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.
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.
Актуальність теми: Стрімкий розвиток квантових обчислень створює загрозу компрометації існуючих алгоритмів асиметричного шифрування. Це зумовлює необхідність переходу до технологій квантового розподілу ключів (QKD), які гарантують інформаційну безпеку на основі фундаментальних законів фізики. Мета роботи: Підвищення ефективності та надійності функціонування квантових оптичних мереж шляхом оптимізації параметрів протоколів передачі та розробки методів інтеграції обладнання QKD у сучасні волоконно-оптичні системи. Об’єкт дослідження: Процес передачі квантової інформації у волоконно-оптичних та атмосферних каналах зв'язку. Предмет дослідження: Залежність швидкості генерації секретного ключа (SKR) та рівня квантових бітових помилок (QBER) від фізичних параметрів каналу, характеристик фотонних детекторів та методів кодування. Методи дослідження: У роботі використано методи теорії ймовірностей та математичної статистики, чисельне моделювання (метод Монте-Карло) та об'єктно-орієнтоване програмування. Наукова новизна та результати: Розроблено комплексну математичну модель квантового каналу, яка, на відміну від існуючих, враховує вплив хроматичної дисперсії, нелінійних шумів та ефектів скінченної довжини ключа. Доведено ефективність використання методу станів-пасток (Decoy State) у поєднанні з надпровідниковими детекторами (SNSPD) для збільшення граничної дальності зв'язку до 220 км. Розроблено програмний симулятор для проектування топології захищених мереж. Практичне значення: Запропоновано інженерну методику інтеграції квантових каналів у мережі зі спектральним ущільненням (DWDM) та розроблено рекомендації щодо захисту обладнання від атак «квантового хакінгу».
Проведено систематичний огляд передумов застосування квантових обчислень у високоточних системах керування, з урахуванням обмежень традиційних архітектур, що пов'язані з обчислювальною складністю, затримками та обмеженою адаптивністю у реальному часі. Визначено класи задач, для яких потенційно доцільним є впровадження квантових обчислювальних рішень, як то оптимізація траєкторій, прогнозування станів і стабілізація динаміки. Розглянуто провідні архітектури квантових обчислювальних пристроїв з точки зору їхньої сумісності з потребами систем управління. Проаналізовано алгоритмічну базу, релевантну для задач оптимізації та прийняття рішень, зокрема алгоритми Гровера, варіаційний квантовий евристичний алгоритм, варіаційний алгоритм оцінювання енергії, квантові алгоритми лінійної алгебри. Виокремлено ключові характеристики квантових платформ, як то квантова перевага, декогеренція, чутливість до шуму, обмеження на кількість кубітів, як визначальні для практичного впровадження. Узагальнено технічні вимоги до обчислювальних ядер, що мають бути враховані при проєктуванні гібридних архітектур. Наведено приклади використання предикативного та адаптивного керування з включенням квантових прискорювачів. Розглянуто моделі співіснування класичних і квантових компонентів у режимі онлайн-керування. Визначено перспективність використання квантових алгоритмів у задачах моделювання та управління. Розроблено узагальнену концепцію гібридної системи керування, що включає класичний модуль прийняття рішень та квантовий оптимізатор. Здійснено аналітичне порівняння продуктивності класичних та квантових підходів на прикладі типових задач управління, з використанням метрик швидкодії, точності та стійкості до шуму. Запропоновано архітектурне рішення з використанням квантового оптимізатора для керування багатоагентною системою з неповною інформацією про стан середовища. Наведено умовно-формальний опис алгоритму гібридного керування з квантовим елементом у контурі оптимізації.
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.
У зв’язку з активним розвитком та вдосконаленням систем штучного інтелекту останнім часом обробка природної мови стала однією з найбільш актуальних та затребуваних задач. Засоби та алгоритми на базі великих мовних моделей, що забезпечують обробку природної мови та перетворення мови в текстові данні, активно застосовуються для реалізації методів автоматизації різноманітних повсякденних задач, а також систем обслуговування та оперативної взаємодії з людиною. Для швидкого та адекватного опрацювання природної мови, з врахуванням синтаксичних та національних особливостей необхідно використовувати досить складні мовні моделі. Але великі мовні моделі потребують значних обсягів пам’яті та обчислювальної потужності, що ускладнює їх повсякденне використання на пристроях з обмеженими ресурсами, таких як мобільні пристрої з автономним живленням, вбудовані системи та пристрої Інтернету речей. Таким чином, оптимізація алгоритмів роботи мовних моделей та зниження апаратних витрат на їх реалізацію є як ніколи актуальною задачею. Для пришвидшення виконання та зменшення необхідних об’ємів пам’яті використовують алгоритми квантування коефіцієнтів мовних моделей. В даній роботі сформульовано проблеми, що виникають під час виконання квантованих операцій множення матриць, розглянуто популярні підходи до реалізації алгоритму множення матриць на графічних прискорювачах, та реалізовано оптимізоване за швидкістю виконання ядро множення квантованих 1-бітних матриць.
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,
МЕТОД АДАПТИВНОГО ВИБОРУ ПОСТКВАНТОВИХ АЛГОРИТМІВ ШИФРУВАННЯ ДЛЯ ЗАХИСТУ БАЗ ДАНИХ Анотація.У статті досліджено проблему забезпечення захисту баз даних в умовах розвитку квантових обчислень, які створюють потенційну загрозу для класичних криптографічних алгоритмів, що використовуються в сучасних інформаційних системах.Проаналізовано особливості застосування постквантових алгоритмів шифрування для захисту інформації, що зберігається та обробляється у базах даних підприємства, з урахуванням вимог до конфіденційності, цілісності та доступності даних.Визначено, що існуючі підходи до використання постквантової криптографії здебільшого базуються на фіксованому виборі алгоритмів і не враховують динамічні зміни середовища функціонування, рівень загроз, навантаження на систему та обмеження обчислювальних ресурсів.Запропоновано метод адаптивного вибору постквантових алгоритмів шифрування для захисту баз даних, який ґрунтується на багатокритеріальному оцінюванні їх характеристик.Метод передбачає формування множини допустимих алгоритмів, визначення системи критеріїв оцінювання, нормування показників, обчислення інтегральної оцінки ефективності та її адаптацію з урахуванням поточного рівня ризику компрометації даних.У межах дослідження розроблено математичну модель методу, яка враховує показники криптографічної стійкості, швидкодії, ресурсомісткості, розміру ключа, затримки оброблення запитів, а також параметри, що характеризують вразливості системи, інтенсивність загроз і критичність інформаційних ресурсів.На відміну від існуючих підходів, запропонований метод забезпечує адаптивне коригування вибору алгоритму залежно від поточного стану інформаційного середовища, що дозволяє досягти оптимального балансу між рівнем безпеки та ефективністю функціонування системи управління базами даних.Реалізація методу дає змогу підвищити стійкість систем захисту до сучасних і перспективних кіберзагроз, зокрема тих, що пов'язані з використанням квантових обчислювальних технологій.