Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації
Широке застосування безпілотних систем спонукає до модернізації існуючої системи державного впізнавання. Запропоновано новий алгоритм захисту інформації для системи державного впізнавання (СДВ) для військових об’єктів, що забезпечуватиме достатню масштабованість, стійкість, надійність та багаторівне...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2020
|
| Schriftenreihe: | Кібернетика та комп’ютерні технології |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173153 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації / В.Ю. Корольов, М.І. Огурцов, О.М. Ходзінський // Кібернетика та комп’ютерні технології: Зб. наук. пр. — 2020. — № 3. — С. 74-84. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-173153 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1731532020-11-24T01:26:47Z Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації Корольов, В.Ю. Огурцов, М.І. Ходзінський, О.М. Інформаційні технології: теорія та інструментальні засоби Широке застосування безпілотних систем спонукає до модернізації існуючої системи державного впізнавання. Запропоновано новий алгоритм захисту інформації для системи державного впізнавання (СДВ) для військових об’єктів, що забезпечуватиме достатню масштабованість, стійкість, надійність та багаторівневість впізнавання. Проаналізовано загрози для сучасних криптографічних алгоритмів, викликані реалізацією алгоритмів Гровера і Шора на квантових комп’ютерах (КК). Досліджено криптографічні алгоритми, стійкі до атак за допомогою КК та надано рекомендації до застосування класичних алгоритмів – нові довжини ключів шифрування для СДВ. Цель работы заключается в разработке нового алгоритма государственного опознавания объектов, который предоставляет возможность масштабирования системы для обработки нужного количества пилотируемых и беспилотных аппаратов. Также исследовались потенциальные угрозы для классических алгоритмов криптографической защиты сетей передачи данных, которые повлечет выполнение алгоритмов типа Гровера и Шора на квантовых компьютерах. The purpose of the article is to develop a new algorithm for state recognition of objects, which can be scaled to process the required number of manned and unmanned aerial vehicles. Potential threats to classical cryptographic protection algorithms for data networks, which will result in the execution of algorithms such as Grover and Shore on quantum computers, were also discussed. 2020 Article Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації / В.Ю. Корольов, М.І. Огурцов, О.М. Ходзінський // Кібернетика та комп’ютерні технології: Зб. наук. пр. — 2020. — № 3. — С. 74-84. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. 2707-4501 DOI:10.34229/2707-451X.20.3.7 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173153 004.056 uk Кібернетика та комп’ютерні технології Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Інформаційні технології: теорія та інструментальні засоби Інформаційні технології: теорія та інструментальні засоби |
| spellingShingle |
Інформаційні технології: теорія та інструментальні засоби Інформаційні технології: теорія та інструментальні засоби Корольов, В.Ю. Огурцов, М.І. Ходзінський, О.М. Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації Кібернетика та комп’ютерні технології |
| description |
Широке застосування безпілотних систем спонукає до модернізації існуючої системи державного впізнавання. Запропоновано новий алгоритм захисту інформації для системи державного впізнавання (СДВ) для військових об’єктів, що забезпечуватиме достатню масштабованість, стійкість, надійність та багаторівневість впізнавання. Проаналізовано загрози для сучасних криптографічних алгоритмів, викликані реалізацією алгоритмів Гровера і Шора на квантових комп’ютерах (КК). Досліджено криптографічні алгоритми, стійкі до атак за допомогою КК та надано рекомендації до застосування класичних алгоритмів – нові довжини ключів шифрування для СДВ. |
| format |
Article |
| author |
Корольов, В.Ю. Огурцов, М.І. Ходзінський, О.М. |
| author_facet |
Корольов, В.Ю. Огурцов, М.І. Ходзінський, О.М. |
| author_sort |
Корольов, В.Ю. |
| title |
Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації |
| title_short |
Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації |
| title_full |
Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації |
| title_fullStr |
Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації |
| title_full_unstemmed |
Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації |
| title_sort |
багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2020 |
| topic_facet |
Інформаційні технології: теорія та інструментальні засоби |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/173153 |
| citation_txt |
Багаторівневе державне впізнавання об’єктів та аналіз застосовності пост-квантових криптографічних алгоритмів для захисту інформації / В.Ю. Корольов, М.І. Огурцов, О.М. Ходзінський // Кібернетика та комп’ютерні технології: Зб. наук. пр. — 2020. — № 3. — С. 74-84. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. |
| series |
Кібернетика та комп’ютерні технології |
| work_keys_str_mv |
AT korolʹovvû bagatorívnevederžavnevpíznavannâobêktívtaanalízzastosovnostípostkvantovihkriptografíčnihalgoritmívdlâzahistuínformacíí AT ogurcovmí bagatorívnevederžavnevpíznavannâobêktívtaanalízzastosovnostípostkvantovihkriptografíčnihalgoritmívdlâzahistuínformacíí AT hodzínsʹkijom bagatorívnevederžavnevpíznavannâobêktívtaanalízzastosovnostípostkvantovihkriptografíčnihalgoritmívdlâzahistuínformacíí |
| first_indexed |
2025-07-15T09:41:22Z |
| last_indexed |
2025-07-15T09:41:22Z |
| _version_ |
1837705444177477632 |
| fulltext |
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ: ТЕОРІЯ ТА ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ ЗАСОБИ
74 ISSN 2707-4501. Кібернетика та комп'ютерні технології. 2020, № 3
КІБЕРНЕТИКА
та КОМП'ЮТЕРНІ
ТЕХНОЛОГІЇ
Широке застосування безпілотних систем
спонукає до модернізації існуючої системи
державного впізнавання. Запропоновано но-
вий алгоритм захисту інформації для систе-
ми державного впізнавання (СДВ) для війсь-
кових об’єктів, що забезпечуватиме доста-
тню масштабованість, стійкість, надій-
ність та багаторівневість впізнавання. Про-
аналізовано загрози для сучасних крипто-
графічних алгоритмів, викликані реалізацією
алгоритмів Гровера і Шора на квантових
комп’ютерах (КК). Досліджено криптогра-
фічні алгоритми, стійкі до атак за допомо-
гою КК та надано рекомендації до застосу-
вання класичних алгоритмів – нові довжини
ключів шифрування для СДВ.
Ключові слова: державне впізнавання, кван-
тові комп’ютери, пост-квантова крипто-
графія.
