LiteQSign：面向异构物联网应用的轻量级抗量子签名

资源受限的物联网设备在医疗、工业自动化和金融等领域的快速普及带来了重大安全挑战。传统数字签名虽是认证的基础，但对于计算、内存和能源资源有限的低端设备往往不可行。此外，量子计算的兴起需要后量子（PQ）安全替代方案。然而，NIST 标准化的 PQ 签名带来了大量开销，限制了它们在可穿戴设备等能源敏感应用中的实用性，其中签名方效率至关重要。为应对这些挑战，我们提出 LightQSign（LightQS），一种新型轻量级 PQ 签名，每次签名仅使用少量恒定数量的哈希操作即可实现近最优的签名生成效率。其核心创新使验证者能够通过安全计算在不与签名者或第三方交互的情况下获得一次性基于哈希的公钥。我们在随机预言机模型中正式证明了 LightQSign 的安全性，并在商用硬件和资源受限的 8 位 AtMega128A1 微控制器上评估了其性能。实验结果表明，LightQSign 以更低的计算开销、最小的内存占用和紧凑的签名优于 NIST PQC 标准。在 8 位微控制器上，与 PQ 同类方案相比，它实现了高达 1.5-24 倍的更高能效和 1.7-22 倍的更短签名，并且比传统标准实现了 56-76 倍的更好能效，从而延长设备寿命并实现可扩展的抗量子认证。