ2 ハッシュ関数の代わりにUMACを使用することで、プロトコルにおける通信オーバーヘッドはどの程度低減されるか？
• RQ3 二重並列処理は、Wong-Lamフレームワーク内での暗号処理の高速化にどの程度効果的か？
• RQ4 提案された設計により、NTRUおよび楕円曲線暗号（ECC）でどの程度の性能向上が達成されるか？
• RQ5 効率性を向上させながらも、パケット損失および汚染攻撃に対して耐性を保てるか？

主な発見

• 提案された設計は、二重並列処理とUMAC統合により、Wong-Lamプロトコルの実行時間を顕著に短縮する。
• 従来のハッシュ関数をUMACに置き換えることで通信オーバーヘッドが低減され、帯域幅が削減される。
• NTRUおよび楕円曲線暗号（ECC）署名方式の両方で、顕著な性能向上が達成される。
• 最適化された実装下でも、パケット損失および汚染攻撃に対してセキュリティが保たれる。
• 実行時間の短縮により、プロトコルはリアルタイムグループ通信アプリケーションに適している。
• UMACの使用により、計算および送信コストを最小限に抑えつつ、強固な認証保証が維持される。