이 연구는 포스트양자 TLS를 쓰는 IoT 게이트웨이에서 ML-KEM 외 코드 기반 다양성을 제공하는 HQC의 연산·암호문 크기 부담을 줄이기 위해, AVX2·AVX-512·GFNI 명령어로 x86 프로세서용 HQC를 최적화해 TLS 1.3에 통합했다. 분기 없는 Toom-Cook/Karatsuba 곱셈을 AVX-512로 확장하고, GFNI로 Reed-Solomon 디코딩을 가속하는 등 여러 연산을 개선했다. Intel Core i5-1135G7에서 AVX2 구현은 기존 최고 AVX2 대비 복호화 시간을 11.1~21.5% 줄였고, AVX-512 구현은 키 생성 24.9~29.5%, 캡슐화 10.4~11.1%, 복호화 20.6~26.1%를 단축시켰다. 로컬 루프백 TLS 측정에서 AVX-512 HQC-5는 핸드셰이크 지연을 3.22ms에서 2.92ms로 줄였으나, 1Mbit/s·RTT 50ms의 제한된 환경에서는 HQC-5가 243ms로 ML-KEM-1024의 87ms보다 느려, 제한된 링크에서는 구현 속도보다 공개키·암호문 크기가 더 큰 영향을 미친다는 점을 보였다.
- •AVX2·AVX-512·GFNI 샅언으로 x86용 HQC를 최적화해 TLS 1.3에 통합
- •AVX-512 구현이 기존 최고 구현 대뿀 키 생성 24.9~29.5%, 복호화 20.6~26.1% 단축
- •로컬 루프백에서 AVX-512 HQC-5 핸드셰이킹 지연을 3.22ms→2.92ms로 개선
- •제한된 대역폭·RTT 환경에서는 HQC-5가 ML-KEM-1024보다 눈매(243ms vs 87ms)로 키 쿼기가 병목임을 확인
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Accelerating HQC for Post-Quantum TLS 1.3 on x86 IoT Gateways
- 1.x86 AVX2·AVX-512·GFNI로 HQC(포스트퀀텀 코드기반 KEM) 연산 최적화해 TLS 1.3에 통합
- 2.AVX-512 구현으로 키생성 24.9~29.5%, 캡슐화 10.4~11.1%, 디캡슐화 20.6~26.1% 단축
- 3.로컬 루프백 TLS 측정에서 HQC-5 핸드셰이크 지연을 3.22ms→2.92ms로 단축
- 4.제한 네트워크(1Mbit/s,RTT50ms)에선 HQC-5가 243ms로 ML-KEM-1024(87ms)보다 느려 크기가 병목
왜 중요한가?
ML-KEM 외 코드 기반 다양성을 제공하는 HQC를 IoT 게이트웨이급 x86 환경에서도 실용적 속도로 쓸 수 있게 해, 포스트 퀀텀 TLS 도입 시 알고리즘 다양성 확보에 기여한다.
x86 IoT 게이트웨이에서 포스트 양자 TLS 1.3을 가속화하는 HQC 연구는 다가올 양자 컴퓨팅 시대에 대비한 IoT 보안 강화에 필수적입니다. 한국이 스마트시티 및 IoT 산업을 적극적으로 육성하는 만큼, 미래 사이버 위협으로부터 핵심 인프라를 보호하기 위한 이러한 암호 기술의 효율적인 구현은 국가 안보 및 산업 경쟁력에 직결됩니다.
본문 미리보기
arXiv:2610.11107v1 Announce Type: new Abstract: Post-quantum TLS at an IoT gateway must protect many device connections without large increases in handshake delay, CPU cost, or network traffic. HQC provides code-based diversity beyond ML-KEM, but its computation and ciphertext sizes can increase these costs. We optimize HQC for x86 processors with AVX2, AVX-512, and the Galois Field New Instructions (GFNI), and integrate the resulting implementations into TLS 1.3. We extend branch-free Toom-Coo
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