面向物联网边缘环境的轻量级防篡改日志完整性验证：带自适应分块的默克尔树管道
密码学与安全
2026-05-04 v1 分布式、并行与集群计算
摘要
Internet of Things (IoT) 设备产生的审计日志完整性是后期事件调查、监管合规和操作责任的必备条件。虽然区块链-backed 日志基础设施可以满足这一要求，但会引入共识开销、网络依赖和部署复杂性，这些在物联网边缘环境往往难以接受。本文提出了一种轻量级且经过评估的完整性验证管道，将默克尔树承诺与资源感知的自适应分块相结合，在不依赖分布式账本技术的情况下提供防篡改证据。该提议管道在三个阶段运行：(i) 资源感知的批量摄取通过自适应分块大小，(ii) 默克尔树构建与 O(logn) 包含证明生成，(iii) 针对受信任根锚点的确定性单条记录验证。我们进一步报告了一次实现审计，识别并纠正了两个评估缺陷：篡改度量中的双计数错误以及批量追加期间的冗余完整树重建。在纠正后的实现基础上，针对合成物联网日志数据集的五次基准测试显示，吞吐量可超过 130,000 条日志/秒处理 100,000 条记录。该系统实现的每个条目验证延迟约为 22 毫秒，证明生成延迟为 22 毫秒，平均证明大小为 1,006 字节，峰值内存使用低于 5 MB。篡改检测在 1% 到 50% 的损坏比率下实现完美的精确率、召回率和 F1 分数（1.0）。
引用
@article{arxiv.2605.00065,
title = {Lightweight Tamper-Evident Log Integrity Verification for IoT Edge Environments: A Merkle Tree Pipeline with Adaptive Chunking},
author = {Muhammet Anil Yagiz and Fahrettin Horasan and Ahmet Hasim Yurttakal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.00065},
year = {2026}
}
备注
submitted to Computers and Security