[論文レビュー] On the Efficiency of Fast RSA Variants in Modern Mobile Phones

Klaus Hansen, Troels Larsen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2010

Algorithms and Data Compression参考文献 14被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、Javaベースの実装を用いて、現代のモバイル端末上で最適化されたRSA変種（CRT、MultiPrime、MultiPower、再バランスRSA、R-Prime RSA）の性能を評価している。結果として、MultiPrime RSAが標準RSAと比較して最大40％の高速化を達成し、高速な復号を実現した。また、ハードウェア制約があるにもかかわらず、すべての変種がモバイルデプロイメントにおいて実用的であることが示された。

ABSTRACT

Modern mobile phones are increasingly being used for more services that require modern security mechanisms such as the public key cryptosystem RSA. It is, however, well known that public key cryptography demands considerable computing resources and that RSA encryption is much faster than RSA decryption. It is consequently an interesting question if RSA as a whole can be executed efficiently on modern mobile phones. In this paper, we explore the efficiency on modern mobile phones of variants of the RSA cryptosystem, covering CRT, MultiPrime RSA, MultiPower RSA, Rebalanced RSA and R Prime RSA by comparing the encryption and decryption time using a simple Java implementation and a typical RSA setup.

研究の動機と目的

• 実世界のモバイル端末環境における高速RSA変種の効率を評価すること。
• 最適化されたRSA変種が、公開鍵暗号を必要とするモバイルアプリケーションにおいて十分なパフォーマンスを提供できるかどうかを特定すること。
• 一貫したJava実装を用いて、複数のRSA変種における暗号化および復号時間の比較を行うこと。
• リソース制限のあるモバイルプラットフォームにおけるRSAベースのセキュリティメカニズムの実用性を評価すること。

提案手法

• クロスプラットフォーム互換性を確保するため、Javaを用いてRSA変種（CRT、MultiPrime、MultiPower、再バランスRSA、R-Prime RSA）を実装すること。
• 標準的なRSA鍵長と一般的なパrametersを用いて、現代のモバイル端末上で暗号化および復号時間のベンチマークを実施すること。
• アルゴリズム的設計に起因する性能差を隔離するために、制御されたテスト環境を用いること。
• 各変種間の実行時間を比較し、最も効率の良い設定を特定すること。
• 最適化されたべき乗法を用いた標準的な暗号化演算（モジュラ指数計算）を適用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代のモバイル端末において、異なるRSA変種の復号速度はどのように異なるか？
• RQ2 高速RSA変種は、計算オーバーヘッドを十分に低減できるだけの性能を発揮できるのか？
• RQ3 モバイルハードウェア上で、セキュリティとパフォーマンスのバランスが最良となるのはどの変種か？
• RQ4 テストされた変種において、RSA暗号化のパフォーマンスは復号と比べてどの程度か？

主な発見

• MultiPrime RSAが最も高速な復号パフォーマンスを達成し、標準RSAと比較して最大40％の高速化を実現した。
• CRTベースのRSAは、特に大きな鍵長の場合に復号速度の顕著な向上を示した。
• MultiPower RSAは中程度のパフォーマンス向上を示したが、MultiPrime RSAほどではなかった。
• 再バランスRSAおよびR-Prime RSAはわずかな改善を示し、MultiPrimeやCRT変種に比べて効果が低かった。
• すべてのテストされた変種がモバイルデプロイメントに実用的であり、現代のデバイスでは復号時間が100ms未満に収まった。