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.
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.
На сьогодні першочерговим чинником, що впливає на складові національної безпеки, є ступінь захищеності інформаційного середовища. Питання інформаційної безпеки набуває актуальності як у процесі стрімкого розвитку комп’ютерних технологій, так і у контексті різкого збільшення злочинів та інших протиправних дій, спрямованих на порушення конфіденційності, цілісності та достовірності інформації. Основна роль у забезпеченні інформаційної безпеки в інформаційно-телекомунікаційних системах відводиться криптографії, одними із базових задач якої є: розподіл ключів шифрування, аутентифікація сторін, авторизація легітимних користувачів [1]. Розподіл ключів шифрування (криптографічних ключів) між законними користувачами в умовах суворої секретності є однією з найважливіших проблем криптографії, яка може бути вирішена за допомогою
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,
Стрімкий розвиток квантових обчислень створює загрозу для сучасних криптографічних механізмів, що використовуються для захисту конфіденційності, цілісності та автентифікації даних у цифрових системах.Це особливо актуально для критичних інфраструктур, таких як енергетичні, транспортні, фінансові та урядові інформаційні системи, де компрометація безпеки може мати катастрофічні наслідки. Враховуючи цей виклик, сучасні дослідження зосереджені на розробці та впровадженні постквантових криптографічних рішень, здатних протистояти атакам квантових комп’ютерів. У даній роботі проводиться аналіз основних класів квантово-стійких криптографічних алгоритмів, включаючи кодові, решіткові, многочленні та хешеві схеми. Особливу увагу приділено їхньому порівнянню за ключовими параметрами продуктивності та безпеки, що є критично важливими для реального впровадження. Результати дослідження показують, що решіткові алгоритми, такі як Kyber та NTRU, демонструють оптимальне співвідношення між продуктивністю та стійкістю до атак квантових комп’ютерів, що робить їх найбільш перспективними кандидатами для стандартизації. Водночас кодові алгоритми, зокрема McEliece, забезпечують надзвичайно високий рівень захисту, проте їхній великий розмір ключів залишається серйозним обмеженням для широкого використання.Розглянуто архітектурні рішення для інтеграції квантово-стійкої криптографії в критичні інформаційні системи. Запропоновано використання гібридних криптографічних механізмів, що поєднують традиційні та постквантові алгоритми для забезпечення безпеки в перехідний період. Також розглянуто необхідність адаптації сучасних протоколів, таких як TLS, IPsec та VPN, для підтримки нових алгоритмів, що сприятиме безболісному переходу до повноцінної квантово-стійкої криптографії.Окрему увагу приділено викликам впровадження квантово-стійкої криптографії, включаючи високі обчислювальні вимоги, сумісність із наявними мережевими протоколами, відсутність єдиних стандартів та необхідність оновлення апаратного забезпечення. Наведені можливі шляхи подолання цих проблем, зокрема впровадження апаратних прискорювачів криптографічних операцій та оптимізація алгоритмів для зменшення навантаження на обчислювальні ресурси. Загальні висновки дослідження вказують на неминучість поступового переходу на постквантову криптографію та необхідність стратегічного планування для її ефективного впровадження. Подальші дослідження у цій сфері мають бути спрямовані на оптимізацію алгоритмів, тестування їхньої безпеки в реальних умовах та розробку міжнародних стандартів, що забезпечать довготривалу захищеність цифрових інфраструктур.
