У статті описується розробка вебплатформи «Quantum information science» для шифрування корпоративних документів за допомогою постквантових алгоритмів та квантового розподілу ключів. Показано роботу безпечної клієнт-серверної архітектури та подано квантову модель машинного навчання, стійку до квантових атак.
У статті описується розробка вебплатформи «Quantum information science» для шифрування корпоративних документів за допомогою постквантових алгоритмів та квантового розподілу ключів. Показано роботу безпечної клієнт-серверної архітектури та подано квантову модель машинного навчання, стійку до квантових атак.
Мета роботи: дослідити ризики для безпеки інформації, які створюють квантові атаки, зокрема з використанням алгоритму Шора для факторизації великих чисел за допомогою бібліотеки Qiskit. Метод дослідження: теоретичний аналіз літератури та практичне моделювання на базі квантового програмування у Qiskit; реалізація симуляції алгоритму Шора для факторизації складеного числа. Результати дослідження: реалізовано симуляцію алгоритму Шора в середовищі Qiskit для факторизації невеликих складених чисел. Проведено оцінку ресурсів, необхідних для зламу RSA-2048 квантовими комп'ютерами. Досліджено сучасні стандарти постквантової криптографії (CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+). Показано, що впровадження постквантових алгоритмів є критичним для збереження безпеки даних у майбутньому. Теоретична цінність дослідження: поглиблення розуміння впливу квантових обчислень на традиційну криптографію; аналіз фундаментальних принципів квантової факторизації та їхнього значення для криптоаналітики. Практична цінність дослідження: отримані результати можуть бути використані компаніями для планування переходу на постквантові криптографічні стандарти, що дозволить зменшити ризики атак типу “Harvest Now, Decrypt Later” та посилити довгострокову захищеність критичних даних. Цінність дослідження: робота демонструє, що активна інтеграція квантово-стійких методів захисту є необхідною умовою збереження безпеки даних у перехідний період розвитку квантових технологій. Майбутні дослідження: аналіз ефективності нових постквантових алгоритмів у різних протоколах безпеки, оптимізація розміру ключів і швидкості підписання в умовах реальних навантажень, розробка гібридних моделей класичної та квантово-безпечної криптографії. Тип статті: емпіричне дослідження.
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».
У сучасному світі, де квантові технології швидко розвиваються, традиційні криптографічні системи стикаються з серйозними викликами.Квантові обчислення здатні порушити основи сучасних криптографічних протоколів, таких як RSA і ECC, шляхом застосування алгоритмів, які можуть зламати ці системи за рекордно короткий час.Ця стаття присвячена аналізу впливу квантових технологій на криптографію, а також необхідності створення нових рішень для захисту інформації.Метою даного наукового дослідження є оцінка сучасного стану постквантової криптографії та виявлення нових підходів, які можуть забезпечити надійний захист інформації в умовах квантового прогресу.У роботі розглядаються такі напрямки, як криптографія на основі решіток, кодова криптографія, мультиваріантна криптографія та криптографія на основі хеш-функцій.Наукова і практична значущість цієї роботи полягає в тому, що вона допомагає зрозуміти виклики, які постають перед сучасною криптографією в умовах квантових обчислень, і пропонує можливі рішення для їх подолання.Методологія дослідження включає огляд літератури, аналіз існуючих криптографічних систем, а також оцінку їх стійкості до квантових атак.Основні результати роботи показують, що підходи на основі решіток та кодів мають високу стійкість до квантових атак і можуть бути використані для розробки нових криптографічних протоколів.Також було виявлено, що мультиваріантна криптографія, хоча і показує обіцяючи результати, потребує подальших досліджень для оптимізації продуктивності.Висновки дослідження підкреслюють важливість комплексного підходу до безпеки інформації в умовах квантового прогресу.Цінність проведеного дослідження полягає в його внеску у розвиток постквантової криптографії, оскільки воно не тільки визначає актуальні виклики, але й пропонує нові напрямки для майбутніх досліджень.Практичне значення підсумків роботи полягає в тому, що результати можуть бути використані для розробки безпечних інформаційних систем у контексті квантових загроз.Ключові слова: постквантова криптографія, інформаційна безпека, криптографія на основі решіток, кодова криптографія, мультиваріантна криптографія, квантові комп'ютери, криптографічні протоколи.Вступ.З розвитком квантових обчислень криптографія, яка є основою сучасної інформаційної безпеки, стикається з новими викликами.Сучасні криптографічні алгоритми, такі як RSA, DSA та алгоритми на основі еліптичних кривих, широко використовуються для захисту конфіденційних даних, онлайн-транзакцій та комунікацій в інтернеті.Вони забезпечують надійну безпеку завдяки складності факторизації великих чисел або вирішення дискретних логарифмів, що є обчислювально непосильними для класичних комп'ютерів.Проте з розвитком квантових обчислень постала загроза традиційним криптографічним методам, які вже кілька десятиліть використовуються для забезпечення інформаційної безпеки.Квантові комп'ютери використовують принципи квантової механіки, зокрема квантову суперпозицію та квантову заплутаність, завдяки яким вони можуть одночасно обробляти багато варіантів рішення задачі, що робить їх набагато швидшими для певних обчислювальних завдань, як, наприклад, факторизація великих чисел або пошук у великій базі даних.Потужність квантових комп'ютерів дозволяє зламати багато з існуючих криптосистем за допомогою алгоритмів Шора [1] та Гровера [2], що ставить
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.
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
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.