Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)

У доповіді зазначено, що використання блокчейн-технологій є одним із пріоритетних напрямів досліджень для вирішення завдань забезпечення кібербезпеки та захисту інформації. Найбільш перспективним застосуванням блокчейну для кіберзахисту можна вважати побудову ефективних протоколів узгодження, викори...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Вісник НАН України
Date:2024
Main Author: Кудін, А.М.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2024
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/201915
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.) / А.М. Кудін // Вісник Національної академії наук України. — 2024. — № 7. — С. 31-36. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859966134545022976
author Кудін, А.М.
author_facet Кудін, А.М.
citation_txt Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.) / А.М. Кудін // Вісник Національної академії наук України. — 2024. — № 7. — С. 31-36. — укр.
collection DSpace DC
container_title Вісник НАН України
description У доповіді зазначено, що використання блокчейн-технологій є одним із пріоритетних напрямів досліджень для вирішення завдань забезпечення кібербезпеки та захисту інформації. Найбільш перспективним застосуванням блокчейну для кіберзахисту можна вважати побудову ефективних протоколів узгодження, використання блокчейнів як елементів нових систем виявлення вторгнень та раннього попередження про кіберзагрози, побудову перспективних криптосистем на базі блокчейнів, пошук ефективних практичних рішень на основі блокчейн-технологій для завдань у галузі економіки і юриспруденції. The report states that the use of blockchain technologies is one of the priority fields of research for cyber- and information security. The most promising applications of blockchain for cybersecurity include building effective consensus protocols, new early intrusion detection systems for cyber threats using blockchains as elements, creating advanced blockchain- based cryptosystems, and finding effective solutions for tasks in the field of economics and law based on blockchain technologies.
first_indexed 2025-12-07T16:22:05Z
format Article
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 7 31 БЛОКЧЕЙН У КІБЕРБЕЗПЕЦІ: ТЕОРІЯ І ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ Стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 року У доповіді зазначено, що використання блокчейн-технологій є одним із пріоритетних напрямів досліджень для вирішення завдань забезпечення кібербезпеки та захисту інформації. Найбільш перспективним застосу- ванням блокчейну для кіберзахисту можна вважати побудову ефективних протоколів узгодження, використання блокчейнів як елементів нових сис- тем виявлення вторгнень та раннього попередження про кіберзагрози, по- будову перспективних криптосистем на базі блокчейнів, пошук ефектив- них практичних рішень на основі блокчейн-технологій для завдань у галузі економіки і юриспруденції. Шановний Анатолію Глібовичу! Шановні колеги! Вашій увазі пропонується доповідь, присвячена використанню блокчейн-технологій у кібербезпеці. Спочатку доцільно ввести деякі означення для термінів, яки- ми ми оперуватимемо надалі. По-перше, це термін «блокчейн», який найбільш зручно пояснити через його частковий випа- док — криптовалюту. Впродовж усієї історії розвитку людської цивілізації гроші, як загальний еквівалент обміну, пройшли пев- ний еволюційний шлях — від предметів натурального обміну до платіжних карток, у яких грошима по суті є цифрові записи на рахунках. Вершиною цієї еволюції на сьогодні є блокчейн. Криптовалюта являє собою практично ті самі банківські ра- хунки, але, на відміну від них, при використанні криптовалюти немає єдиного центру емісії грошей. Історично першою крип- товалютою був біткоїн, основним складником якого і є техно- логія блокчейну. Замість грошей у біткоїні використовується реєстр боргових розписок (хто кому і скільки винен грошей), ідентичні копії якого розміщені на кожному вузлі блокчейн- мережі. Зміни до реєстру вносяться виключно за допомогою додавання записів (блоків) за спеціальним протоколом консен- КУДІН Антон Михайлович — член-кореспондент НАН України, професор кафедри математичних методів захисту інформації Фiзико-технiчного інституту Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», головний експерт управління безпеки інформації департаменту безпеки Національного банку України З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИНАН