The Internet of Things (IoT) relies heavily on resource-limited devices to communicate critical (e.g., military data) information under low-energy adversarial environments and low-latency wireless channels. Authenticated Encryption (AE) guarantees confidentiality, authenticity, and integrity, making it a vital security service for IoT. However, current deployed (lightweight) AE standards lack essential features like key compromise resiliency and compact authentication tags, as well as performance enhancements such as offline-online cryptography. To address these gaps, we propose Graphene, the first (to our knowledge) symmetric Forward-secure and Aggregate Authenticated Encryption (FAAE) framework designed for the performance and security demands of low-end IoT infrastructures. Graphene innovates by synergizing key evolution strategies and offline-online cryptographic processing with Universal Message Authentication Codes (UMACs) to guarantee breach-resiliency, near-optimal online latency, and compactness. We demonstrate Graphene efficiency through two distinct instantiations, each balancing unique performance trade-offs with extensibility for diverse MACs. Our experimental evaluation on commodity hardware and 32-bit ARM Cortex-M4 microcontroller shows Graphene significant performance gains over existing alternatives. Graphene is also backward compatible with standard-compliant cryptographic implementations. We release our implementation as open source for public testing and adaptation.


翻译:物联网(IoT)高度依赖资源受限设备在低能耗对抗环境和低延迟无线信道中传输关键(例如军事数据)信息。认证加密(AE)可确保机密性、真实性与完整性,是物联网至关重要的安全服务。然而,当前已部署的(轻量级)AE标准缺乏关键特性,如密钥泄露恢复能力和紧凑型认证标签,以及离线-在线密码学等性能增强机制。为弥补这些不足,我们提出了Graphene——据我们所知首个面向低端物联网基础设施性能与安全需求设计的对称前向安全聚合认证加密(FAAE)框架。Graphene通过协同整合密钥演化策略、离线-在线密码处理与通用消息认证码(UMACs),创新性地实现了抗泄露性、近似最优的在线延迟及紧凑性。我们通过两种不同实例化方案展示Graphene的效率,每种方案均以独特性能权衡与对多样化MAC的扩展性取得平衡。在商用硬件和32位ARM Cortex-M4微控制器上的实验评估表明,Graphene相较现有方案具有显著的性能优势。该框架同时向后兼容符合标准的密码实现。我们已将实现代码开源发布,以供公开测试与适配。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
3+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
5+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
6+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
12+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员