У даній роботі розроблена математична модель системи квантового безпечного зв’язку на основі пінг-понг протоколу із застосуванням завадостійких кодів Ріда-Соломона над полем Галуа GF(32). Формалізовано тритову систему завадостійкого кодування та детально описано роботу режиму передачі повідомлень пінг-понг протоколу з парами повністю переплутаних кутритів у каналі з шумом (деполяризуючому каналі). Крім того, на базі розробленого програмного забезпечення, проведено імітаційне (статистичне) моделювання роботи системи квантового прямого безпечного зв’язку, проаналізовано отримані результати та сформульовано практичні рекомендації.
У даній роботі розроблена математична модель системи квантового безпечного зв’язку на основі пінг-понг протоколу із застосуванням завадостійких кодів Ріда-Соломона над полем Галуа GF(32). Формалізовано тритову систему завадостійкого кодування та детально описано роботу режиму передачі повідомлень пінг-понг протоколу з парами повністю переплутаних кутритів у каналі з шумом (деполяризуючому каналі). Крім того, на базі розробленого програмного забезпечення, проведено імітаційне (статистичне) моделювання роботи системи квантового прямого безпечного зв’язку, проаналізовано отримані результати та сформульовано практичні рекомендації.
Квантова криптографія є одним з найважливіших і найбільш розвинених додатків квантової теорії інформації, що пропонує нові підходи до вирішення важливої проблеми передачі секретних повідомлень [1]. Один із напрямків квантової криптографії – це квантові протоколи прямого безпечного зв'язку, у яких взагалі не використовується шифрування, а таємність передачі гарантується законами квантової фізики [2–4]. Відкритий текст секретного повідомлення кодується за допомогою квантових станів груп квантових систем (дво- або багаторівневих), в якості котрих використовують фотони, а потім ці фотони передаються квантовим каналом зв'язку. При цьому закони квантової фізики гарантують виявлення підслуховування в каналі. Виявивши агента, що підслуховує (Єву), легітимні користувачі (Аліса й Боб) переривають сеанс зв'язку.
Проблеми інформатизації: тринадцята міжнародна науково-технічна конференція 65 МЕТОДИ КВАНТОВОЇ СТЕГАНОГРАФІЇ ЗОБРАЖЕНЬ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ В СИСТЕМАХ ЗАХИСТУ Головко Є.В.Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, Україна Сучасні інформаційні системи потребують високого рівня захисту, особливо коли дані передаються відкритими каналами зв'язку.Але традиційні криптографічні підходи не приховують факт існування секретного повідомлення.Поєднання стеганографії з квантовими обчисленнями створює новий рівень безпеки, оскільки квантові стани дозволяють здійснювати операції паралельно, забезпечують високу непомітність і ускладнюють виконання стеганоаналізу [1].Саме тому виникає необхідність наукового дослідження моделей квантового подання зображень та алгоритмів квантової стеганографії, орієнтованих на ефективне та надійне приховування даних.Метою доповіді є дослідження моделей квантових зображень та стеганографічних методів на основі LSB, що забезпечують підвищений рівень захищеності інформації.Квантові комп'ютери відкривають доступ до нових принципів представлення та обробки зображень, що забезпечує значні переваги порівняно з класичними системами.Моделювання зображень у квантових станах дозволяє реалізувати операції над усіма пікселями одночасно, що підвищує ефективність і розширює можливості забезпечення безпеки.Крім того, існуючі класичні стеганографічні методи є дедалі вразливішими до сучасних атак, тоді як квантові стани дозволяють мінімізувати спотворення та ускладнюють виявлення вбудованого повідомлення [2].Актуальність зумовлена потребою у захищеній передачі зображень у таких сферах, як телемедицина, оборона, супутникова розвідка й системи спостереження, де конфіденційність і непомітність мають вирішальне значення.Моделі зображень у квантових станах формують основу для побудови стеганографічних алгоритмів.