УКРАЇНИ doi: https://doi.org/10.15407/visn2024.07.031 32 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (7) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ сусу, тобто колегіально. Цілісність інформації і довіра до всіх дій та результатів забезпечуєть- ся криптографічними механізмами захисту. Якщо абстрагуватися від типу даних, які об- робляє така мережа, тобто розглядати не лише боргові записи, а й будь-який інший тип даних, наприклад програмний код, ми й приходимо до поняття «блокчейн». Отже, блокчейн (від англ. blockchain — лан- цюжок блоків) — це децентралізована інфор- маційна система, в якій оброблення інформа- ції здійснюється колегіально, під управлін- ням протоколу консенсусу між елементами системи. Інший часто вживаний термін майнінг (від англ. mining — видобуток корисних копалин) означає діяльність, спрямовану на підтриман- ня блокчейн-мережі та генерацію нових блоків за протоколом консенсусу, і, відповідно, май- нер — один із типів учасників мережі, які здій- снюють таку діяльність. Ця назва історично походить від вузлів блокчейну, які використо- вують протокол Proof-of-Work і для додавання нового блока мають виконати «складну робо- ту» з обчислення прообразу геш-функції. Отже, анатомію блокчейну можна описа- ти як розподілену децентралізовану базу да- них, ідентичні копії якої зберігаються у всіх учасників мережі, а протоколи оброблення інформації (модифікації, додавання тощо) за- сновано на протоколах консенсусу різних ти- пів — Byzantine Fault Tolerance, Proof-of-Work, Proof-of-Stake та ін. Ще одне поняття, без якого складно обійти- ся, коли йдеться про блокчейн-технології, — це «кіберпростір». Згідно з українським законо- давством, кіберпростір — це середовище (вір- туальний простір), яке уможливлює здійснен- ня комунікацій та/або реалізацію суспільних відносин і утворене в результаті функціону- вання сумісних (з’єднаних) комунікаційних систем та забезпечення електронних комуні- кацій з використанням мережі Інтернет та/ або інших глобальних мереж передачі даних. Кіберпростір є системою з елементами само- організації та децентралізації. Структури да- них і процеси, які використовуються в системі, мають бути адекватними принципам функціо- нування системи, і саме тому в сучасних кібер- системах застосовують блокчейн-технології та їхні похідні (криптовалюти, смарт-контракти тощо), а також розподілені й хмарні технології. Крім того, самі кіберзагрози стають все більш децентралізованими. Так, у звіті Агент- Рис. 1. Розподіл кіберінцидентів за типами загроз (за даними звіту ENISA) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 7 33 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ ства ЄС з кібербезпеки* (European Union Agency for Cybersecurity — ENISA) зазначено, що серед головних загроз, які існують на сьо- годні в кіберпросторі, перше місце посідають програми-вимагачі, що, як правило, вимагають викуп у вигляді криптовалюти, а друге місце — розподілені атаки на відмови в обслуговуванні (DDoS-атаки), які для керування ними вико- ристовують блокчейн-технології (рис. 1). Особливості моделей загроз у сучасному кі- берпросторі ставлять перед безпекою інформа- ції та кібербезпекою такі нові виклики: 1) стрімкий розвиток і доступність інфор- маційних технологій веде до докорінного змі- нення кіберпростору, зокрема до розширення можливостей для віддаленої роботи, розвитку Інтернету речей, соціальних мереж, криптова- лют та криптобірж, технологій електронних виборів, смарт-контрактів тощо, а отже, кі- берпростір стає все більш розподіленим та де- централізованим; 2) відбувається міграція принципів побудо- ви інформаційних систем загального призна- чення до сфери автоматизованих систем ке- рування критичною інфраструктурою і відпо- відна міграція загроз з інформаційних систем загального призначення до сфери керування об’єктами критичної інфраструктури; 3) сучасні «інтелектуальні» атаки (APT- атаки) в кіберпросторі можуть здійснюватися впродовж тривалого часу, з латентним періо- дом, що дуже ускладнює їх виявлення, а під- готовка до APT-атаки має не автоматичний, а організаційно-технічний характер. Реалізація APT-атак, як правило, здійснюється органі- зованими угрупованнями кіберзлочинців, і ці атаки стають все більш розподіленими та де- централізованими; 4) у галузі кібербезпеки та безпеки інформа- ції дедалі частіше відбувається міграція від по- няття security (безпека інформації) до поняття assurance (довіра до інформації). Отже, блокчейн можна вважати новим ета- пом у розвитку