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Post-Quantum Cryptography: A Multi-layer Bottleneck Analysis
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AI
DOI：10.1007/s10207-026-01242-0.png)
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摘要
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量子计算的发展促使研究界开发新的后量子密码算法。尽管大多数工作集中在设计和分析这些算法的安全性上，但它们在实际系统集成中需要进行多层次的性能分析以识别和缓解潜在瓶颈。与NIST的后量子过渡策略一致，本研究通过引入性能评估框架来满足这一需求，该框架能够评估和分析后量子密钥封装机制（KEMs）和签名在协议栈的多层影响——从独立的密码原语，到它们集成到TLS握手，再到VPN等完整应用场景——在两种硬件平台上进行。结果表明，签名和验证操作主导了整体密码成本，而MLKEM等KEM引入的开销很小。相比之下，混合和HQC基解决方案显著增加了握手持续时间，尤其是在ARM平台上。值得注意的是，当比较这些密码原语在独立状态与集成到更高协议层时的相对性能时，平台间的性能差异会发生变化。这凸显了在现实、系统级场景中评估后量子算法的必要性。
Keyword:
Post-Quantum Cryptography (PQC)
Key Encapsulation Mechanisms (KEM)
Transport Layer Security (TLS)
Virtual Private Networks (VPN)
Performance Benchmarking