Authentication is vital for the Internet of Things (IoT) applications involving sensitive data (e.g., medical and financial systems). Digital signatures offer scalable authentication with non-repudiation and public verifiability, which are necessary for auditing and dispute resolution in such IoT applications. However, digital signatures have been shown to be highly costly for low-end IoT devices, especially when embedded devices (e.g., medical implants) must operate without a battery replacement for a long time. We propose an Energy-aware Signature for Embedded Medical devices (ESEM) that achieves near-optimal signer efficiency. ESEM signature generation does not require any costly operations (e.g., elliptic curve (EC) scalar multiplication/addition), but only a small constant-number of pseudo-random function calls, additions, and a single modular multiplication. ESEM has the smallest signature size among its EC-based counterparts with an identical private key size. We achieve this by eliminating the use of the ephemeral public key (i.e, commitment) in Schnorr-type signatures from the signing via a distributed construction at the verifier without interaction with the signer while permitting a constant-size public key. We proved that ESEM is secure (in random oracle model), and fully implemented it on an 8-bit AVR microcontroller that is commonly used in medical devices. Our experiments showed that ESEM achieves 8.4x higher energy efficiency over its closest counterpart while offering a smaller signature and code size. Hence, ESEM can be suitable for deployment on resource limited embedded devices in IoT. We open-sourced our software for public testing and wide-adoption.


翻译:在互联网上对涉及敏感数据(例如医疗和财务系统)的事物(IoT)应用进行认证至关重要。数字签名提供可缩放的认证,不进行校正和公共核查,这是在IoT应用中审计和争议解决所必需的。然而,数字签名对于低端 IoT 设备来说成本很高,特别是当嵌入设备(例如医疗植入)必须长时间不更换电池的情况下操作。我们提议为嵌入式医疗设备(ESEM)提供一个能感知的标志,该设备能达到接近最佳的信号器效率。ESEM的签名生成不需要任何昂贵的操作(例如,liplitic curit (EC) lical 倍增/ addiscrition) 。但是数字签名对于低端 Iotret设备来说费用很高,但对于低端 Iotreat 设备(例如,医疗植入) 运行时间必须长期不更换电池。ESEMEME, 其基于EC的更小的对等小的用户的签名大小与类似私人钥匙大小。我们通过取消在SEphemeral-dealal deal deal deal deal devalate office deal deal deal devalate lavelopment (e) liversal devalate) liversal destrutal developational deal deal developational deal deal developmental development a laction a ex a lautus

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ESEM是国际经验软件工程与度量研讨会,是第一届经验软件工程与度量会议。 经验软件工程与度量国际研讨会(ESEM)的目的是提供一个论坛,让研究人员、实践者和教育工作者可以报告和讨论经验软件工程和度量领域的最新研究成果、创新、趋势、经验和关注点。官网链接:http://www.esem-conferences.org/
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