Разработка и реализация программного комплекса для исследования свойств криптографических ключей

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Разработка программного комплекса для исследования криптографических ключей является актуальной в связи с широким использованием криптографии в современных информационных системах. Проведение исследований поможет лучше понять свойства ключей и улучшить методы их генерации и применения на практике.
Объект исследования. Криптографические ключи, используемые в симметричных и асимметричных криптосистемах.
Предмет исследования. Свойства и особенности криптографических ключей, методы их генерации, распределения и применения для шифрования/дешифрования информации.
Цель работы. Разработка и реализация программного комплекса для исследования свойств криптографических ключей.
Задачи работы:
    −    исследовать понятие криптографического ключа, его свойства;
    −    определить виды криптографических ключей;
    −    изучить способы генерации криптографических ключей;
    −    провести анализ, проектирование и реализация программного комплекса для исследования свойств криптографических ключей;
    −    выявить проблемные аспекты проектирования и реализация программного комплекса для исследования свойств криптографических ключей;
    −    разработать рекомендации и направления совершенствования разработки и реализации программного комплекса для исследования свойств криптографических ключей.
Степень разработанности. Вопросам изучения криптографических ключей посвящено множество работ, таких как: Работы А. Шамира в области криптоанализа асимметричных криптосистем, в частности атака на схему RSA; Исследования Б. Шнайера по применению криптографии в практических приложениях и анализу криптостойкости; Разработки Р. Ривеста криптографических алгоритмов, таких как RC4, RC5; Труды С.В. Ванникова и Г.В. Мельникова по теории и применению криптографических методов; Работа А.Н. Паршина «Введение в криптографию» о базовых принципах симметричного и асимметричного шифрования. Однако комплексный программный инструментарий для исследования свойств ключей в настоящее время отсутствует.
Научная новизна заключается в создании единого программного комплекса, позволяющего проводить различные исследования криптографических ключей и их свойств.
Методологической основой исследования являются общенаучные методы: анализ, синтез, моделирование. Также применяются методы теории вероятности и математической статистики.
Теоретическую основу составляют фундаментальные работы в области криптографии и теории информации, рассматривающие вопросы генерации ключей, криптостойкости, статистических свойств ключей.
Теоретическая и практическая значимость. Разработанный программный комплекс позволит расширить теоретические представления о свойствах криптографических ключей. Практическая значимость определяется возможностью использования комплекса для тестирования и совершенствования существующих криптоалгоритмов и протоколов.
Структура работы. Работа состоит из введения, теоретической и практической части в виде двух глав, заключения и списка использованных источников.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

    1.    Абрамов, А. К. Подход к повышению эффективности работы систем криптографической защиты информации при использовании односторонних функций расширения ключа / А. К. Абрамов, П. В. Абросимов // Информационные технологии моделирования и управления. — 2023. — Т. 133, № 3. — С. 224—231.
    2.    Аверьянов, В. С. Об атаке расщепления в распределении криптографических ключей безопасности / В. С. Аверьянов, И. Н. Карцан // Защита информации. Инсайд. — 2022. — № 4(106). — С. 20—23.
    3.    Адамов, Е. В. Система обработки данных формирования криптографического ключа для беспроводной системы оптической связи / Е. В. Адамов, В. В. Колосов, М. Е. Левицкий // Наука. Технологии. Инновации : сборник научных трудов : в 9 ч., Новосибирск, 30 ноября — 04  2020 года. Том Часть 1. — Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2020. — С. 3—7.
    4.    Алексеев, А. Л. Об одном способе защиты интерфейса взаимодействия квантовой аппаратуры распределения ключей и средств криптографической защиты информации / А. Л. Алексеев, В. И. Егоров, А. Ю. Щербаков // Вестник современных цифровых технологий. — 2021. — № 9. — С. 15—18.
    5.    Анализ корреляции интенсивности в приемо—передающих лазерных системах для формирования криптографического ключа / В. П. Аксенов, В. В. Дудоров, В. В. Колосов [и др.] // Оптика атмосферы и океана. — 2020. — Т. 33, № 8. — С. 591—597.
