https://doi.org/10.83048/0j9c-ec40">

Date of Award

10-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Information Security

Department

Information Systems and Security

First Advisor

Norziana Jamil

Abstract

Quantum Computing poses real threat to Classical Public-Key Cryptography requiring the use of Post-Quantum Cryptography for all Internet of Things Devices. However, there are greater computational, memory and communication overheads in PQC algorithms that create additional burdens on resource constrained IoT devices. At this time, there are no standard measures for systems developers to determine optimal PQC settings for the various IoT Device Classes. This Thesis develops a new framework of metrics for determining the most suitable PQC settings based on Security Strength, Performance Indicators (Latency, Memory, Energy), Communication Overhead and Reliability for each IoT device class. The Research introduces a new Metric called Efficiency-Adjusted Security for Post-Quantum Cryptography (EAS-PQC), which integrates the Security, Performance and Reliability of each configuration to produce a single score. The EAS-PQC Metric will be associated with the IoT device classes (C0, C1, C2) as described in RFC 7228. All data required for the EAS-PQC Metric will be obtained from IACR ePrint Archive papers (2018-2025), PQM4 Benchmark Suite and NIST FIPS Standards, and will be tested through Case Studies using Published Benchmarks Datasets from Embedded Platforms. The EAS-PQC Metric will provide a successful means for identifying the Optimal PQC Configurations and will also provide a better method for guiding Systems Developers than Static Approaches. The EAS-PQC Metric will provide the unique ability to account for Protocol Success Rates under Realistic Network Conditions via its Reliability Component. The development of the EAS-PQC Metric will be the first to integrate Reliability alongside Traditional Performance and Security Metrics; and will establish a Systematic Mapping Between IoT Device Classes and PQC Parameter Sets. This research addresses the lack of comprehensive PQC evaluation frameworks for constrained IoT environments, including network reliability considerations absent in existing approaches.

Arabic Abstract


مقياس أمني تكيفي لتحسين التشفير ما بعد الكمي في أجهزة إنترنت الأشياء المقيدة

تشكل الحوسبة الكمية تهديداً أساسياً للتشفير الكلاسيكي ذو المفتاح العام، مما يستدعي اعتماد التشفير ما بعد الكمي لتأمين أجهزة إنترنت الأشياء. ومع ذلك، تتطلب خوارزميات التشفير ما بعد الكمي تكاليف حسابية وذاكرة واتصالات أعلى بكثير، مما يشكل تحديات كبيرة لأجهزة إنترنت الأشياء المقيدة الموارد. حالياً، لا يوجد مقياس موحد يمكن لمصممي الأنظمة من اختيار تكوينات التشفير ما بعد الكمي المثالي. تهدف هذه الأطروحة إلى تطوير إطار مقياس جديد يدمج قوة الأمان ومؤشرات الأداء والحل الاتصالي واختيار تكوينات التشفير ما بعد الكمي عبر فئات أجهزة إنترنت الأشياء المختلفة. يقدّم البحث مقياس الأمان للتحسين ما بعد الكمي للأداء، الذي يجمع بين الأمان والأداء (زمن الاستجابة، الذاكرة، الطاقة) والحل الاتصالي والموثوقية في درجة موحدة، يتم ربط المقياس بفئات أجهزة إنترنت الأشياء وفقاً لوثيقة ر ف 7228.  تم جمع البيانات من أوراق أرشيف اي سي ار المكتبة الالكترونية (2018-2025) ومجموعة معايير في كيوام 4 ومعايير ن اي اس تي اف اي بي اس، ثم التحقق من صحتها من خلال دراسات حالة باستخدام بيانات قياسية من منشورات المندمجة. يحدد مقياس الأمان المعدل للكفاءة التكوينات المثالي، موفرًا إرشادات أكثر فعالية في الأساليب الثنائية. يأخذ المقياس في الاعتبار معدلات نجاح البروتوكول في ظل ظروف الشبكة الواقعية من خلال مكون الموثوقية الخاص به، يمثل الإسهام الرئيسي في تطوير مقياس الموثوقية بشكل فريد إلى جانب مقاييس الأداء والأمان التقليدية، ويوفّر ربطاً منهجياً بين فئات أجهزة إنترنت الأشياء ومجموعات معاملات التشفير ما بعد الكمي. يعالج هذا البحث الافتقار إلى تقييم شامل للتشفير ما بعد الكمي في بيئات إنترنت الأشياء المقيدة، في ذلك اعتبارات موثوقية الشبكة الغائبة في الأساليب الحالية.

Download
COinS