Ніколаєнко С. В. Методи підвищення стійкості квантових протоколів безпечного зв’язку

Об'єкт дослідження є процеси передавання та перехоплення інформації в квантовому каналі зв'язку. Метою ди-сертаційної роботи є розроблення методів підвищення завадостійкості та стійкості до атак пасивного перехоплення пінг-понг протоколів квантового прямого безпечного зв'язку. Методи дослідження. Для розроблення математичних моделей некогерентної атаки пасивного перехоплення двох та більшої кількості зловмисників на пінг-понг протоколи, розроблення нового методу підвищення стійкості цих протоколів використовувалися методи квантової механіки, квантової та класичної теорії інформації, класичної криптографії та криптоаналізу. Для виконання часових оцінок реалізації методів підвищення стійкості пінг-понг протоколів використовувалися методи процедурного програмування. Для розроблення методу завадостійкого кодування при реалізації пінг-понг протоколів в деполяризуючому квантовому каналі використовувались методи квантової та класичної теорії інформації, класичного завадостійкого кодування, імітаційного моделювання. Теоретичні і практичні результати: Математичні моделі некогерентної атаки пасивного перехоплення декількох зловмисників на пінг-понг протоколи з дво- та трикубітними переплутаними станами, які дозволяють виконувати кількісну оцінку стійкості протоколу до цієї атаки в залежності від параметрів протоколу та параметрів атакуючих систем зловмисників. Метод гамування для підвищення стійкості пінг-понг протоколів, при практичній реалізації якого підвищиться стійкість протоколів до атаки пасивного перехоплення. Імітаційні моделі та відповідне програмне забезпечення для імітаційного моделювання роботи пінг-понг протоколів з двокубітними переплутаними станами з використанням методу гамування та методу зворотнього гешування для підвищення стійкості від атак пасивного перехоплення. Результати імітаційного моделювання передавання інформації пінг-понг протоколом з парами переплутаних кубітів в деполяризуючому квантовому каналі з використанням двійкового завадостійкого коду Файра (60,44), в тому числі статистична інформація, яка підтверджує корекцією пакетів помилок, якщо ймовірність деполяризації кубіту в квантовому каналі не перевищує 7%, що відповідає сучасній експериментальній ситуації при передаванні фотонів на відстань порядку 150 км. Наукова новизна: Вперше на основі квантової та класичної теорії інформації побудовані математичні моделі послідовної некогерентної атаки пасивного перехоплення двох та більшої кількості зловмисників на оригінальний пінг-понг протокол, а також цієї ж атаки двох зловмисників на протоколи з переплутаними дво- та трикубітними станами та квантовим надщільним кодуванням, що дозволило виконати оцінки стійкості цих протоколів до такої атаки. Отримала подальший розвиток методологія квантового криптоаналізу шляхом узагальнення математичних моделей атак пасивного перехоплення одного зловмисника на пінг-понг протоколи на випадок послідовної атаки двох та більшої кількості зловмисників. Вперше на основі методів класичної криптографії запропоновано метод підвищення стійкості пінг-понг протоколів, який ґрунтується на гамуванні блоків повідомлення та придатний для використання з будь-яким з пінг-понг протоколів, що дозволило підвищити стійкість цих протоколів до атаки. Вперше на основі класичної теорії завадостійкого кодування розроблено метод виправлення помилок кодом Файра для пінг-понг протоколів, які реалізуються в деполяризуючому квантовому каналі, що дозволило підвищити завадостійкість цих протоколів. Результати роботи впроваджено в таких організаціях: Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова та Національний авіаційний університет, м. Київ.