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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Uma arquitetura baseada em Sidecar para integração de criptografia pós-quântica no Core 5G
Alternate title (s): A Sidecar-based architecture for integrating post-quantum Cryptography into the 5G Core
Author: Faval, Ricardo Alves
First Advisor: Silva, Flavio de Oliveira
First member of the Committee: Quincozes, Silvio Ereno
Second member of the Committee: Carvalho, Paulo Manuel Martins
Summary: O rápido avanço da computação quântica representa uma ameaça significativa aos fundamentos de segurança das redes 5G, que atualmente dependem da criptografia clássica de curva elíptica (Elliptic-curve cryptography (ECC)) para a proteção de assinaturas e certificados. Esta dissertação investiga a viabilidade da integração de criptografia pósquântica (Post-Quantum Cryptography (PQC)) no núcleo 5th Generation Mobile Network (5G) para estabelecer comunicações resistentes a ataques quânticos por meio da ServiceBased Interface (SBI) e da interface N2. Utilizando o framework free5gc-compose, uma arquitetura de proxy sidecar não intrusiva foi desenvolvida e orquestrada via Docker, permitindo a atualização tecnológica PQC padronizada (“PQC-retrofitting”) das Network Functions (NFs) sem a necessidade de alterar o código-fonte subjacente. A configuração experimental avalia três implementações arquiteturais distintas: uma linha de base nativa (arquitetura original com Hypertext Transfer Protocol Security (HTTPS)/Transport Layer Security (TLS) habilitado), uma arquitetura Sidecar Proxy TLS utilizando certificados tradicionais via OpenSSL e uma arquitetura Sidecar Proxy PQC que utiliza algoritmos padronizados pelo National Institute of Standards and Technology (NIST) via liboqs por meio de microsserviços especializados (wrapper-kem e wrapper-sign). A latência foi medida no limite da requisição-resposta Hypertext Transfer Protocol (HTTP)/2 na SBI, com métricas coletadas em trinta repetições independentes para garantir a significância estatística. Resultados preliminares estabelecem uma latência mediana de referência de 15,07 ms para a arquitetura Nativa, fornecendo um parâmetro para quantificar o overhead de desempenho introduzido pelos maiores tamanhos das chaves PQC. Este trabalho demonstra que uma abordagem baseada em sidecar oferece um caminho flexível e modular para a segurança da infraestrutura 5G contra futuros adversários quânticos, mantendo a integridade operacional da rede central.
Abstract: The rapid advancement of quantum computing poses a significant threat to the security foundations of 5G networks, which currently rely on classical ECC for signaling protection. This dissertation investigates the viability of integrating PQC into the 5G core to establish quantum-resistant communication, potentially via the SBI. Utilizing the free5gc-compose framework, a non-intrusive sidecar proxy architecture was developed and orchestrated via Docker, enabling the “PQC-retrofitting” of standard NFs without altering their underlying source code. The experimental setup evaluates three distinct architectural deployments: a Native (HTTPS/TLS) baseline, a TLS Proxy using traditional certificates, and a PQC Proxy utilizing NIST-standardized algorithms through specialized microservices (wrapper-kem and wrapper-sign). Latency was measured at the HTTP/2 request-response boundary on the SBI, with metrics captured across thirty independent repetitions to ensure statistical significance. The analysis incorporates both end-to-end SBI communication latency and proxy-side Container Metrics captured via an observability stack comprising Prometheus and cAdvisor. Preliminary results establish a baseline median latency of 15.07 ms for the Native architecture, providing a benchmark to quantify the performance overhead introduced by larger PQC key sizes and computational requirements. This work demonstrates that a sidecar approach provides a flexible, modular pathway for scuring 5G infrastructure against future quantum adversaries while maintaining the operational integrity of the core network.
Keywords: Criptografia Pós-Quântica
Core 5G
Proxy Sidecar
Interface Baseada em Serviços (SBI)
Virtualização de Funções de Rede (NFV)
Padronização NIST (PQC)
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::SISTEMAS DE COMPUTACAO::ARQUITETURA DE SISTEMAS DE COMPUTACAO
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: FAVAL, Ricardo Alves. Uma Arquitetura Baseada em Sidecar para Integração de Criptografia Pós-Quântica no Core 5G. 2026. 82 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI https://doi.org/10.1016/j.iot.2025.101656.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.244
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48829
Date of defense: 25-Feb-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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