В данной статье представлен сравнительный анализ производительности различных алгоритмов декодирования LDPC-кодов в условиях канала с аддитивным белым гауссовым шумом (AWGN). Целью исследования является идентификация наиболее эффективных методов LDPC-декодирования, обеспечивающих надёжную передачу информации в условиях воздействия AWGN. Для проведения моделирования использовался инструмент AFF3CT, предоставляющий широкие возможности для точной настройки экспериментальных параметров и детального анализа работы декодеров. Процесс передачи данных по каналу связи включает следующие ключевые этапы: генерацию исходных данных, кодирование с применением LDPC-кодов, модуляцию (в данной работе используется BPSK), добавление шума AWGN, демодуляцию и последующее декодирование. В рамках исследования рассмотрены следующие алгоритмы LDPC-декодирования: GALA, GALB, GALE, PPBF, WBF и MWBF. В качестве метрик оценки производительности применялись показатели битовой ошибки (BER) и ошибки на кадр (FER). Результаты численного моделирования продемонстрировали, что алгоритмы BP_FLOODING и BIT_FLIPPING, реализуемые в различных декодерах, проявляют неодинаковую эффективность в зависимости от уровня шума и параметров моделирования. Анализ полученных данных позволяет заключить, что алгоритм GALE демонстрирует наивысшую эффективность при декодировании сообщений длиной 20480 бит. В условиях ограниченных вычислительных ресурсов алгоритмы с малым числом итераций, в частности на основе BIT_FLIPPING, также могут обеспечивать приемлемую производительность. Для декодирования коротких сообщений наиболее целесообразным выбором являются декодеры MWBF или GALE.
В данной статье представлен сравнительный анализ производительности различных алгоритмов декодирования LDPC-кодов в условиях канала с аддитивным белым гауссовым шумом (AWGN). Целью исследования является идентификация наиболее эффективных методов LDPC-декодирования, обеспечивающих надёжную передачу информации в условиях воздействия AWGN. Для проведения моделирования использовался инструмент AFF3CT, предоставляющий широкие возможности для точной настройки экспериментальных параметров и детального анализа работы декодеров. Процесс передачи данных по каналу связи включает следующие ключевые этапы: генерацию исходных данных, кодирование с применением LDPC-кодов, модуляцию (в данной работе используется BPSK), добавление шума AWGN, демодуляцию и последующее декодирование. В рамках исследования рассмотрены следующие алгоритмы LDPC-декодирования: GALA, GALB, GALE, PPBF, WBF и MWBF. В качестве метрик оценки производительности применялись показатели битовой ошибки (BER) и ошибки на кадр (FER). Результаты численного моделирования продемонстрировали, что алгоритмы BP_FLOODING и BIT_FLIPPING, реализуемые в различных декодерах, проявляют неодинаковую эффективность в зависимости от уровня шума и параметров моделирования. Анализ полученных данных позволяет заключить, что алгоритм GALE демонстрирует наивысшую эффективность при декодировании сообщений длиной 20480 бит. В условиях ограниченных вычислительных ресурсов алгоритмы с малым числом итераций, в частности на основе BIT_FLIPPING, также могут обеспечивать приемлемую производительность. Для декодирования коротких сообщений наиболее целесообразным выбором являются декодеры MWBF или GALE.
Объект исследования – двухуровневый атом. Цель работы – теоретическое исследование нелинейных эффектов при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов. В результате исследования создана математическая модель взаимодействия лазерного излучения со средой двухуровневых атомов, проведен анализ распространения коротких лазерных импульсов в оптически плотной среде, изучено влияние процессов релаксации атомных уровней на изменение площади импульса при его распространении в среде. Результат работы – зависимости, устанавливающие как параметры излучения и среды определяют динамику площади импульса в соответствии с теоремой площадей Мак–Колла–Хана. Полученные результаты позволяют лучше понять процессы когерентного взаимодействия излучения с резонансными средами и могут быть использованы при анализе систем оптической обработки информации. Применялись информационно – коммуникационные технологии для поиска и анализа литературы. Использована прикладная программа Python для численного моделирования процессов взаимодействия и визуализации полученных результатов.
Декодирование линейным программированием (ЛП) является альтернативой итеративным алгоритмам декодирования кодов контроля четности с низкой плотностью (LPDC). Хотя практические характеристики ЛП декодирования сравнимы с декодированием в процессе передачи сообщения, однако значительным преимуществом является его сравнительная совместимость с неасимптотическим анализом. Более того, оказывается, что существуют важные теоретические связи между ЛП декодированием и стандартными формами итеративного декодирования. Эти связи позволяют перенести теоретические новшества ЛП декодирования на итеративные алгоритмы. Отмеченные преимущества привлекли многих исследователей к использованию этого нового способа декодирования при работе с LPDC кодами. В данной статье приводится обширный обзор и обсуждение различных вопросов ЛП декодирования.
В статье рассматриваются способы упрощения расчета корректирующей способности LDPC-кодов и вероятности битовой ошибки при их использовании для случая применения порождающей матрицы канонического вида. В первой части статьи дано представление о кодировании LDPC, проанализированы узловые требования к порождающим матрицам, определены основные достоинства их канонического вида, отмечены способы обнаружения битовых ошибок на приемной стороне. Предложен алгоритм оценки корректирующей способности LDPC на основе статистических розыгрышей, приведена его схема, позволяющая смягчить имеющиеся в математических пакетах ограничения размерности матриц. Представлены результаты оценки максимального количества восстанавливаемых бит при использовании LDPC с разной кодовой скоростью. The article discusses ways to simplify the calculation of the correcting ability of LDPC codes and the probability of bit error when using them for the case of using a generator matrix of canonical form. In the first part of the article, an idea of LDPC coding is provided, nodal requirements for generator matrices are analyzed, the main advantages of their canonicalform are determined, and methods for detecting bit errors on the receiving side are noted. An algorithm for estimating the correcting ability of LDPC based on statistical drawings is proposed, and its scheme is given, which allows mitigating the limitations of the matrix dimension existing in mathematical packages. The results of estimating the maximum number of recoverable bits when using LDPC with different code rates are presented.