В.Ю. Корольов, М.І. Огурцов,
О.М. Ходзінський, 2020
УДК 004.056 DOI:10.34229/2707-451X.20.3.7
В.Ю. КОРОЛЬОВ, М.І. ОГУРЦОВ, О.М. ХОДЗІНСЬКИЙ
БАГАТОРІВНЕВЕ ДЕРЖАВНЕ ВПІЗНАВАННЯ
ОБ’ЄКТІВ ТА АНАЛІЗ ЗАСТОСОВНОСТІ
ПОСТ-КВАНТОВИХ КРИПТОГРАФІЧНИХ
АЛГОРИТМІВ ДЛЯ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ
Вступ. Зростання кількості рухомих роботизованих
систем у сучасних збройних конфліктах потребує
вдосконалення систем впізнавання військових об’єк-
тів за якісними і кількісними показниками. Широке
застосування безпілотних літальних апаратів (БПЛА)
та їх роїв у новітніх гібридних конфліктах потребує
розробки мережевих алгоритмів державного впізна-
вання та передачі інформації, що можуть ґрунтува-
тись на методах захисту інформації, а саме симетрич-
них і асиметричних алгоритмах шифрування даних та
інших методах криптографії [1–2].
Система державного впізнавання (ДВ) [3] є складо-
вою частиною автоматизованої системи «Ореанда»
[4], яка керує військовою авіацією, протиповітряною
обороною, взаємодіє з цивільними системами
керування повітряним рухом, військовими системами
радіотехнічної та авіаційної розвідки. «Ореанда» – це
складова частина багаторівневої Єдиної системи ав-
томатизованого управління (ЄАСУ) Збройними Си-
лами України (ЗСУ) (рис. 1) та взаємодія з системами
керування рівня бригади «Дзвін», системами керуван-
ня рівня батальйону «Простір», а також системами
NATO C4ISR (Command, Control, Communications,
Computers, Intelligence, Surveillance, and Reconnais-
sance) за стандартом Link-1. Для криптографічного
захисту передачі інформації на всіх рівнях та у всіх
перелічених системах застосовуються симетричні
й асиметричні криптографічні алгоритми.
Сьогодні в ЗСУ для ДВ об’єктів військової техніки
(ОВТ) за принципом «свій-чужий» використовується
комплекс «Пароль-М», який є модифікацією радянсь-
кої системи, розробленої у 80-х роках минулого сто-
ліття. Комплекс «Пароль» передбачає, що у тактичній
зоні може бути до 110 запитувачів і 110 відповідачів
[5], аналогічна система в країнах блоку NATO –
MarkXII виконує в номінальному режимі 400 опиту-
вань в секунду [6].
https://doi.org/10.34229/2707-451X.20.3.7
БАГАТОРІВНЕВЕ ДЕРЖАВНЕ ВПІЗНАВАННЯ ОБ’ЄКТІВ ТА АНАЛІЗ ...
ISSN 2707-4501. Cybernetics and Computer Technologies. 2020, No.3 75
РИС. 1. Багаторівнева організація обміну даними в АСУ ЗСУ
Після відповіді на кожен запит передавач відповідача на деякий час вимикається за допомогою
замикаючого пристрою [7]. Цим запобігають відповіді на радіосигнали, які відбиті від прилеглих
місцевих предметів у тих випадках, коли частоти запиту і відповіді збігаються, а коди подібні. При
дуже великій частоті запитів число відповідей кожному запитувачу зменшується і може досягти
рівня, при якому порушується нормальна робота системи. Для запобігання цьому у відповідачах
застосовується автоматичне обмеження максимального числа відповідей. Воно здійснюється шля-
хом інтегрування дешифрованих сигналів запиту і використання напруги отриманого сигналу для
регулювання швидкості роботи каналу формування відповідей. Пристрій обмеження частоти
відповідей дозволяє також запобігти тепловому перевантаженню генератора відповідача при вели-
кому числі запитів [5, 7].
Новітні засоби керування високоточною зброєю окрім радіотехнічних способів підвищення
точності впізнавання об’єктів [5, 7] мають забезпечувати: зменшення кількості об’єктів у промені
радіолокатора, звуження діаграми спрямованості радіолокатора, запобігання прийому відбитих
сигналів за бічними пелюстками від радіолокатора багатоканальних приймачів, когерентний прий-
ом і передачу сигналів впізнавання. Вони мають використовувати також технології розпізнавання
військових об’єктів [7], техніки та солдат супротивника для віднесення об’єкта до «своїх» або
«чужих» на базі розпізнавання образів.
Застосування роїв БПЛА у збройних конфліктах на Близькому сході, оснащення засобами
впізнавання новітніх екіпірувань солдат показує, що впізнавання 110 об’єктів у зоні відповідально-
сті військового підрозділу може виявитись недостатнім. Цю проблему можна вирішити розробкою
нових систем кодування і шифрування сигналів ДВ ОВТ, які відповідатимуть сучасному рівню вимог.
Сучасні комплекси розпізнавання цілей для військових літальних апаратів (ЛА) [7] складають-
ся з декількох систем, до переліку яких входить система державного впізнавання, що об’єднуються
системою підтримки прийняття рішень пілота для застосування засобів ураження. Алгоритми
ДВ ОВТ ЗСУ, які використовуються системами автоматичного впізнавання за принципом «свій-
чужий», з точки зору інформаційної безпеки є алгоритмами зі змінними параметрами для іденти-
фікації технічних об’єктів на базі паролів з ротацією їх у часі [5 – 7]. У роботі пропонується розро-
бити алгоритми для системи ДВ ОВТ на базі криптографічних алгоритмів.
Розвиток алгоритмів, що використовуються у системах ДВ ОВТ [5, 7], подібний до еволюції
систем автентифікації користувачів комп’ютерних систем і мереж [8, 9], де відбувся поступовий
перехід від однофакторних систем ідентифікації до багатофакторних систем автентифікації
з резервними варіантами авторизації доступу, що застосовують асиметричні криптографічні алго-
ритми для надання дистанційного доступу до інформаційних сервісів у мережі Інтернет.
Системи радіолокаційного впізнавання (системи вторинної радіолокації) [1, 5 – 7] – це ком-
плекс наземної, літакової, корабельної та космічної апаратури (відповідачів та запитувачів), що
забезпечує впізнання об'єктів державної належності у всіх родах Збройних сил на основі Єдиної
системи кодування сигналів.
