Post-quantum cryptography in automotive context

Abstract

This study analyzes the feasibility of post-quantum cryptography in the automotive context, considering the growing threat posed by quantum algorithms such as the Shor Algorithm and Grover's Algorithm. The simulation is composed by OMNeT++, Veins, INET, SUMO, two distinct hardwares and three PQC schemes. The evaluation occur in two scenarios: V2V, representing a rural environment, and V2X, simulating an urban environment supported by a roadside unit. The selected schemes were, CRYSTALS-Kyber which exhibits low latency during the handshake phase, making it suitable for scenarios with real-time requirements, CRYSTALS-Dilithium which ofers balanced performance and Falcon that incurs high computational costs for key generation and signing, but excels in signature verification. Overall Falcon proofs to be very suitable for future protocols due to its eficiency on verification operation. The analyzed algorithms are viable for integration into automotive systems, though it is necessary to consider the trade-offs between latency, computational cost, and the specific requirements of each scenario. All the results were compiled into a dataset, which may assist future researchers in studies related to this field.

Este estudo analisa a viabilidade da criptografia pós-quântica no contexto automóvel, tendo em conta a crescente ameaça representada por algoritmos quânticos, tais como o Algoritmo de Shor e o Algoritmo de Grover. A simulação é composta pelo OMNeT++, Veins, INET, SUMO, dois hardwares distintos e três esquemas de PQC. A avaliação ocorre em dois cenários: V2V, representando um ambiente rural, e V2X, simulando um ambiente urbano juntamente com o suporte de uma Unidade de Beira de Estrada. Os esquemas selecionados foram: o CRYSTALS-Kyber, que apresenta baixa latência durante a fase de handshake, tornando-o adequado para cenários com requisitos em tempo real, o CRYSTALS-Dilithium, que oferece desempenho equilibrado e o Falcon que implica altos custos computacionais para a geração de chaves e assinatura, mas se destaca na verificação de assinaturas. No geral, o Falcon revela-se muito adequado para protocolos futuros devido à sua eficiência na operação de verificação. Os algoritmos analisados são viáveis para integração em sistemas automóveis, embora seja necessário considerar os compromissos entre latência, custo computacional e os requisitos específicos de cada cenário. Todos os resultados foram compilados num conjunto de dados, o que poderá ajudar futuros investigadores em estudos relacionados com este campo.