Ginevra FabrizioのFalcon測定、11バイト縮めてもNXDOMAINは大きい

要約

1日分の.nl問い合わせを再生した結果、パディングなしのFalcon-512署名は中央値655バイト。固定長の666バイトより11バイト小さかったが、1,232バイトと1,500バイトの上限内に収まるNOERROR応答を目立って増やさなかった。
試験したNXDOMAIN応答はすべて両方の上限を超えた。応答を膨らませた主因は、1つの署名に付けるパディングではなく、複数の署名付きNSEC3証明だった。

署名は11バイト縮んだ。NXDOMAINの返答は、依然として一つのパケットに収まらない。Ginevra FabrizioがRIPE 93で示したのは、署名サイズのグラフが改善しても、DNS応答全体にはほとんど効かないという現場のずれだった。

トゥウェンテ大学の研究者であるFabrizioは、SIDNの同僚とこの研究に取り組んだ。論文は2025年のApplied Networking Research Workshopで発表され、2026年10月29日のRIPE 93 DNSセッションでは、2種類の形式を比べた結果を説明した。問いは単純だ。DNSSEC署名を少し短くすると、実際の応答はどれだけ多く一つのパケットに収まるのか。

DNSSECはDNSデータに署名を付け、リゾルバーが応答の真正性と完全性を確かめる仕組みだ。名前が存在しないという回答には、複数のNSEC3レコードと署名が必要になることがある。

研究チームは2025年4月3日の24時間に、.nlの権威サーバーが受け取った問い合わせを使った。ゾーンファイルから既存のDNSSECデータを外し、Falcon-512で2つの試験用ゾーンに署名してから、記録した問い合わせをNSDサーバーに再生した。一方はパディングあり、もう一方はなし。比較対象は一般的な2種類の応答、NOERRORとNXDOMAINだった。Falconは.nlの本番ゾーンでは動かしていない。

署名だけを見ると、圧縮側が勝つ。パディングありのFalcon-512は常に666バイト。試験ゾーンのパディングなし署名は中央値655バイトだった。11バイトの差は実在する。ただしDNSパケットには、問い合わせ名、DNSレコード、DNSSEC証明、その署名も入る。

NOERROR応答の大半は、DNSメッセージの1,232バイト上限と、比較に使ったEthernetの1,500バイトMTUの内側に収まった。一方で、少数ながら無視できない応答は上限を超えた。2形式の分布曲線はほぼ重なり、署名形式を替えても上限内に入る応答は目立って増えなかった。大半は初めから収まっており、11バイトの差で境界をまたぐ応答は少ない。

難所はNXDOMAINに表れた。署名付きの否定応答では、名前が存在しないことを証明する必要がある。このゾーンでは、証明に2件または3件のNSEC3レコードが含まれ、それぞれに署名が付いた。問い合わせ再生では113,348,878件のNXDOMAIN応答が得られ、すべてが両方のサイズ上限を超えた。署名付きNSEC3が2件の応答は2,269〜2,420バイト、3件では3,075〜3,767バイトだった。署名は、証明ですでに満杯のパケットに加わっていた。

NOERRORの問い合わせ群では、再生後に59,312,128件がNOERRORだった。この群にも上限超過はあり、その割合は無視できない。ただしNOERRORは上限内外が混在し、NXDOMAINはこの試験で全件が両方の上限を超えた。論文のサイズ表は原因を示している。署名付きの証明が一つ増えると数百バイト増える。署名形式を一つ替えたときの差は、それよりはるかに小さい。

Fabrizioの論文は、問い合わせ名の長さによるサイズのばらつきが、パディングなしFalcon-512署名1件のばらつきと同じ程度だとも示した。この比較で圧縮の効果をDNSの実際の計算に戻せる。名前の長さも証明数も変わる。署名一つの形式だけで返答全体の大きさは決まらない。

著者らは、予測しやすく実装ミスを抑えやすい点から、固定長のパディング形式が有利になり得ると結論づけた。RIPE 93の質疑でFabrizioは、浮動小数点演算の実装が難しい点に触れ、それを大量のTCPフォールバックと並ぶ運用上の課題として語った。パディングは大きすぎる応答を小さくしない。署名の長さを一定に保ち、小さな平均削減のために実装がどれだけ複雑さを引き受けるかを見えるようにする。

Fabrizioは、SIDNとともにFalconとML-DSAを使い、リゾルバー側と権威サーバー側の負荷を調べるテストベッドにも着手したと説明した。発表時点では結果が新しく、図を用意できていなかった。次に必要なのは、応答サイズの分布を、実際のリゾルバーのTCP再試行や遅延と結び付ける測定だ。論文は本番の再帰リゾルバーでの再試行回数や往復遅延を測っていない。その数値があれば、11バイト差に割り当てる運用コストは変わり得る。

今回の切り分けは明快だ。NOERRORの大半は上限内に収まり、NXDOMAINは試験した全件が上限を超えた。DNSSECでFalconの形式を選ぶなら、署名の中央値だけでなく、応答の形と証明の数を評価すべきだ。