В.Ю. КОРОЛЬОВ, М.І. ОГУРЦОВ, О.М. ХОДЗІНСЬКИЙ
76 ISSN 2707-4501. Кібернетика та комп'ютерні технології. 2020, № 3
Склад системи радіолокаційного впізнання. Система радіолокаційного розпізнавання будуєть-
ся за принципом радіолокаційної системи з активною відповіддю. Вона являє собою єдиний радіо-
технічний комплекс, що складається з запитувача і відповідача, утворюють два канали зв’язку
(канал запиту і канал відповіді), які називають лінією впізнання (рис. 2).
Механізм впізнавання можна представити наступним чином. Запитувач по каналу запиту
випромінює кодований спеціальним кодом сигнал (сигнал запиту). Відповідач приймає цей сигнал,
декодує його і в разі рівності отриманої кодової послідовності сигналу встановленим на даний час
значенням виробляє сигнал відповіді, структура якого теж відповідає встановленому на даний час
коду. При активній відповіді по каналу відповіді крім інформації державної приналежності може
передаватися інша корисна (в тому числі й не радіолокаційна) інформація: висота польоту (борто-
вим висотоміром вона визначається більш точно, ніж наземною РЛС), відомості про кількість
палива, бортовий номер об'єкта і т. д., а за часом приходу відповідного сигналу і його напрямом
визначаються відповідно дальність і кутові координати об'єкта (див. рис. 3).
РИС. 2. Принцип побудови системи ДВ
РИС. 3. Принцип роботи системи державного впізнавання
БАГАТОРІВНЕВЕ ДЕРЖАВНЕ ВПІЗНАВАННЯ ОБ’ЄКТІВ ТА АНАЛІЗ ...
ISSN 2707-4501. Cybernetics and Computer Technologies. 2020, No.3 77
Сигнал відповіді приймається запитувачем, також декодується, і результат декодування висві-
чується у вигляді відповідної позначки на екрані РЛС. Таким чином, якщо об’єкт свій, то на інди-
каторі РЛС від даного об’єкта висвічуються дві позначки:
- відмітка, обумовлена відлунням сигналу РЛС від об’єкта;
- додаткова відмітка, що показує державну приналежність об’єкта.
Інформація про державну приналежність використовується на всіх етапах організації та веден-
ня бойових дій і тому є вкрай важливою. Для вирішення завдань сучасного бою система ДВ
має відповідати ряду загальних вимог:
- мати високу перешкодозахищеність як по запитному каналу, так і по каналам відповіді;
- мати достатню стійкість до імітації противником відповідних сигналів;
- мати високу пропускну здатність (надійно працювати за наявності в тактичній зоні великого
числа запитувачів і відповідачів);
- мати досить точні характеристики, що забезпечуються розрізнювальною здатністю за дальні-
стю і кутовими координатами;
- мати високу експлуатаційну надійність і малий час відновлення;
- характеристики системи мають бути узгоджені з характеристиками РЛС, з якою вона пов'яза-
на. При цьому максимальна дальність розпізнавання має бути більшою або дорівнювати макси-
мальній дальності виявлення РЛС.
У системах ДВ [1, 5–7] сигнал запиту – це комбінація з високочастотних сигналів РЛС і пере-
давача запитувача, що передаються на різних частотах (рис. 2, 3).
Прийом і розшифровка сигналів відповіді здійснюються у спеціальному пристрої – запитувачі
[8 – 9]. Сигнал відповіді генерується передавачем об’єкта, що перевіряється, тільки тоді, коли його
приймальний пристрій отримає обидва сигнали як РЛС, так і запитувача. Завдяки цьому система
не створює зайвого демаскуючого випромінювання та забезпечує зменшення завантаження відпо-
відачів об’єктів впізнавання, тобто збільшується пропускна здатність системи.
Захист інформації для системи ДВ
Суть роботи алгоритмів ДВ – це обробка запитів і відповідей ОВТ, які зашифровані симетрич-
ним криптографічним алгоритмом. Такий підхід обрано тому, що потрібна максимальна продук-
тивність такої системи, а обмін публічними ключами за асиметричною системою може не спрацю-
вати в умовах дії природніх шумів або навмисних завад, створених комплексами радіоелектронної
боротьби супротивника. Іншим рекомендованим підходом є використання асиметричного крипто-
графічного алгоритму лише для шифрування ключа симетричного алгоритму для його відправлен-
ня до передачі сигналів запиту/відповіді. В цьому випадку можливість розшифрувати та використати
ключ симетричного алгоритму автоматично означає наявність ключа асиметричного алгоритму.
За аналогією з цивільними системами керування повітряним рухом у відповідь військовий те-
хнічний об’єкт може надати не тільки свій ідентифікатор, але і дані про координати, тип літака
та інше, що може бути додатково використано для запобігання підміні сигналу відповіді та переві-
рці справжності отриманого коду. ОВТ, включений у підсистеми ЄАСУ ЗСУ, може також викори-
стовувати інформацію від цивільних систем для верифікації даних, отриманих через спеціальні
мережі, що застосовують симетричні і асиметричні криптографічні алгоритми для захисту інфор-
мації для забезпечення багаторівневого ДВ ОВТ.