    6.    Баранов, В. В. Разработка обучающей системы моделирования и демонстрации криптографических протоколов квантового распределения ключа / В. В. Баранов, В. В. Ромащенко, И. Н. Цыгулев // Инженерный вестник Дона. — 2023. — № 5(101). — С. 546—563.
    7.    Баянов, Б. И. Сравнительный анализ биометрических параметров в задаче формирования криптографического ключа на основе рукописного почерка / Б. И. Баянов, И. И. Исмагилов // Математические методы в технологиях и технике. — 2021. — № 6. — С. 55—58.
    8.    Винарский, Е. М. Оптимизация программ на ProVerif для криптографических протоколов выработки общего ключа / Е. М. Винарский, А. В. Демаков // Труды Института системного программирования РАН. — 2021. — Т. 33, № 5. — С. 105—116.
    9.    Каширский, Д. Е. Исправление ошибок в криптографических ключах, полученных методами квантовой криптографии, с помощью древовидных машин четности / Д. Е. Каширский, Ф. А. Якименко // Новые информационные технологии в исследовании сложных структур : материалы Четырнадцатой международной конференции, п. Листвянка, 19—24 сентября 2022 года. — Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2022. — С. 63.
    10.    Каширский, Д. Е. Применение нейронных сетей для исправления ошибок в криптографических ключах, полученных методами квантовой криптографии / Д. Е. Каширский, Ф. А. Якименко // Электронные средства и системы управления. Материалы докладов Международной научно—практической конференции. — 2022. — № 1—2. — С. 44—46.
    11.    Кожекина, Е. Н. Программный комплекс для анализа свойств криптографических алгоритмов / Е. Н. Кожекина, М. В. Богатова // Вестник Донецкого национального университета. Серия Г: Технические науки. — 2020. — № 2. — С. 37—47.
    12.    Криптографические методы защиты информации. Криптосистемы с открытым ключом / Е. Б. Александрова, Д. С. Лаврова, Е. Ю. Павленко, А. В. Ярмак. — Санкт—Петербург‌ : Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт—Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2020. — 87 с.
    13.    Крохин, И. А. Противодействие угрозе атак Маршалко с целью повышения стойкости биометрико—нейросетевой защиты личных криптографических ключей / И. А. Крохин // Математическое и компьютерное моделирование естественно—научных и социальных проблем : материалы XVI Всероссийской с международным участием научно—технической конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, Пенза, 01—04 июня 2022 года. — Пенза: Пензенский государственный университет, 2022. — С. 136—140.
    14.    Кулаков, Д. С. Программный комплекс для исследования криптографических свойств алгоритмов блокчейн / Д. С. Кулаков // Вестник студенческого научного общества ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет». — 2022. — Т. 1, № 14. — С. 170—174.
    15.    Малибашев, А. В. Обучающая система моделирования и демонстрации криптографических протоколов квантового распределения ключа / А. В. Малибашев, И. Н. Цыгулев // Актуальные проблемы науки и техники. Инноватика : Сборник научных статей по материалам II Международной научно—практической конференции, Уфа, 12 мая 2020 года. Том Часть 1. — Уфа: Общество с ограниченной ответственностью «Научно—издательский центр «Вестник науки», 2020. — С. 188—197.
    16.    Марченков, С. Д. Перспективы применения расширенного алгоритма обмена ключами в средствах криптографической защиты информации / С. Д. Марченков, А. Н. Лебедев // Приборостроение—2021 : Материалы 14—й Международной научно—технической конференции, Минск, 17—19 ноября 2021 года. — Минск: Белорусский национальный технический университет, 2021. — С. 106—108.
    17.    Микаева, А. С. Внутренняя структура сервиса управления криптографическими ключами / А. С. Микаева, Г. А. Николаев // Дневник науки. — 2022. — № 12(72).
    18.    Молдовян, Д. Н. Методические аспекты понятия постквантовой криптографии с открытым ключом в криптографических дисциплинах / Д. Н. Молдовян, А. А. Молдовян, Н. А. Молдовян // Современное образование: содержание, технологии, качество. — 2021. — Т. 1. — С. 454—456.