Объект исследования — трёхуровневая атомная система. Цель работы — cоздать математическую модель взаимодействия лазерного излучения с оптически плотной средой трёхуровневых атомов. В результате исследования разработана и численно реализована математическая модель, описывающая динамику взаимодействия когерентного лазерного излучения с ансамблем трёхуровневых атомов в условиях оптически плотной среды. Модель основана на решении системы уравнений для элементов матрицы плотности совместно с уравнениями Максвелла для медленно меняющихся амплитуд взаимодействующих полей. Получены зависимости пространственно-временной эволюции интенсивности зондирующего импульса и населённостей энергетических уровней атомов при различных параметрах системы, таких как начальные интенсивности и длительности импульсов, отстройки частот от резонанса и оптическая толщина среды. Проанализировано влияние этих параметров на эффективность взаимодействия и формирование когерентных эффектов, таких как электромагнитно-индуцированная прозрачность и когерентное пленение населенностей. Применялись информационно-коммуникационные технологии для численного моделирования и анализа полученных данных. Использованы прикладные программы: MATLAB, язык программирования Python с библиотеками SciPy, NumPy для решения системы дифференциальных уравнений и визуализации результатов. Проведен поиск информации в глобальных компьютерных сетях для анализа существующих теоретических моделей и экспериментальных данных.
Целью написания данной статьи является оценка потенциальных угроз для кибербезопасности, вызванных развитием квантовых алгоритмов. В тексте работы осуществляется анализ существующих квантовых алгоритмов, таких как алгоритм Шора и алгоритм Гровера, и исследуется возможность их потенциального применения в контексте взлома существующих криптографических систем. Методология проводимого исследования заключается в анализе литературы, а также рассмотрении основных принципов функционирования квантовых вычислителей и потенциала реализации квантовых алгоритмов, способных влиять на безопасность как симметричных, так и асимметричных криптографических схем. Кроме того, в исследовании анализируются перспективы создания криптографических алгоритмов, способных противостоять атакам с применением квантовых технологий. На основе анализа существующих квантовых алгоритмов и их потенциального воздействия на широко распространенные в настоящее время криптографические системы, авторы исследования приходят к выводу, что на текущий момент отсутствуют убедительные основания для констатации реальной возможности взлома ассиметричных или симметричных криптографических алгоритмов в ближайшее время в контексте квантовых вычислений. Однако, учитывая постоянное развитие квантовых технологий, а также необходимость сохранения конфиденциальности сведений, актуальность которых с течением времени не будет претерпевать значительное снижение, и необходимость обеспечения защиты конфиденциальной информации в будущем, требуется разработка и активное внедрение квантово-устойчивых криптографических методов для обеспечения конфиденциальности информации в долгосрочной перспективе. The purpose of this article is to assess potential threats to cybersecurity arising from the development of quantum algorithms. The text analyzes existing quantum algorithms, such as Shor's algorithm and Grover's algorithm, and explores the possibility of their potential application in the context of compromising existing cryptographic systems. The research approach includes a literature review and examination of core mechanisms underlying quantum computers, along with assessment of their capability to perform algorithms potentially affecting various cryptographic systems, both symmetric and asymmetric. Additionally, the paper discusses the prospects for developing quantum-resistant cryptographic algorithms aimed at protecting against cryptanalysis using quantum computations. Based on the analysis of existing quantum algorithms and their potential impact on widely used cryptographic systems, the authors of the study conclude that, at present, there is no compelling evidence to assert the real possibility of compromising asymmetric or symmetric cryptographic algorithms in the near future within the context of quantum computations. However, considering the ongoing development of quantum technologies and the necessity of maintaining the confidentiality of information, the relevance of which will not significantly diminish over time, as well as the need to ensure the protection of confidential information in the future, there is a requirement for the development and active implementation of quantum-resistant cryptographic methods to ensure information confidentiality in the long term.
Использование квантовых технологий в современном мире создаёт масштабные вызовы для сохранности критически значимой информационной инфраструктуры, на которой базируются основные отрасли, такие как медицина, энергетика, транспорт и связь. Криптографические алгоритмы RSA и ECC, долгое время считавшиеся надёжными, утратили свою устойчивость перед мощью квантовых вычислений, что делает первостепенной задачей поиск современных решений для обеспечения защиты данных. Главные риски, которые несут квантовые компьютеры, включают возможность компрометации алгоритмов шифрования и возникающие вследствии этого угрозы целостности информации и устойчивости функционирования жизненно важных систем. Методологическая основа исследования основывается на анализе 318 источников из международных баз данных, таких как Scopus, Web of Science и другие. Из этого количества были отобраны 24 публикаций, наиболее релевантных теме. Был проведен сравнительный метод анализа классических и квантовых угроз. Цель исследования — изучить влияние квантовых атак на безопасность КИИ на современном уровне и предложить пути перехода к квантово-устойчивым решениям. Результаты работы подчёркивают необходимость внедрения инновационных криптографических подходов, таких как алгоритмы на основе решеток и кодов, а также комбинированных (гибридных) технологий. Успешная защита инфраструктуры требует системного подхода, включающего комплексный аудит текущих систем, обучение специалистов и снятие технических и нормативных ограничений. Разработанный поэтапный план минимизирует риски и создаёт основу для безопасного внедрения новых стандартов