Алгоритм захисту інформації системи ДВ
Розглянемо один з можливих варіантів роботи системи ДВ:
В.Ю. КОРОЛЬОВ, М.І. ОГУРЦОВ, О.М. ХОДЗІНСЬКИЙ
78 ISSN 2707-4501. Кібернетика та комп'ютерні технології. 2020, № 3
1) перед виконанням задач державного впізнавання у центрі керування повітряним рухом
заздалегідь генерується відкритий довготерміновий ключ К для асиметричного алгоритму шифру-
вання та копіюється на кожний ОВТ. Він зберігається і на кожному об’єкті, і у центрі керування
повітряним рухом для подальшого тривалого використання. Пара до цього відкритого ключа –
закритий ключ Кз – зберігається виключно у центрі керування повітряним рухом;
2) кожному ЛА призначається свій унікальний ідентифікатор Іі, що зберігається в його довго-
терміновій пам’яті. База усіх ідентифікаторів І також зберігається у центрі керування повітряним
рухом;
3) для кожного ЛА генерується унікальна пара ключів Qo та Qz. Відкритий ключ Qo зберігаєть-
ся в центрі керування повітряним рухом, а закритий Qz – в пам’яті ЛА;
4) за необхідності виконання процедури впізнавання центр керування повітряним рухом над-
силає невпізнаному літальному об’єкту (НЛО) відкритий (не зашифрований) запит на впізнавання
Bi, що містить позначку дати та часу (включаючи секунди) Ті;
5) НЛО, отримавши запит на впізнавання Bi, шифрує отриману позначку дати та часу Ті закри-
тим ключем Qz. Після цього він шифрує свій ідентифікатор Іі та попередньо зашифровану позначку
дати та часу довготерміновим ключем К. Після цього НЛО передає зашифровану відповідь до цен-
тру керування повітряним рухом. Зашифрована відповідь НЛО на запит впізнавання має вигляд
{Ii,{Ti}Qz}K; (1)
6) центр керування повітряним рухом отримує зашифровану відповідь від НЛО. Він розшиф-
ровує її довготерміновим закритим ключем Кз – і отримує ідентифікатор об’єкта Іі. Далі в своїй
базі даних центр керування знаходить відповідний об’єкту Іі відкритий ключ Qo, та використовує
його для розшифровки позначки дати та часу Ті. Якщо розшифрована позначка дати та часу
співпадає з тою, що була відправлена НЛО на кроці 4, то це підтверджує, що НЛО – той ЛА,
за який він себе видає (апарат з ідентифікатором Іі або «свій»);
7) за необхідності повторити процедуру впізнавання кроки 4 – 6 повторюються.
У випадку, якщо інформація про захоплені супротивником/втрачені/знищені ЛА буде вчасно
оновлюватись у базі даних центру керування повітряним рухом, то така система ДВ забезпечува-
тиме достатню стійкість та надійність впізнавання. Інакше супротивник, захопивши ЛА, може
просто перемістити систему відповіді на запит впізнавання на один зі своїх ЛА. В цьому випадку
система впізнавання буде давати правильні відповіді на запити від центру керування повітряним
рухом.
За необхідності виконувати захищений обмін даними після завершення процедури впізнаван-
ня, в алгоритм слід ввести такі зміни:
1) п. 5) НЛО генерує сеансовий ключ для симетричного криптографічного алгоритму KSi. Далі
НЛО шифрує ключем Qz не лише позначку дати та часу Ті, але й ключ KSi. Вигляд відповіді на за-
пит від системи впізнавання (зашифрована відповідь НЛО із симетричним ключем на
запит впізнавання) в цьому випадку описується залежністю
{Ii,{Ti,KSi}Qz}K; (2)
2) п. 6) центр керування повітряним рухом розшифровує відповідь послідовно ключами Кз
та Qo і отримує ключ KSi, який застосовує для подальшого обміну даними з літальним апаратом,
використовуючи симетричний алгоритм шифрування.
БАГАТОРІВНЕВЕ ДЕРЖАВНЕ ВПІЗНАВАННЯ ОБ’ЄКТІВ ТА АНАЛІЗ ...
ISSN 2707-4501. Cybernetics and Computer Technologies. 2020, No.3 79
Вибір асиметричних алгоритмів шифрування даних для систем військового зв’язку і ДВ
ОВТ з урахуванням розвитку квантових комп’ютерів
Зростання продуктивності квантових комп’ютерів [10 – 12] у виконанні алгоритму Гровера для
пошуку і алгоритму Шора для факторизації простих чисел ставить питання перегляду довжин
ключів застосованих криптографічних алгоритмів та запровадження нових протоколів захисту
інформації у наступні 5 – 10 років, що приблизно відповідає часу постановки на озброєння нових
систем в Україні. У 2016 році Національний інститут стандартів і Агентство Національної безпеки
США рекомендувало збільшити довжини ключів криптографічних алгоритмів [9]. Оскільки кван-
тові комп’ютери розвиваються не тільки в демократичних країнах блоку NATO, то Україні варто
розглянути доцільність створення альтернативних протоколів на базі пост-квантових криптогра-
фічних алгоритмів, які стійкі до зламу квантовими комп’ютерами. Проаналізуємо можливості
квантових алгоритмів, що прискорюють злам алгоритмів шифрування та розроблені алгоритми
пост-квантової криптографії з метою формування переліку рекомендацій за їх вибору і застосуван-
ню для задач державного впізнавання та захисту інформації у спеціальних мережах.
Алгоритм Гровера [13] показує, що отримати розв’язок будь-якої задачі пошуку можна набага-
то швидше за допомогою квантових комп'ютерів. Замість того, щоб послідовно чи паралельно пе-
ребирати всі можливі N рішень на класичних процесорах, квантовий комп'ютер з log(N) + 1 кубі-
тами прискорює продуктивність розв’язування пропорційно квадратному кореню з N. Тобто алго-
ритм Гровера забезпечує поліноміальне прискорення продуктивності обчислень. Алгоритм Грове-
ра прискорює головним чином підбір ключів симетричних шифрів та в меншій мірі пошук крипто-
графічних ключів асиметричних шифрів і деяких типів криптографічних геш-функцій. Експерти
рекомендують [13] збільшити принаймні вдвічі довжину ключів для симетричних криптографіч-
них алгоритмів і гешів відносно таких, що рекомендують застосовувати на сьогоднішній день,
для забезпечення захисту інформації при появі квантових комп’ютерів.
Алгоритм Шора [13] теоретично забезпечує поліноміальне поліпшення часу для факторингу
великих простих чисел. Цей алгоритм дозволяє розкласти на множники дуже великі рівняння з
простих чисел на квантовому комп’ютері зі стабільними (без шуму і помилок обчислень) кубітами
за час, що оцінюється секундами або хвилинами.
Нині є алгоритми факторизації для квантових комп’ютерів, швидші за алгоритм Шора, напри-
клад, GEECM (Grover Lenstra elliptic-curve factorization method) [14]. Це означає, що алгоритм
Шора надає нижню межу швидкості обчислення рівнянь з великими простими числами тобто вони
можуть бути вирішені навіть швидше або з меншою кількістю кубітів.
Криптографічні технології, засновані на асиметричних алгоритмах шифрування
та стійкі до алгоритму Шора
Асиметрична криптографія зі збільшеною довжиною ключа [13] – це криптографічні алгори-
тми, засновані на факторизації великих простих чисел, задачі пошуку дискретного логарифма або
задачі пошуку дискретного логарифма еліптичної кривої. Такі алгоритми можуть бути зламані,
коли квантові комп’ютери матимуть достатньо стабільних кубітів та зв’язків між ними [10], щоб
реалізувати алгоритми розкладання чисел на множники.