технологій децентралізованих додатків і технологій забезпечення довіри (as- surance), які все частіше застосовують у різно- манітних задачах кібербезпеки. Основними ознаками децентралізованих додатків (напри- клад, краудфандингу, краудсорсингу, крауд- тестингу, краудвестингу тощо) є відкритий код, внутрішня валюта (токени), децентралі- зований консенсус, відсутність центральної точки відмови. Застосування блокчейн-технологій у кібер- безпеці можна розглядати у трьох аспектах: теоретичному, системоутворювальному та прикладному. Теоретичне значення блокчей- нів для кібербезпеки полягає в тому, що блок- чейн-технології є однією з основ створення децентралізованих систем у сучасному, все більш розподіленому та децентралізованому кіберпросторі. Системоутворювальний аспект полягає у формуванні обчислювальних систем на засадах блокчейну, а прикладний — у засто- суванні блокчейнів для побудови захищених систем децентралізованих додатків. В Україні склалися кілька наукових шкіл, які досліджують проблеми, пов’язані зі стій- кістю, безпекою та застосуванням блокчейнів. Це, по-перше, школа академіка НАН України Валерія Костянтиновича Задіраки (Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН Укра- їни) з розроблення теорії оцінки рівня інфор- маційної та кібербезпеки в децентралізованих системах на базі математичних моделей тео- рії інформації і теорії оптимальних алгорит- мів. По-друге, це школа члена-кореспондента НАН України Олексія Миколайовича Новіко- ва (Фiзико-технiчний інститут Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорсько- го») з розроблення теоретичних засад та ме- тодів використання блокчейн-технологій для вирішення завдань інформаційної та кібербез- пеки. По-третє, це наукова школа під керівни- цтвом члена-кореспондента НАН України Во- лодимира Володимировича Мохора (Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пу- хова НАН України) з практичного застосуван- ня блокчейн-технологій у галузі енергетики та юриспруденції. * https://www.enisa.europa.eu/news/eu-elections-at- risk-with-rise-of-ai-enabled-information-manipulation 34 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (7) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Основними проблемами, які досліджують ці наукові школи, є такі: 1) створення нових протоколів консенсусу, ефективних за швидкодією та стійких до атак централізації; 2) розроблення нових криптосистем на основі блокчейнів; 3) оцінка стійкості наявних протоколів кон- сенсусу та криптовалют; 4) створення нових систем захисту інформа- ції та кіберзахисту на основі блокчейнів; 5) розроблення прикладних децентралізова- них систем, основаних на блокчейнах, у тому числі систем смарт-контрактів, криптовалют, криптобірж тощо; 6) вирішення економічних завдань, по в’я за- них з віртуальними активами, криптовалюта- ми, криптобіржами. Кожна з цих проблем породжує специфічні завдання, деякі з яких уже вдалося успішно ви- рішити. Так, що стосується першої проблеми зі створення нових протоколів консенсусу, то поточна ситуація характеризувалася обчис- лювальною неефективністю й низькою швид- кодією наявних протоколів консенсусу Proof- of-Work, а також їх нестійкістю до поширених видів атак (DSA та ін.). Запропоноване рішен- ня полягало у зміненні підходу до обчислення функції консенсусу: перехід від обчислень на основі загальної теорії оптимальних алгорит- мів до застосування чебишевського радіусу інформації. Це означає, що рейтинг, за яким обирається майнер наступного блока, зале- жить як від обчислювальних ресурсів майнера, так і від інформації, яка необхідна майнеру для розв’язання задачі з потрібною точністю. У результаті було розроблено новий прото- кол консенсусу Proof-of-Accuracy Blockchain Consensus Protocol зі швидкодією, яка в тисячу разів перевищує швидкодію класичного блок- чейну біткоїна. При цьому ймовірність здій- снення атак на блокчейн є значно нижчою, ніж у разі використання протоколів Proof-of-Work. Створений протокол було успішно реалізо- вано в системі Advanced Distributed Ledger, розробленій на замовлення компанії Samsung Electronics Ukraine. Ідея для вирішення проблеми зі створення нових криптосистем полягала у використанні для побудови таких систем замість неінтерак- тивних протоколів доказів із нульовими знан- нями нових криптографічних конструкцій на основі блокчейну. Було виконано кілька на- уково-дослідних робіт, за результатами яких розроблено нові криптографічні протоколи з блокчейн-ядром на основі протоколу консен- сусу типу Proof-of-Accuracy. На