面向消费电子的后量子密码学性能分析与部署考量

《Scientific Reports》：Performance analysis and deployment considerations of post-quantum cryptography for consumer Electronics

　　

摘要

量子计算威胁着消费类电子产品（CE）的安全基础。为消费类电子系统做好量子后时代的转型准备，需要提供关于标准化及选定后量子密码学（PQC）性能的量化的证据。本文对PQC密钥封装机制（KEM）和数字签名方案相对于经典RSA/ECC基线进行了跨平台性能分析。我们在两个桌面级参考平台（macOS/M4和Ubuntu/x86-64）以及一个用作Linux-based网关级消费类电子中心与网关代表的Raspberry Pi 4平台上评估了执行时间、通信和存储开销。为建立可移植的软件基线，基准测试排除了厂商特定的硬件加速（如NEON和AVX）。结果表明，基于格的方案——尤其是ML-KEM和ML-DSA——在网关级部署中提供了良好的执行时间与对象大小的组合。相比之下，Classic McEliece方案具有较大的公钥尺寸，而SPHINCS+尽管采用了保守的基于哈希的设计，却产生了较大的签名。基于这些测量结果，我们为网关级消费类电子设备提供了建议，并识别了更深层嵌入式平台面临的未解决问题。