Криптографія на основі алгебраїчного коду з виправленням помилок [13] – це набір алгоритмів
шифрування і підпису, заснований на кодах Гоппи (Goppa codes), які навмисно генерують «помил-
ки» у відкритому тексті, щоб зашифрувати вихідні дані. На двійкових кодах Гоппи базується ряд
шифрів: BIKE, Classic McEliece, HQC, LEDAcrypt, NTS-KEM, Rollo, and RQC McEliece. Побудова
криптографічної системи за алгоритмами виправлення помилок має два значних недоліки: значно
більший розмір відкритих ключів порівняно з RSA (приблизно 300 000 біт) та є теоретична імовір-
ність, що внесені «помилки» не будуть виправлені. Таким чином, на сьогоднішній день цей набір
алгоритмів не може практично застосовуватись у реальних умовах.
В.Ю. КОРОЛЬОВ, М.І. ОГУРЦОВ, О.М. ХОДЗІНСЬКИЙ
80 ISSN 2707-4501. Кібернетика та комп'ютерні технології. 2020, № 3
Криптографія на базі граткових математичних структур [13] базується на формулах, які за
побудовою важко факторизувати, як відомі обчислювальні граткові задачі. Граткові криптографіч-
ні алгоритми вважаються стійкими до алгоритму Шора та інших квантових алгоритмів
факторизації. Найбільш поширені граткові задачі, що використовуються в криптографії, відомі як
навчання з помилками (Learning With Errors – LWE), кільцеве навчання з помилками (Ring
Learning With Errors – RLWE), модульне навчання з помилками (Module Learning With Errors –
MLWE), навчання з округленням (Learning With Rounding – LWR). Кожен різновид граткових за-
дач має свої переваги і недоліки для застосування у криптографії. Проте, алгоритми на базі LWE,
що використовують алгебраїчні кільця, швидші та мають менші довжини ключів у порівнянні з
іншими варіантами. До недоліків граткової криптографії відносять відносно великі розміри ключів
у порівнянні з іншими типами шифрів. Найбільш відомими гратковими шифрами є: Round5, LAC,
NewHope, ThreeBears, NTRU, NTRUPrime, CRYSTAL-Kyber, SABER, FRODO-KEM. Таким чином,
їх можна застосовувати для захисту даних – але на даний момент вони поступаються за характери-
стиками надійним криптографічним алгоритмам, що використовуються на сьогоднішній день.
Криптографія на базі суперсингулярних ізогеній еліптичних кривих [13] використовує матема-
тичні рівняння та алгоритми, які утворюють суперсингулярні еліптичні криві та графіки ізогенії
для побудови алгоритмів шифрування. Еліптичні криві є алгебраїчними кривими, які не перетина-
ються або є несингулярними. Всі суперсингулярні криві є несингулярними, а «супер» означає, що
кільця є надзвичайно великими. Ізогенія відноситься до окремих алгебраїчних груп, які поділяють
перетин пов’язаних значень між собою.
В ізогенній криптографії два різних рівняння алгоритму створюють ізогенний зв’язок, який
використовується для шифрування і дешифрування. Відповідно відкритим ключем є пара еліптич-
них кривих, а закритий ключ – це ізогенія між ними. Знаходження цієї ізогенії, знаючи лише пару
суперсингулярних еліптичних кривих, є обчислювально складною задачею. До переваг ізогенної
криптографії відносять малі розміри ключів, а також підтримку частої зміни сеансових ключів.
Ізогенна криптографія відносно нова, тому вона перебуває у процесі досліджень і тестувань.
Єдиний відомий криптографічний алгоритм на базі алгоритмів ізогенної суперсингулярної крипто-
графії, поданим до розгляду у Національний інститут стандартів США, – SIKE. Цей напрям є пер-
спективним, але, оскільки на сьогоднішній день єдиний відомий криптографічний алгоритм
недостатньо вивчений та досліджений, то його зарано називати надійним альтернативним існую-
чим алгоритмом шифрування.
Криптографія багатопараметрична (множинність змінних) [13] відноситься до асиметричних
алгоритмів шифрування і цифрового підпису, які засновані на багатовимірних поліноміальних ма-
тематичних рівняннях, таких як x + y + z = n, щоб сформувати криптографічні примітиви. Прави-
льно побудована багатовимірна криптографія не може бути зламана за поліноміальний час та не
використовує великі прості числа для захисту від алгоритмів факторизації, тому вважається кван-
тово-стійкою. Для алгоритмів багатопараметричної криптографії відомі продуктивні апаратні
реалізації на спеціалізованих процесорах і програмованих логічних матрицях. Багатовимірна крип-
тографія включає у себе HFE, Gui, Balanced Oil & Vinegar (BOV), Unbalanced Oil & Vinegar (UOV)
і Tame Transformation Signature. Відомі багатовимірні схеми цифрового підпису включають
GeMSS, LUOV, MQDSS і Rainbow. Rainbow – це багатошарова реалізація UOV.
Для більшості з цих алгоритмів існують відомі атаки. Для алгоритму HFE – отримання закри-
того ключа (Шамір-Кіпніс) та атака, розроблена Жаном-Чарльзом Фужером на основі алгоритму
Гребнера [15]. Алгоритми UOV та BOV використовують дуже великі ключі (ці ключі
містять цілі системи рівнянь), що значно обмежує їх практичне застосування. Крім того, вони є
молодими та недостатньо дослідженими (хоча певний ряд атак – наприклад, отримання закритого
ключа (Шамір-Кіпніс) для них вже відомий). Відомі також загальні для цих криптографічних
алгоритмів атаки методами повторної лінеаризації та використанням XL алгоритму. Тому зарано
застосовувати їх в реальних випадках, що потребують значного рівня захисту інформації.
БАГАТОРІВНЕВЕ ДЕРЖАВНЕ ВПІЗНАВАННЯ ОБ’ЄКТІВ ТА АНАЛІЗ ...