Модель квантової решітки передбачає пряме відображення пікселів у кубіти, що робить її концептуально простою, але практично складною через потребу у великій кількості кубітів.Модель Real Ket базується на багаторівневому поділі зображення та використанні заплутування, що дозволяє виконати стиснення, однак випадковість структури зображення обмежує її ефективність у реальних застосуваннях.Розвиток моделей призвів до створення FRQI, де координати та інтенсивність зображення зберігаються у суперпозиційних станах.Ця модель забезпечує компактність представлення та можливість паралельної обробки, але має значну обчислювальну складність і застосовується лише до квадратних зображень.На відміну від неї, модель NEQR кодує інтенсивність у базисних станах кубітів і дозволяє зменшити складність формування зображення у квантовому вигляді, що робить її технологічно зручною та придатною для використання в схемах стеганографії [3].Усі ці моделі демонструють різний баланс між точністю представлення, кількістю необхідних кубітів та обчислювальною ефективністю,
У статті досліджено проблему захисту каналів зв’язку автономних безпілотників в умовах розвитку квантових обчислень. Проаналізовано особливості функціонування безпілотних літальних апаратів (БПЛА), що працюють у середовищі з обмеженими обчислювальними ресурсами, високими вимогами до енергоефективності та часових характеристик. Визначено актуальні загрози, зокрема пов’язані з можливістю застосування квантових атак для порушення традиційних криптографічних схем. Запропоновано гібридну модель криптографічного захисту, яка поєднує постквантові алгоритми обміну ключами (Kyber512) та цифрових підписів (Dilithium2) із полегшеним симетричним шифруванням (AES, ChaCha20). Побудовано поетапні схеми взаємодії, математичні моделі та реалізовано експериментальне моделювання на платформах STM32F407 та ESP32-S3. Отримані результати свідчать про придатність моделі до використання в реальному часі, її масштабованість та низьке енергоспоживання. У роботі також порівняно ефективність запропонованого рішення з класичними криптографічними підходами та визначено переваги у контексті стійкості до квантових атак і відповідності обмеженням вбудованих систем.
Проведено аналіз методів оптимізації інфраструктури мережі радіозв’язку через моделювання на основі системи штучного інтелекту та квантових обчислень. Показано ефективність застосування методики автоматизації процедури конфігурації фізичного каналу довільного доступу через призначення індексу кореневої послідовності RSI. Показано, що на математичному рівні зазначена процедура формалізується як вирішення задачі квадратичної необмеженої двійкової оптимізації QUBO для потокових даних мобільної мережі радіозв’язку. У рамках математичного моделювання була розглянута ефективність застосування «квантового відпалу» як метаевристичної методики пошуку глобального екстремуму цільової функції для безконфліктних задач призначення RSI. Відповідно зазначеного підходу набори параметрів для кожної комірки формують відповідні підмножини змінних, що разом створюють множину параметрів мережі радіодоступу, діапазони значень яких вирішуються через розрахунок скінчених і дискретних областей значень, де виконуються умови істинності всіх предикатів. Оцінка ефективності застосування відповідних метаевристичних алгоритмів на основі квантових досліджень з класичними програмними алгоритмами відповідно цільових показників точності та часу обробки набору даних фіксованої довжини. Процедура самоорганізації мережі радіодоступу згідно розробленої схеми включає у себе вирішення задачі квадратичної необмеженої двійкової оптимізації QUBO, що проводиться з застосуванням лазерного відпалу і базується на системі підтримки виконання операцій програмного забезпечення. При цьому для всіх сценаріїв використання визначається точність математичного моделювання, а для оцінки продуктивності роботи комплексу, у свою чергу, використовуються ключові показники ефективності комунікаційної мережі і обчислювального блоку.