відміну від відомих протоколів на основі NZnP, до прото- колів Proof-of-Accuracy неможливо застосову- вати атаку типу brute-force. Побудовано нову аксіоматику криптосистем на основі інформа- ційно-обчислювального підходу. При цьому як загальний вимір стійкості криптосистем також обрано чебишевський радіус інформації. Проблемою оцінки стійкості наявних про- токолів консенсусу та криптовалют займаєть- ся переважно наукова група під керівництвом Людмили Василівни Ковальчук з Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пу- хова НАН України. Дослідники довели, що в разі застосування відомих протоколів, зокрема протоколу Proof-of-Work, потрібно враховува- ти синхронізацію в мережі. Так, у класичному випадку зловмиснику для здійснення атаки необхідно контролювати більш як 50 % об- числювальних ресурсів мережі, але якщо зло- вмисник синхронізований набагато краще, ніж чесні майнери (наприклад, існує один локаль- ний майнінговий пул), то йому, щоб керувати блокчейном, вистачить і 45 % чи навіть 30 % контролю над мережею. Проведено практичні розрахунки необхід- ного для повного контролю над блокчейном відсотку контролю обчислювальної потужнос- ті мережі залежно від часу затримки поширен- ня інформації в мережі. Створення нових систем захисту інфор- мації та кіберзахисту на основі блокчейнів ґрунтується на розумінні того, що децентралі- зовані додатки на основі блокчейнів змінюють кіберпростір та генерують нові кіберзагрози, а відповідно, мають змінюватися і засоби кі- берзахисту. При розробленні нових систем раннього безшаблонного виявлення вторгнень ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2024, № 7 35 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ Рис. 2. Схема викорис- тання блокчейну для аналізу кіберінцидентів на базі блокчейну виникають труднощі як те- оретичного характеру (складність створення адекватних метрик стану безпеки інформації та атак у сучасних системах; неузгодженість даних спостережень від сенсорів із різними ме- триками; довіра до таких сенсорів), так і прак- тичного (відсутність впровадження сучасних моделей у комерційні системи; використання для виявлення/блокування атак переважно «сигнатурних» систем; проблеми з впрова- дженням систем, заснованих на виявленні ано- малій). Таку розподілену децентралізовану систему раннього виявлення вторгнень зі збереженням репутації джерел було створено в рамках вико- нання проєкту CRDF Global Project A Distrib- uted System for Early Intrusion Detection and Assessment of Cybersecurity G-202102-67499. У цій системі рівень false/positive є в рази мен- шим, ніж у наявних системах (рис. 2). З використанням блокчейну можна підви- щити ефективність систем захисту інформації (систем виявлення та протидії вторгненням (IDS/IPS), фільтрації контенту, безпечних поштових шлюзів (SMG)) завдяки побудові на основі блокчейн-технологій репутаційних списків IP-адрес, інформаційних ресурсів, по- штових адрес тощо. Крім того, із застосуван- ням блокчейну можна створювати нові методи організації систем моніторингу та аналізу ін- цидентів (SIEM-системи), а також нові методи побудови анонімних систем поширення інфор- мації про кіберінциденти. Отже, підсумовуючи проведені нами дослі- дження, можна виокремити такі найважливіші результати: • розроблено ефективні за швидкодією та стійкі в теоретико-інформаційному сенсі нові протоколи консенсусу; • створено нові криптографічні протоколи з блокчейн-ядром, що вирізняються підвище- ною швидкодією та стійкістю до криптоаналізу; • розроблено децентралізовану систему раннього виявлення вторгнень на основі без- шаблонного виявлення аномалій та збережен- ня репутації в блокчейні; • отримано нові оцінки стійкості класичних протоколів криптовалют. Основною перевагою використання блок- чейн-технологій у криптографії та кіберза- хисті є їхня децентралізованість та здатність до самоуправління, що підвищує живучість і 36 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2024. (7) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ швидкість адаптації до змінення систем, ство- рених на їх основі. Найбільш перспективними напрямами за- стосувань блокчейну в кібербезпеці можна вважати такі: • створення нових криптосистем та систем кіберзахисту з децентралізованими системами довіри; • використання блокчейн-технологій як елементів нових систем виявлення вторгнень та раннього попередження про кіберзагрози, систем моніторингу кіберінцидентів; • розроблення систем обчислень на блок- чейнах; • створення прикладних децентралізованих