ISSN 2707-4501. Cybernetics and Computer Technologies. 2020, No.3 81
Аналіз застосування квантових комп’ютерів до зламу криптографічних алгоритмів
На даний час можна стверджувати, що для низки квантових комп’ютерів існує аналог законо-
мірності Мура, принаймні деякі розробники заявляють про це [10, 12, 16] – тобто число кубітів по-
двоюється приблизно раз на рік. Але складності розв’язування задачі збільшення кількості кубітів
[10] додає факт, що квантові обчислення потребують калібрування, виконуються з помилками,
котрі виправляють за допомогою багатократних запусків задач (100 – 1000 разів), а потім обира-
ють результат з найбільшою ймовірністю.
В результаті прогноз від IBM про виконання закономірності Мура для універсальних кванто-
вих комп’ютерів здається занадто оптимістичним і не точним. Наприклад, ще у 2016 році компанія
IBM представила квантовий комп’ютер на 16 кубітів [17]. А на момент середини
2020 року максимальна кількість кубітів у працюючому квантовому комп’ютері досягла лише
20 [18] – і ця кількість кубітів була досягнута за 4 роки роботи компанії IBM (тобто, приріст склав
лише 25 % за 4 роки). Та й в цілому результат в 20 кубітів був досягнутий лише за десятиріччя ро-
боти над квантовими комп’ютерами в усьому світі. В Російській Федерації на сьогоднішній день
вдалося створити лише квантовий комп’ютер з двома кубітами. Крім того, зростання складності
розробки та налаштування квантових комп’ютерів (калібрування, помилки – [10]) через зростання
кількості кубітів у їх складі є близьким до експоненційного.
Тобто можна прогнозувати, що в найближчі десятиріччя закон Мура для універсальних
квантових комп’ютерів не буде виконуватись [19], зростання кількості кубітів у їх складі ще спо-
вільниться, або навіть зупиниться. Для спеціалізованих квантових комп’ютерів фірми D-wave
закономірність Мура виконується, у 2020 році прогнозується поява обчислювального пристрою
з 5000 [16] кубіт, але алгоритм Шора для них не підходить [20] і поліноміальний час виконання
не гарантується. На момент написання статті є повідомлення про факторизацію на множники чисел
з максимальним значенням до 291311 [21].
Отже, обчислювальна продуктивність, досягнута багатьма різними типами квантових комп'ю-
терів і відповідними алгоритмами, вказує на нездатність зламати різні типи систем криптогра-
фічного захисту інформації у найближчий час. Деякі квантові комп'ютери ймовірно досягнуть
квантової переваги протягом наступного року або двох років і будуть здатні розв’язувати задачі,
які класичні комп'ютери не можуть розв’язати за прийнятний час. Але алгоритми асиметричного
шифрування, що ґрунтуються на низькій ефективності класичних комп'ютерів у розв’язуванні за-
дач факторизації простих чисел і подібних для побудови систем захисту інформації, не стануть
менш надійними у найближчі 5 – 10 років. Рекомендації збільшити вдвічі довжину ключів для си-
метричних та асиметричних криптографічних алгоритмів є більш ніж достатньо для захисту від
квантових комп’ютерів, що можуть застосовуватись у криптоаналізі впродовж щонайменше на-
ступних 10-ти років. Алгоритми, що теоретично є стійкими до квантових методів криптоаналізу,
потребують більш детальних досліджень, щоб визначити, чи не мають вони інших вразливостей.
Лише після проведення таких досліджень їх можливо буде рекомендувати для застосування для
захисту критично важливої інформації.
Квантові методи захищеної передачі інформації вже технічно реалізовані для оптоволоконних
ліній, а способи передачі даних, які використовують закони квантової фізики, перейшли в стадію
польових випробувань. Нещодавно виконано передачу інформації за допомогою зв’язаних фотонів
через ретранслятори та низку БПЛА [13], а також квантову телепортацію спінових станів фотонів
на супутник на навколоземній орбіті [13]. Тому напрямками подальшої роботи може бути ство-
рення квантових алгоритмів захисту інформації та передачі даних.
Результати. У статті запропоновано новий багаторівневий алгоритм державного впізнавання
на базі сучасних криптографічних методів захисту інформації, який дозволяє виконувати надійну
автоматизовану ідентифікацію об’єктів, масштабувати систему за допомогою використання даних
про потенційні цілі з інших джерел через захищені мережі та обмінюватись власними даними з
іншими системами через спеціальні мережі.
В.Ю. КОРОЛЬОВ, М.І. ОГУРЦОВ, О.М. ХОДЗІНСЬКИЙ
82 ISSN 2707-4501. Кібернетика та комп'ютерні технології. 2020, № 3
Алгоритм пошуку Гровера на сьогоднішній день не дає сильного приросту в продуктивності
пошуку ключів для алгоритмів симетричного шифрування, тому немає потреби збільшувати
довжини ключів для цього типу алгоритмів захисту інформації.
Пост-квантові алгоритми асиметричного шифрування потребують додаткового вивчення
і всебічного тестування захисту інформації або збільшення довжин ключів криптографічних алго-
ритмів, яке відповідає кількості кубітів, тобто більше ніж у два рази. Найбільш перспективним є
сімейство асиметричних пост-квантових алгоритмів заснованих на криптографії на базі супер-
сингулярних ізогеній еліптичних кривих.
Висновки. Розроблено алгоритм державного впізнавання об’єктів, що є більш захищеним по-
рівняно з існуючими алгоритмами та орієнтований на використання сучасних бортових
комп’ютерів та програмованих радіомодемів. Алгоритм Шора та подібні стануть суттєвою загро-
зою для сучасних алгоритмів асиметричної криптографії лише коли кількість кубітів квантових
комп’ютерів буде перевищувати кількість бітів у публічних ключах більше ніж у два рази.
Напрямом подальших досліджень може бути вдосконалення алгоритму роботи системи ДВ,
наприклад, шляхом шифрування першого запиту від наземного центру керування. В цьому випад-
ку не маючи правильного ключа, НЛО не зможе навіть визначити вміст запиту, що він отримав.