Стрімкий розвиток методів штучного інтелекту та машинного навчання супроводжується зростанням потреби у моделях, які поєднують високу точність з прозорістю та нтерпретацєю результатів. Більшість сучасних глибоких нейронних мереж функціонують як «чорні скриньки», що ускладнює їх застосування у критично важливих сферах – медицині, фінансах, транспорті, де необхідна верифікація рішень експертами. Водночас, розвиток квантових технологій і квантового машинного навчання відкриває нові можливості для побудови моделей, здатних ефективно працювати у просторах великої розмірності. Мета роботи полягає у розробці та експериментальній перевірці інтерпретованої гібридної моделі бінарної класифікації, яка поєднує нечіткий шар правил з варіаційною квантовою схемою, на прикладі задачі прогнозування виживання пасажирів (датасет Titanic), а також у порівнянні її з класичними підходами з точки зору точності та пояснюваності. Методологія дослідження ґрунтується на поєднанні апарату нечіткої логіки та варіаційних квантових схем. На першому етапі формуються лінгвістичні змінні для ознак датасету, задаються гауссові функції належності та формалізуються інтерпретовані нечіткі правила типу IF–THEN, які відображають предметні знання про задачу Titanic. На основі ступенів активації правил будується вектор ознак нечіткого шару. На другому етапі цей вектор лінійно агрегується за допомогою ваг правил, що підлягають навчанню, та кодується в параметри вхідних квантових обертань. Третій етап передбачає використання варіаційної квантової схеми з параметризованими воротами RX, RY та ентанглінгом CNOT, вихід якої вимірюється оператором Паулі-Z та перетворюється у ймовірність класу за допомогою логістичної функції. Навчання здійснюється методом градієнтного спуску з використанням правила параметрного зсуву для квантової частини моделі. Для порівняння реалізовано нечітко-класичний варіант моделі без квантового шару та логістичну регресію. Наукова новизна роботи полягає у створенні гібридної нейро-фазі-квантової архітектури, у якій знання предметної області явно кодуються у вигляді нечітких правил з інтерпретованими вагами, а квантовий шар використовується як нелінійний агрегатор цих правил. На відміну від традиційних «чорних» квантових класифікаторів, запропонований підхід забезпечує прозоре відображення впливу кожного правила на кінцевий результат, що підвищує довіру до моделі та створює можливості для експертного аналізу. У роботі продемонстровано, що поєднання нечіткої логіки з варіаційними квантовими схемами дозволяє отримати класифікатор зі збереженою інтерпретованістю та покращеними можливостями моделювання складних залежностей між ознаками. Висновки. Експериментальне дослідження на основі датасету Titanic показало, що запропонована гібридна модель демонструє якість класифікації (accuracy, F1-міру), порівнянну або дещо вищу за результати нечітко-класичної моделі та логістичної регресії, при цьому забезпечуючи високий рівень інтерпретованості завдяки аналізу ваг і активності нечітких правил. Модель дозволяє пояснювати окремі рішення, визначати найважливіші правила і перевіряти їх на узгодженість з очікуваними доменними знаннями. Перспективними напрямами розвитку є масштабування моделі на більш комплексні задачі, автоматична генерація нечітких правил, адаптація до роботи на реальних квантових пристроях із шумами та застосування в галузях, де особливо важливі прозорість і надійність систем штучного інтелекту.
У сучасному інформаційному суспільстві все більша кількість людей відчуває потребу в конфіденційному зв'язку. Квантові комунікації, які ґрунтуються на передачі інформації, закодованої у квантових станах мікрочастинок, пропонують ряд нових способів для безпечного обміну повідомленнями [1]. Одним з напрямів квантових комунікацій є квантовий прямий безпечний зв'язок (КПБЗ), де легітимні користувачі обмінюються квантовими частками квантовим каналом зв'язку, виконують певні операції і вимірювання над цими частками, а також обмінюються додатковою інформацією звичайним (не квантовим) каналом з автентифікацією [2-14]. Практично, в якості квантових часток використовують фотони, так як вони є найбільш стабільними носіями квантової інформації, а у якості квантових каналів -оптоволоконні лінії зв'язку або атмосферу (оптичний бездротовий канал). При цьому, безпека передачі інформації з використанням протоколів КПБЗ гарантується законами квантової фізики.