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.
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.
На даному етапі розвитку інформаційного суспільства все гостріше постає питання захищеності інформаційних ресурсів. Інформаційна безпека є однією із ключових складових національної безпеки. Із розвитком інформаційних технологій невпинно розвиваються і методи захисту інформації, однак, ще стрімкіше розвиваються методи несанкціонованого доступу до інформації. Це одвічне протистояння продовжується вже багато сотень років і з подальшим розвитком науки й техніки ставатиме все гострішим. Не є секретом і те, що стійкість математичних алгоритмів шифрування інформації (таких як DES, AES, RSA) – це всього лише питання часу і, з винайденням квантового комп’ютера, дані алгоритми шифрування будуть неактуальними і неефективними [1]. Отже, можна зробити припущення, що майбутнє криптографічної науки за квантовою криптографією. На даний момент відомо два основні напрямки квантової криптографії: квантовий прямий безпечний зв’язок (КПБЗ) та квантовий розподіл ключів (КРК) [2]. У протоколах КПБЗ легітимні користувачі (Аліса і Боб) взагалі не використовують шифрування, а передають інформацію шляхом кодування повідомлення за допомогою квантових станів фотонів. Протоколи КРК призначені для розподілу ключів шифрування між легітимними користувачами по квантовому каналу зв’язку.
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.
Феномен утворення значної кількості інноваційно-технологічних задумів є суттєвою ознакою нашого сьогодення. Новітні ідеї перестають бути винятково прерогативою фізики й проникають у такі галузі знань, як інформатика, хімія, біологія, соціологія, екологія, агрономія, медицина або освіта. Серед цих новацій чи не найістотніша місія відводиться квантовим технологіям, за принципами яких проходять трансформаційні зрушення в класичних поглядах на функціонування явищ, процесів чи окремих об’єктів. У такий спосіб положення квантової теорії переходять у наш час зі статусу чогось фантастичного, дивного й загадкового у стан такого, що є доречним і конче необхідним. Безпосередня сутність квантової теорії базується на понятті «квант», такої первісно-базової енергетичної частки, яка завжди випромінюється не в форматі постійно функціонуючих хвиль, а в режимі формування й генерування окремих дискретних пакетів, пучків або ж порцій. Тож усвідомлення квантів і розроблення квантової теорії сприяло відкриттю нелінійної природи взаємодії й обміну енергією між окремими предметами різного походження, що передбачає як квантове випромінювання, так і квантове сприйняття. Отже, перевага квантових систем виявляється в тому, що означені функціонали допомагають виявити ті «проблемні вузли», розв’язання яких має: 1) реформувати систему в стислі терміни; 2) значно зменшити витрати коштів і часу на модернізацію системних компонент; 3) виявити слабкі ланки в побудові системоутворюючих зв’язків і відношень; 4) завбачити заміну (трансформацію) окремих елементів, частин або модулів; 5) ініціативно використовувати сучасні знання й досвід із різних галузей наукових досліджень. У наш час сучасна освіта не повинна локалізуватися в рамках однієї галузі знань, а дослідження, що пов’язані з модернізацією системи освіти або її окремих компонентів (методів, технологій, засобів навчання), мають проходити на трансдисціплінарному вузловому перетині кількох наукових течій, які здатні підказати найбільш ефективне рішення в нелінійній картині усвідомлення світу та у взаємовідносинах представників національного соціуму.
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,
Розглянуто деякі можливості та проблеми систем передачі інформації, заснованої на квантово-механічних принципах. Незважаючи на уявно високу надійність оптоелектронних систем, що використовують когерентні фотони для захищених ліній передачі та обробки інформації, теоретично можливі методи і засоби здійснення несанкціонованого доступу до квантової інформації, що передається. Раніше передбачалося, що методи та алгоритми криптографії забезпечують дуже високий рівень надійності та безпеки інформаційних потоків. Однак з виникненням більш продуктивних обчислювальних систем, особливо квантових комп’ютерів, з’явилася можливість реалізації складних алгоритмів атак і методів викрадення ключів та потокової інформації. Крім цього, відомі протоколи криптографії були вивчені та випробувані з використанням «пробоїв» та алгоритмів дешифрування, що зробило раніше надійні системи практично непрацездатними. У статті розглянуто деякі види атак, які найбільш ймовірно можуть застосовуватися кіберзлочинцями. Окремі властивості квантових оптичних систем дозволяють використовувати деякі фізичні принципи для виявлення стану фотонних потоків і аналізу зміни цих станів з метою визначення надійності та достовірності інформації, що передається. Водночас припускається, що гібридне поєднання аналізу фізичних характеристик квантів, які передаються в q-бітному поданні, та надійних криптографічних протоколів, можливо, істотно посилить атрибути надійності та захищеності інформації. За таких умов ставиться завдання дослідити можливість застосування у надійних квантових системах деяких методів та систем інтелектуального аналізу даних для реалізації системи підтримки прийняття рішень (СППР) щодо надійності квантових засобів передачі в OLTP-режимі. Пропонується використовувати засоби підготовки та обробки інформації на базі нейронних мереж, що навчаються. Необхідно з’ясувати можливості нейронних мереж працювати у реальному часі з повною синхронізацією інформаційних потоків, а також можливості аналізу їхніх станів. Проаналізовано деякі види атак з поділом фотонів, «квантових троянів» та ін. Незважаючи на безпеку, існує безліч можливостей пробоїв у структурі самого каналу передачі квантів, що не гарантує стовідсотковий захист інформації від атак кіберзлочинців.
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.