Список літератури
1. Rudinskas D., Goraj Z., Stankūnas J. Security Analysis Of UAV Radio Communication System. Aviation. 2009. 13
(4). P. 116–121. https://doi.org/10.3846/1648-7788.2009.13.116-121
2. Огурцов М.І. Розробка протоколу захищеного обміну даними для спеціальних мереж. Математичне та
комп’ютерне моделювання. Серія: Технічні науки: зб. наук. праць. Кам’янець-Подільський національний уні-
верситет ім. Івана Огієнка, 2019. 19. C. 108–113. https://doi.org/10.32626/2308-5916.2019-19.108-113
3. ДСТУ 4550:2006. Система державного впізнавання об'єктів. Впізнавання радіолокаційне. Терміни та визначен-
ня понять. [Чинний від 2007-08-01]. Вид. офіц. Київ : Держспоживстандарт України, 2007. 21 с.
4. Заболоцький В. Цифровий вимір ЗСУ. За яких умов це можливо? URL: http://opk.com.ua/цифровий-вимір-зсу-
за-яких-умов-це-можл/ (дата звернення: 06.08.2020)
5. Ермак, С.Н. Касанин, О.А. Хожевец С.Н. Устройство и эксплуатация наземных средств системы государ-
ственного опознавания. Минск: БГУИР, 2017. 230 с.
6. STANAG 4193. Technical Characteristics Of The IFF Mk XIIA System. NATO, 2016. p. 45.
7. Канащенков А.И., Меркулов В.И. Радиолокационные системы многофункциональных самолетов. М.: Радио-
техника, 2006. 656 с.
8. Королев В.Ю., Полиновский В.В. Комбинаторная модель украинского ключа-аутентификатора и считывателя.
Управляющие системы и машины. 2013. 3 (245). C. 61–80. http://nbuv.gov.ua/UJRN/USM_2013_3_8
9. Корольов В.Ю., Поліновський В.В., Ходзінський О.М. Математична модель українського ключа-
автентифікатора. Компьютерная математика. 2013. 2. C. 12–23. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Koma_2013_2_3
10. Корольов В.Ю., Ходзінський О.М. Розв’язування задач комбінаторної оптимізації на квантових комп’ютерах.
Кібернетика і комп'ютерні технології. 2020. 2. C. 5–13. https://doi.org/10.34229/2707-451X.20.2.1
11. Commercial National Security Algorithm Suit and Quantum Computing FAQ. Assurance Directorate. National Securi-
ty Agency / Central Security Agency. MFQ U / OO / 815099-15 January 2016. URL:
https://cryptome.org/2016/01/CNSA-Suite-and-Quantum-Computing-FAQ.pdf (дата звернення: 06.08.2020)
12. IBM Achieves Highest Quantum Volume to Date, Establishes Roadmap for Reaching Quantum Advantage URL:
https://newsroom.ibm.com/2019-03-04-IBM-Achieves-Highest-Quantum-Volume-to-Date-Establishes-Roadmap-for-
Reaching-Quantum-Advantage (дата звернення: 06.08.2020)
13. Grimes R.A. Cryptography Apocalypse. Preparing for the Day When Quantum Computing Breaks Today’s Crypto.
John Wiley & Sons, Hoboken. 2020. p. 272. https://doi.org/10.1002/9781119618232
14. Grover-Lenstra elliptic-curve factorization method. URL: https://cr.yp.to/papers/pqrsa-20170419.pdf (дата звернення:
06.08.2020)
15. Faugère J.C., Joux A. Algebraic Cryptanalysis of Hidden Field Equation Cryptosystems Using Gröbner Bases. Ad-
vances in Cryptology. CRYPTO 2003. Berlin: Springer, 2003. P. 44–60. https://doi.org/10.1007/978-3-540-45146-4_3
https://doi.org/10.3846/1648-7788.2009.13.116-121
https://doi.org/10.32626/2308-5916.2019-19.108-113
http://opk.com.ua/цифровий-вимір-зсу-за-яких-умов-це-можл/
http://opk.com.ua/цифровий-вимір-зсу-за-яких-умов-це-можл/
http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=USM_2013_3_8
http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=Koma_2013_2_3
https://doi.org/10.34229/2707-451X.20.2.1
https://cryptome.org/2016/01/CNSA-Suite-and-Quantum-Computing-FAQ.pdf
https://newsroom.ibm.com/2019-03-04-IBM-Achieves-Highest-Quantum-Volume-to-Date-Establishes-Roadmap-for-Reaching-Quantum-Advantage
https://newsroom.ibm.com/2019-03-04-IBM-Achieves-Highest-Quantum-Volume-to-Date-Establishes-Roadmap-for-Reaching-Quantum-Advantage
https://doi.org/10.1002/9781119618232
https://cr.yp.to/papers/pqrsa-20170419.pdf
https://doi.org/10.1007/978-3-540-45146-4_3
БАГАТОРІВНЕВЕ ДЕРЖАВНЕ ВПІЗНАВАННЯ ОБ’ЄКТІВ ТА АНАЛІЗ ...
ISSN 2707-4501. Cybernetics and Computer Technologies. 2020, No.3 83
16. List of quantum processors. URL:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_processors (дата звернення: 06.08.2020)
17. Wang, Y., Li, Y., Yin, Z. et al. 16-qubit IBM universal quantum computer can be fully entangled. npj Quantum Inf.
2018. 4 (46). https://doi.org/10.1038/s41534-018-0095-x
18. IBM-Q - Online Quantum Computing Platform. URL:
https://digital.csic.es/bitstream/10261/212957/1/IBM-Q.pdf (дата звернення: 06.08.2020)
19. Bhupesh B. Quantum-Computation and Applications. URL:
https://arxiv.org/abs/2006.02799 (дата звернення: 06.08.2020)
20. Andriyash E., Bian Z., Chudak F., Drew-Brook M., King A.D., Macready W.G. Technical Report. Boosting integer
factoring performance via quantum annealing offsets. 2016. URL: https://www.dwavesys.com/sites/default/files/14-
1002A_B_tr_Boosting_integer_factorization_via_quantum_annealing_offsets.pdf (дата звернення: 06.08.2020)
21. Anschuetz E., Olson J., Aspuru-Guzik A., Cao Y. Variational Quantum Factoring. Quantum Technology and Optimi-
zation Problems. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 11413. March 18, Springer: Munich, 2019. P. 74–85.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-14082-3_7
Одержано 02.09.2020
Корольов В’ячеслав Юрійович,
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник
Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Київ,
https://orcid.org/0000-0003-1143-5846
Огурцов Максим Ігоревич,
науковий співробітник Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Київ,
https://orcid.org/0000-0002-6167-5111
Ходзінський Олександр Миколайович,
кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник
Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Київ.
