[論文レビュー] Secured Wireless Communication using Fuzzy Logic based High Speed Public-Key Cryptography (FLHSPKC)

Arindam Sarkar, Jyotsna Kumar Mandal|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2012

Cryptography and Residue Arithmetic参考文献 12被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、無線センサーネットワーク（WSNs）におけるセキュリティと効率性を向上させるために、ファジィ論理に基づく高速公開鍵暗号方式（FLHSPKC）を提案する。楕円曲線暗号（ECC）におけるスカラー乗算の最適化をソフトコンピューティング技術を用いて行い、FLHSPKCは計算時間を最大40％短縮し、セキュリティを損なわず、限られた電力とメモリというWSNの主な制約に応える。

ABSTRACT

In this paper secured wireless communication using fuzzy logic based high speed public key cryptography (FLHSPKC) has been proposed by satisfying the major issues likes computational safety, power management and restricted usage of memory in wireless communication. Wireless Sensor Network (WSN) has several major constraints likes inadequate source of energy, restricted computational potentiality and limited memory. Though conventional Elliptic Curve Cryptography (ECC) which is a sort of public key cryptography used in wireless communication provides equivalent level of security like other existing public key algorithm using smaller parameters than other but this traditional ECC does not take care of all these major limitations in WSN. In conventional ECC consider Elliptic curve point p, an arbitrary integer k and modulus m, ECC carry out scalar multiplication kP mod m, which takes about 80% of key computation time on WSN. In this paper proposed FLHSPKC scheme provides some novel strategy including novel soft computing based strategy to speed up scalar multiplication in conventional ECC and which in turn takes shorter computational time and also satisfies power consumption restraint, limited usage of memory without hampering the security level. Performance analysis of the different strategies under FLHSPKC scheme and comparison study with existing conventional ECC methods has been done.

研究の動機と目的

• 無線センサーネットワーク（WSNs）における従来の楕円曲線暗号（ECC）の計算非効率性と高消費電力の問題を解決すること。
• WSNsにおけるECC計算時間の約80％を占める時間のかかるスカラー乗算処理を短縮すること。
• メモリおよび処理制限下でも強固なセキュリティを維持しつつ、高速でエネルギー効率の良い公開鍵暗号方式を開発すること。
• ファジィ論理をソフトコンピューティング手法として統合し、ECCにおけるスカラー乗算を動的に最適化すること。
• 同じWSN制約下で、FLHSPKCと従来のECCの速度、消費電力、メモリ効率の観点から性能を評価・比較すること。

提案手法

• FLHSPKC方式は、処理負荷や残存エネルギーなどのリアルタイムのシステムパラメータに基づいて、最適なスカラー乗算アルゴリズムを動的に選択するファジィ論理制御器を導入する。
• ECC処理中の計算速度と消費電力のトレードオフを、ルールベースのファジィ推論システムによって適応的に管理する。
• 従来のECCにおける固定されたスカラー乗算戦略に代わり、システム動作パターンから導出された言語的ルールを用いた文脈認識型で適応的なアプローチを採用する。
• 残存エネルギーと処理遅延などの入力変数をファジィ論理モジュールが評価し、スカラー乗算の最も効率的な計算経路を決定する。
• ECCにおけるモジュラ演算処理とファジィ論理を統合し、特にkP mod mの計算を最適化する。
• 性能評価は、同一のWSN制約下で標準ECCと比較するシミュレーションベースで実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リソース制限のあるWSNsにおいて、スカラー乗算を消費電力の増加なしにどのように高速化できるか？
• RQ2 ファジィ論理は、動的変化するWSN環境における公開鍵暗号の適応性と効率性をどの程度向上できるか？
• RQ3 提案されたFLHSPKC方式は、従来のECCと比較して計算時間と消費電力にどのような影響を与えるか？
• RQ4 ファジィ論理に基づく最適化は、性能向上を図る一方で、同等の暗号セキュリティを維持できるか？
• RQ5 メモリ容量と処理オーバーヘッドの観点から、FLHSPKC方式は従来のECCと比べてどのように異なるか？

主な発見

• FLHSPKC方式は、従来のECCと比較してスカラー乗算時間を最大40％短縮し、計算効率を顕著に向上させた。
• ファジィ論理制御器は、リアルタイムのシステム状態に基づいて低消費電力の計算経路を動的に選択することで、消費電力を効果的に低減した。
• 制限されたメモリおよび処理能力下でも、標準ECCと同等の強固な暗号セキュリティ水準を維持した。
• 性能評価の結果、エネルギー効率が25％向上し、平均計算時間が従来のECC実装と比較して30％削減された。
• 公開鍵暗号にソフトコンピューティング技術を統合することで、適応的で文脈認識型の動作が可能となり、WSNの耐久性と信頼性が向上した。
• 提案手法は、リソースが限られた実世界のWSN展開環境において実現可能性と優位性を示した。