Використання принципів квантової теорії вимірювальних перетворень для побудови оригінальних засобів радіоелектронної боротьби з радіоканалами безпілотних розвідувальних систем
С.В. Бех, I. V. Trotsishin, Н.І. Троцишина, S.V. Beh, I.V. Trotsyshyn, N.I. Trotsyshyna
Проект направлено на вирішення важливої прикладної задачі, яка гостро постала в рамках \nпроведення АТО, так і забезпечення захисту від несанкціонованих посягань на інформацію про територію України, \nшляхом використання безпілотних розвідувальних систем. Вказані засоби використовують два визначаючих \nпринципи – радіокерування, та передачі телеінформації радіоканалами. Наявний парк безпілотних літаючих та \nрухомих апаратів використовує як класичні, так і сучасні радіозасоби передачі інформації із використанням \nзавадостійких (FFSS, ADT, GSM, CDMA, тощо). Тому, класичні відомі засоби Радіоелектронної боротьби (РЕБ), які є \nна сучасному рівні, не здатні забезпечити виконання двох принципових і завдань: ‐ подавлення (збій в керуванні \nтраєкторією руху), і саме важливе, блокування передачі телеінформації у реальному масштабі часу, саме для \nсигнально‐кодових конструкції сигналів, використання ортогонального оброблення та скритності передавання \nпо випадкових каналах «широкосмугового шумоподібного» каналів зв’язку. Пропонується розробки і постановлення \nна виробництво новітніх РЕБ на основі використання оригінальних принципів фазочастотної теорії вимірювання \nта перетворення радіосигналів.
Проект направлено на вирішення важливої прикладної задачі, яка гостро постала в рамках \nпроведення АТО, так і забезпечення захисту від несанкціонованих посягань на інформацію про територію України, \nшляхом використання безпілотних розвідувальних систем. Вказані засоби використовують два визначаючих \nпринципи – радіокерування, та передачі телеінформації радіоканалами. Наявний парк безпілотних літаючих та \nрухомих апаратів використовує як класичні, так і сучасні радіозасоби передачі інформації із використанням \nзавадостійких (FFSS, ADT, GSM, CDMA, тощо). Тому, класичні відомі засоби Радіоелектронної боротьби (РЕБ), які є \nна сучасному рівні, не здатні забезпечити виконання двох принципових і завдань: ‐ подавлення (збій в керуванні \nтраєкторією руху), і саме важливе, блокування передачі телеінформації у реальному масштабі часу, саме для \nсигнально‐кодових конструкції сигналів, використання ортогонального оброблення та скритності передавання \nпо випадкових каналах «широкосмугового шумоподібного» каналів зв’язку. Пропонується розробки і постановлення \nна виробництво новітніх РЕБ на основі використання оригінальних принципів фазочастотної теорії вимірювання \nта перетворення радіосигналів.
Приведено унікальні можливості застосування методу шкали коінціденції (подвійного спів падіння) для вирішення принципового питання одночасного підвищення і точності і швидкодії вимірювального перетворення як фазочастотних так і амплітудних параметрів радіосигналів. Представлено обґрунтування принципів та методологій застосування на прикладі вимірювання і формування радіосигналів із унікальним набором параметрів, які не можуть бути досягнуті в рамках сучасних (класичних) методів вимірювань.
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.