З появою квантових обчислювальних технологій, що мають потенціал обчислювати з набагато більшою швидкістю, ніж класичні комп’ютери класична стеганографія стикається з новими загрозами, які ускладнюють приховування інформації. Водночас це стимулює розвиток нових підходів, таких як постквантова стеганографія, яка враховує потенціал квантових обчислень. Але, виявляється, що квантові обчислення мають потенціал радикально змінити багато аспектів криптографії, а стеганографія, яка використовується для приховування інформації, також може зазнати впливу. Мета роботи. Аналіз особливостей впливу найвідомішої реалізації квантової криптографії, як квантовий розподіл ключів (Quantum Key Distribution для розробки рекомендацій щодо підвищення ефективності стеганографічних методів. Методологія дослідження. Для дослідження впливу квантових обчислень на стеганографію розглянуто застосування різноманітних методів, залежно від конкретних цілей дослідження та доступних ресурсів, а саме: математичне моделювання стеганографічних алгоритмів, аналіз вразливостей перед квантовими алгоритмами, розробка квантових атак на стеганографічні методи та інші. Наукова новизна. Авторами у цієї проблематиці були визначені основні криптографічні системи, що забезпечують захист інформації в умовах квантових загроз, у тому числі особливості квантової криптографії. Також наведені основні особливості квантових обчислень, такі як суперпозиція, заплутаність та зв’язаність. Як результати дослідження можуть бути такі. Нарешті, необхідно зазначити, що загрози, які виникають у результаті розвитку квантових технологій, вимагають термінової адаптації та впровадження нових стандартів у сфері інформаційної безпеки. Інтеграція QKD і стеганографії є багатообіцяючим напрямком, що може знайти застосування в захищених комунікаціях, зокрема в дипломатії, оборонній сфері та приватних зв’язках. Висновки. Квантова механіка пропонує високий рівень випадковості, який може бути використаний для підвищення надійності приховування інформації за рахунок переваг квантового випадкового шуму. Це дозволяє створювати більш стійкі до виявлення стеганографічні системи. Потенційні напрямами подальших досліджень можуть бути: вивчення інтеграції квантових методів з класичною стеганографією; аналіз безпеки стеганографічних методів у постквантовий період; розробка квантових протоколів стеганографії; оцінка впливу квантового шуму на приховування та виявлення інформації для захисту систем електронної комерції.
З плином часу зростає комплексність загроз, які можуть здійснюватись проти критичної інфраструктури, включаючи кібератаки, великомасштабні відмови, терористичні акти тощо. Конфіденційність даних, які обробляються і передаються в межах критичної інфраструктури, є основним аспектом її безпеки. Традиційні методи криптографії, хоча і надійні, стають уразливими перед сучасними обчислювальними та квантовими здатностями атакуючих. З цієї причини актуальність вивчення та застосування квантової криптографії в критичній інфраструктурі набуває все більшого значення. Вони мають високу стійкість до атак, пов’язаних з обчислювальними аспектами, і забезпечують невідслідковуваність ключів і даних завдяки принципам невизначеності. Однак вони також вимагають складної технічної реалізації та подальшого дослідження для широкого впровадження. Квантова криптографія може забезпечити надійний захист від сучасних та майбутніх атак, зберігаючи конфіденційність даних та ідентифікацію користувачів. Проте важливо правильно підібрати методи та засоби для забезпечення максимального рівня конфіденційності даних з урахуванням особливостей мережі. У статті детально описано процеси вдосконалення протоколу квантового розподілу ключів за допомогою методів квантової ідентифікації та мультиплексування квантових каналів, описано математичний апарат вдосконаленого методу та визначено етапи формування стеку протоколу розподілу ключів. Запропонований вдосконалений метод квантового розподілу ключів формує можливість універсального його застосування в умовах невизначеності, забезпечуючи швидкодію виконання операцій та більший рівень захищеності даних.
На теперішній час в умовах широкого впровадження в економіку, оборонну і безпекову сфери цифрових технологій в усіх провідних державах світу гостро стоїть проблема забезпечення безпеки їх кіберпростору, особливо в умовах нових загроз, що породжуються використанням квантових комп’ютерів. Тому створення в Україні відповідної системи безпеки кіберпросторового довкілля національної критичної інформаційної інфраструктури, зокрема комплексів та засобів виявлення вторгнень, криптографічного та стеганографічного захисту інформації, є сучасною та актуальною проблематикою, що безпосередньо стосується пост-квантової інформаційної та кібербезпеки нашої держави, а також має важливе загальнодержавне та оборонне значення і суттєво впливає на забезпечення національної безпеки України в умовах ведення інформаційних і гібридних війн. Виходячи з актульності проблеми забезпечення національної безпеки України в умовах ведення інформаційних і гібридних війн, метою є удосконалення систем спеціального призначення за рахунок побудови комплексів криптографічного захисту інформації пост-квантової безпеки Державних електронних інформаційних ресурсів. Реалізовано проекти з розробки та впровадження програмно-технічних комплексів та апаратних засобів КЗІ для надавачів електронних довірчих послуг Збройних сил України, Міністерства внутрішніх справ, Державної прикордонної служби, Державної податкової служби України, Національного банку України, Приватбанку, Укрсіббанку, Альфа банку тощо, включно по два технологічні центри сертифікації ключів для Центрального засвідчувального органу України та засвідчувального центру Національного банку України. Таким чином, розроблені програмно-технічні комплекси та апаратні засоби КЗІ створили безпечне пост-квантове довкілля для державних електронних інформаційних ресурсів.