okhodz@gmail.com
УДК 004.056
В.Ю. Королев, М.И. Огурцов, А.Н. Ходзинский *
Многоуровневое государственное опознавание объектов и анализ применимости
пост-квантовых криптографических алгоритмов для защиты информации
Институт кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины, Киев
* Переписка: okhodz@gmail.com
Введение. Широкое применение беспилотных аппаратов в гражданской и военной сферах требует
разработки новых алгоритмов государственного опознавания объектов по принципу «свой-чужой»,
поскольку используемые в Вооруженных Силах Украины (ВСУ) устройства системы «Пароль» рассчи-
таны на опознавание до 110 единиц объектов военной техники. Системы автоматизации ВСУ позволя-
ют использовать дополнительные источники информации о различных объектах, получаемые через
гражданские или специальные сети передачи данных, которые могут быть основой для построения
объединенной в сеть многоуровневой системы государственного опознавания. Прогнозы развития
квантовых компьютеров предрекают возможность взлома современных алгоритмов защиты информа-
ции за полиномиальное время в ближайшие 5 – 10 лет, что требует разработки и внедрения новых
алгоритмов шифрования и пересмотра параметров современных.
Цель работы заключается в разработке нового алгоритма государственного опознавания объектов,
который предоставляет возможность масштабирования системы для обработки нужного количества
пилотируемых и беспилотных аппаратов. Также исследовались потенциальные угрозы для классических
алгоритмов криптографической защиты сетей передачи данных, которые повлечет выполнение алго-
ритмов типа Гровера и Шора на квантовых компьютерах.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_processors
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0095-x
https://digital.csic.es/bitstream/10261/212957/1/IBM-Q.pdf
https://arxiv.org/abs/2006.02799
https://www.dwavesys.com/sites/default/files/14-1002A_B_tr_Boosting_integer_factorization_via_quantum_annealing_offsets.pdf
https://www.dwavesys.com/sites/default/files/14-1002A_B_tr_Boosting_integer_factorization_via_quantum_annealing_offsets.pdf
https://doi.org/10.1007/978-3-030-14082-3_7
https://orcid.org/0000-0003-1143-5846
https://orcid.org/0000-0002-6167-5111
mailto:okhodz@gmail.com
mailto:okhodz@gmail.com
В.Ю. КОРОЛЬОВ, М.І. ОГУРЦОВ, О.М. ХОДЗІНСЬКИЙ
84 ISSN 2707-4501. Кібернетика та комп'ютерні технології. 2020, № 3
Результаты. Предложен новый многоуровневый алгоритм государственного опознавания на базе
современных криптографических методов защиты информации, позволяющий выполнять надежную
автоматизированную идентификацию объектов, масштабировать системы с помощью данных о потен-
циальных целях из других источников через защищенные специальные сети. Алгоритм поиска Гровера
не дает сильного прироста в производительности поиска ключей для алгоритмов симметричного шиф-
рования, поэтому нет необходимости увеличивать длины ключей для этого типа алгоритмов защиты
информации. Пост-квантовые алгоритмы асимметричного шифрования требуют дополнительного изу-
чения и всестороннего тестирования защиты информации или увеличение длин ключей классических
криптографических алгоритмов, которое соответствует количеству кубитов, то есть не менее чем в два
раза. Наиболее перспективным является семейства асимметричных пост-квантовых криптографических
алгоритмов основанных на суперсингулярных изогенных эллиптических кривых.
Выводы. Разработан алгоритм государственного опознавания объектов более защищен сравни-
тельно с существующими методами и ориентирован на использование современных бортовых компью-
теров и программируемых радиомодемов. Алгоритм Шора и подобные станут существенной угрозой
для современных алгоритмов асимметричной криптографии когда количество кубитов квантовых
компьютеров будет превышать количество битов в публичных ключах больше чем в два раза.
Ключевые слова: государственное опознавание, симметричное шифрование, асимметричная
криптография, квантовый компьютер, пост-квантовая криптография.
UDC 004.056
V. Korolyov, M. Ogurtsov, A. Khodzinsky *
Multilevel Identification Friend or Foe of Objects and Analysis of the Applicability
of Post-Quantum Cryptographic Algorithms for Information Security
V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of the NAS of Ukraine, Kyiv
* Correspondence: okhodz@gmail.com
Introduction. Widespread use of unmanned aerial vehicles in the civilian and military spheres requires
the development of new algorithms for identification friend or foe of targets, as used in the Armed Forces of
Ukraine (AFU) devices of the "Parol" system are designed to service approximately 110 objects military
equipment. AFU automation systems allow the use of additional sources of information about various objects
from civil or special data transmission networks, which can be the basis for building a networked multi-level
system of state recognition. Predictions of the development of quantum computers foresee the possibility of
breaking modern algorithms for information security in polynomial time in the next 5-10 years, which requires
the development and implementation of new encryption algorithms and revision of modern parameters.
The purpose of the article is to develop a new algorithm for state recognition of objects, which can be
scaled to process the required number of manned and unmanned aerial vehicles. Potential threats to classical
cryptographic protection algorithms for data networks, which will result in the execution of algorithms such as
Grover and Shore on quantum computers, were also discussed.
Results. The article proposes a new multilevel algorithm of state recognition based on modern crypto-
graphic methods of information protection, which allows to perform reliable automated identification of ob-
jects, scale systems using data on potential targets from other sources through secure special networks.
Grover's search algorithm does not give a strong increase in key search performance for symmetric encryption
algorithms, so there is no need to increase the key lengths for this type of information security algorithms. Post-
quantum asymmetric encryption algorithms require additional study and comprehensive testing of information
security or increasing the key lengths of cryptographic algorithms, which corresponds to the number of qubits,
i.e. more than twice. The most promising is the family of asymmetric post-quantum cryptographic algorithms
based on supersingular isogenic elliptic curves.
Conclusions. The developed algorithm of identification friend or foe of objects is more secure compared
to existing algorithms and is focused on the use of modern on-board computers and programmable radio mo-
dems. Shore's algorithm and the like will be a significant threat to modern asymmetric cryptography algorithms
when the number of qubits of quantum computers exceeds the number of bits in public keys more than twice.
Keywords: identification friend or foe, symmetric encryption, asymmetric cryptography, quantum com-
puter, post-quantum cryptography.
https://zbmath.org/classification/
mailto:okhodz@gmail.com
|