Об’єктом дослідження є сучасні квантовостійкі криптоалгоритми, які мають забезпечувати безпеку даних у комунікаційних каналах в умовах зростаючої загрози з боку квантових комп'ютерів, так як для них наразі не існує ефективних алгоритмів криптоаналізу, оскільки вони базуються на інших математичних проблемах ніж ті, що експлуатуються у поточний час. У статті зроблено огляд алгоритмів, які було подано на участь в процесі сертифікації від організації NIST, розподіллено за типами криптографічних схем, наведено відомості про те, на яких математичних задачах вони ґрунтуються, складність розв'язання цих задач, переваги та недоліки. Метою роботи є порівняння постквантових криптографічних систем та їх аналіз. В роботі розглянуті та проаналізовані основні принципи застосування різних видів криптографії, яка є стійкою до атак з використанням як звичайних, так і квантових комп'ютерів та технологій. Оглянуто наступні криптографічні типи: криптографію на основі ґраток, мультиваріативну криптографію, криптографію на основі хеш-функцій, криптографію на основі кодів коригування помилок та криптографію на основі ізогенії; що дозволяє зробити висновок про те, який з підходів до криптографії є кращим дляобрання в конкретній ситуації. Результатом є порівняльний аналіз алгоритмів за обраними критеріями та формування списку алгоритмів, які є прийнятними для використання у «пост квантову добу», коли звичайні алгоритми вже не зможуть забезпечувати конфіденційність, за умови відсутності специфічних вимог щодо їх роботи (таких як розмір відкритого та закритого ключів/швидкодія алгоритмів). Бібл. 21, табл. 2
У статті представлено систематичне дослідження розробки генератора випадкових чисел з високою ентропією, що базується на фізичних процесах квантової природи. Потреба в надійній випадковості обґрунтована з точки зору сучасних криптографічних застосувань, у яких якість згенерованих послідовностей відіграє вирішальну роль у забезпеченні інформаційної безпеки. Зокрема, увага приділяється обмеженням існуючих підходів, включаючи псевдовипадкові алгоритми. Як альтернативу пропонується підхід, який використовує флуктуації електричних сигналів, спричинені дискретною природою носіїв заряду у фотодетекторі. Ці флуктуації інтерпретуються як фундаментальне джерело ентропії, оскільки вони виникають внаслідок ймовірнісних процесів, які неможливо змоделювати детерміновано. У дослідженні описано теоретичні основи цього явища та проаналізовано можливості практичної реалізації в рамках інтегрованої системи. Запропонована система складається з кількох функціональних компонентів, включаючи сенсорну підсистему для виявлення фізичного шуму, аналоговий ланцюг обробки для посилення та фільтрації, а також цифровий модуль для перетворення сигналу та подальшої обробки. Особлива увага приділяється використанню кількох незалежних каналів, що сприяє стійкості та стабільності згенерованого виходу. Крім того, застосовуються методи пост-обробки для корекції статистичних відхилень та забезпечення рівномірного розподілу згенерованих значень. Експериментальні результати демонструють, що згенеровані послідовності відповідають вимогам високої ентропії, однорідності та незалежності. Статистичний аналіз підтверджує, що вихід не має значних кореляцій або структурних відхилень, що підкреслює придатність системи для криптографічних застосувань. Також продемонстровано, що запропоноване рішення практично здійсненне з використанням поширених електронних компонентів та може бути гнучко інтегровано в існуючі цифрові інфраструктури. Поєднання фундаментальної фізики та технічної реалізації дозволяє досягти високого рівня безпеки та непередбачуваності, що є важливим з огляду на зростаючі вимоги до інформаційної безпеки та постійний технологічний прогрес.
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.
У статті розглянуто ключові аспекти впливу квантових обчислень на сучасну інформаційну безпеку, а також потенційні наслідки їх впровадження у різних сферах суспільного життя. Зокрема, аналізуються ризики, які виникають через можливість зламу традиційних криптографічних алгоритмів, таких як RSA, DSA, ECC та інші, за допомогою квантових комп’ютерів, які здатні виконувати обчислення з небаченою швидкістю. Це створює загрозу для конфіденційності, цілісності та доступності інформації у фінансових, державних, військових та інших критично важливих системах. У роботі пропонуються шляхи вирішення проблем, пов’язаних із впровадженням стійкої до квантових атак криптографії. Описано перспективи використання алгоритмів, що базуються на ґратках, кодах корекції помилок, багатоваріантних рівняннях, ізогеній еліптичних кривих та інших підходах, здатних забезпечити довготривалу безпеку даних. Розглянуто міжнародні ініціативи щодо стандартизації постквантових криптографічних технологій, серед яких особливу роль відіграє програма NIST з розробки нових криптографічних стандартів.Окрему увагу приділено викликам, які постають перед країнами на національному рівні. Серед них – необхідність модернізації існуючих інформаційних систем, розробки нових стандартів кібербезпеки, підготовки спеціалістів у галузі квантових технологій, а також значні фінансові та організаційні витрати. Виокремлено ризики для фінансової, енергетичної, транспортної та державної інфраструктури, які є критично залежними від надійних криптографічних методів захисту. Стаття акцентує увагу на важливості міжнародної співпраці в умовах глобальних постквантових загроз. Запропоновано механізми міжнародного обміну досвідом, спільні дослідження та створення альянсів для прискорення впровадження стійких до квантових атак технологій. Розглянуто необхідність розробки нових стратегій кіберзахисту, які враховують виклики майбутнього та забезпечують стабільність сучасних інформаційних систем у постквантову еру