систем, зокрема систем смарт-контрактів, на- приклад для р2р-продажу «зеленої» електро- енергії, криптовалют, криптобірж тощо; • аналіз стійкості блокчейнів з різними про- токолами до основних відомих атак (розгалу- ження, подвійної витрати, цензурування, атак на смарт-контракти тощо) та розроблення ме- тодів захисту від таких атак. Дякую за увагу! Anton M. Kudin National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine National Bank of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3966-6489 BLOCKCHAIN IN CYBERSECURITY: THEORY AND PRACTICAL APPLICATION Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, May 1, 2024 The report states that the use of blockchain technologies is one of the priority fields of research for cyber- and informa- tion security. The most promising applications of blockchain for cybersecurity include building effective consensus pro- tocols, new early intrusion detection systems for cyber threats using blockchains as elements, creating advanced block- chain-based cryptosystems, and finding effective solutions for tasks in the field of economics and law based on blockchain technologies. Cite this article: Kudin A.M. Blockchain in cybersecurity: theory and practical application. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2024. (7): 31—36. https://doi.org/10.15407/visn2024.07.031
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-201915
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1027-3239
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-07T16:22:05Z
publishDate 2024
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format dspace
spelling Кудін, А.М.
2025-02-20T14:09:05Z
2024
Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.) / А.М. Кудін // Вісник Національної академії наук України. — 2024. — № 7. — С. 31-36. — укр.
1027-3239
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/201915
DOI: doi.org/10.15407/visn2024.07.031
У доповіді зазначено, що використання блокчейн-технологій є одним із пріоритетних напрямів досліджень для вирішення завдань забезпечення кібербезпеки та захисту інформації. Найбільш перспективним застосуванням блокчейну для кіберзахисту можна вважати побудову ефективних протоколів узгодження, використання блокчейнів як елементів нових систем виявлення вторгнень та раннього попередження про кіберзагрози, побудову перспективних криптосистем на базі блокчейнів, пошук ефективних практичних рішень на основі блокчейн-технологій для завдань у галузі економіки і юриспруденції.
The report states that the use of blockchain technologies is one of the priority fields of research for cyber- and information security. The most promising applications of blockchain for cybersecurity include building effective consensus protocols, new early intrusion detection systems for cyber threats using blockchains as elements, creating advanced blockchain- based cryptosystems, and finding effective solutions for tasks in the field of economics and law based on blockchain technologies.
uk
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
Вісник НАН України
З кафедри Президії НАН України
Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
Blockchain in cybersecurity: theory and practical application (Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, May 1, 2024)
Article
published earlier
spellingShingle Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
Кудін, А.М.
З кафедри Президії НАН України
title Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
title_alt Blockchain in cybersecurity: theory and practical application (Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, May 1, 2024)
title_full Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
title_fullStr Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
title_full_unstemmed Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
title_short Блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 1 травня 2024 р.)
title_sort блокчейн у кібербезпеці: теорія і практичне застосування (стенограма доповіді на засіданні президії нан україни 1 травня 2024 р.)
topic З кафедри Президії НАН України
topic_facet З кафедри Президії НАН України
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/201915
work_keys_str_mv AT kudínam blokčeinukíberbezpecíteoríâípraktičnezastosuvannâstenogramadopovídínazasídanníprezidíínanukraíni1travnâ2024r
AT kudínam blockchainincybersecuritytheoryandpracticalapplicationtranscriptofscientificreportatthemeetingofthepresidiumofthenasofukrainemay12024