面向嵌入式医疗设备的能量感知数字签名
密码学与安全
2019-03-20 v1
摘要
在涉及敏感数据（例如医疗和金融系统）的物联网（IoT）应用中，认证至关重要。数字签名提供了具有不可抵赖性和公开可验证性的可扩展认证，这对于此类 IoT 应用中的审计和争议解决是必要的。然而，数字签名对于低端 IoT 设备已被证明代价极高，尤其是当嵌入式设备（例如医疗植入物）必须长时间无需更换电池运行时。我们提出了一种面向嵌入式医疗设备的能量感知签名（ESEM），实现了近乎最优的签名者效率。ESEM 签名生成不需要任何高代价操作（例如椭圆曲线（EC）标量乘法/加法），仅需少量常数次的伪随机函数调用、加法以及一次模乘。在具有相同私钥大小的基于 EC 的同类方案中，ESEM 具有最小的签名尺寸。我们通过在验证者处采用无需与签名者交互的分布式构造，消除了 Schnorr 类签名中签名时对临时公钥（即承诺）的使用，同时允许常数大小的公钥，从而实现了这一点。我们证明了 ESEM 是安全的（在随机预言机模型中），并在医疗设备中常用的 8 位 AVR 微控制器上完整实现。实验表明，ESEM 在提供更小签名和代码尺寸的同时，比最接近的同类方案实现了 8.4 倍的更高能量效率。因此，ESEM 可适用于 IoT 中资源受限的嵌入式设备部署。我们已开源软件以供公众测试和广泛采用。
引用
@article{arxiv.1903.07786,
title = {Energy-Aware Digital Signatures for Embedded Medical Devices},
author = {Muslum Ozgur Ozmen and Attila A. Yavuz and Rouzbeh Behnia},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.07786},
year = {2019}
}
备注
Original Publication in IEEE CNS 2019