    19.    Об оценке эффективности защиты от оптических атак на волоконные квантовые криптографические системы выработки и распределения ключей / Д. А. Дворецкий, А. П. Зызыкин, Сущев И С [и др.] // Фотон—экспресс. — 2023. — № 6(190). — С. 59—60.
    20.    Постквантовый криптографический протокол выработки общего ключа, основанный на изогениях суперсингулярных эллиптических кривых / С. В. Гребнев, П. Г. Ключарев, А. М. Коренева [и др.] // Безопасные информационные технологии : Сборник трудов Одиннадцатой международной научно—технической конференции, Москва, 06—07 апреля 2021 года. — Москва: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (Москва), 2021. — С. 99—103.
    21.    Преобразователь образов голосовых паролей дикторов в криптографический ключ на основе комитета предварительно обученных сверточных нейронных сетей / А. Е. Сулавко, Д. П. Иниватов, Д. Г. Стадников, А. Г. Чобан // Вопросы защиты информации. — 2021. — № 4(135). — С. 23—33.
    22.    Протокол обмена криптографическими ключами в мультимаршрутной среде передачи данных / А. А. Богаченко, Н. Ф. Богаченко, Д. Д. Лаврова, Д. Н. Лавров // Математические структуры и моделирование. — 2022. — № 4(64). — С. 112—116.
    23.    Радюкевич, М. Л. Комбинированное формирование криптографического ключа с помощью синхронизируемых искусственных нейронных сетей / М. Л. Радюкевич, В. Ф. Голиков // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. — 2021. — Т. 19, № 1. — С. 79—87.
    24.    Радюкевич, М. Л. Комбинированный метод формирования криптографического ключа с секретной модификацией результатов синхронизации искусственных нейронных сетей / М. Л. Радюкевич // Системный анализ и прикладная информатика. — 2021. — № 3. — С. 51—58.
    25.    Радюкевич, М. Л. Усиление секретности криптографического ключа, сформированного с помощью синхронизируемых искусственных нейронных сетей / М. Л. Радюкевич, В. Ф. Голиков // Информатика. — 2020. — Т. 17, № 1. — С. 102—108.
    26.    Скрытное распределение криптографических ключей по постоянному каналу, в условиях возможного бесшумного перехвата и перспективы использования квантовых компьютеров / А. С. Герасимович, М. М. Кабардов, В. И. Коржик [и др.] // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2020) : IX Международная научно—техническая и научно—методическая конференция : сборник научных статей, Санкт—Петербург, 26—27 февраля 2020 года. Том 1. — Санкт—Петербург: Санкт—Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч—Бруевича, 2020. — С. 5—15.
    27.    Слепокуров, С. В. Формирование криптографических ключей на основе биометрических образов в системе аутентификации / С. В. Слепокуров, Н. М. Беспалова // Информационная безопасность — актуальная проблема современности. Совершенствование образовательных технологий подготовки специалистов в области информационной безопасности. — 2020. — № 1(12). — С. 127—129.
    28.    Соколов, В. Д. Подход к исследованию эффективности криптографических протоколов распределения ключей / В. Д. Соколов // Инновационная деятельность в вооруженных силах Российской Федерации : ТРУДЫ ВСЕАРМЕЙСКОЙ НАУЧНО—ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, Санкт—Петербург, 14—15 октября 2021 года. — Санкт—Петербург: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ ИМЕНИ МАРШАЛА СОВЕТСКОГО СОЮЗА С. М. БУДЕННОГО» МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, 2021. — С. 210—213.
    29.    Тарасенко, С. С. Математическая модель криптографической системы защищенного обмена информацией на основе шифра Вернама и эфемерных ключей / С. С. Тарасенко // Защита информации. Инсайд. — 2023. — № 4(112). — С. 62—69.
    30.    Чудинов, Н. В. Разработка информационной системы для управления лицензионными ключами программного продукта / Н. В. Чудинов // Тинчуринские чтения — 2022 «Энергетика и цифровая трансформация» : Сборник статей по материалам Международной молодежной научной конференции. В 3—х томах, Казань, 27—29 апреля 2022 года / Под общей редакцией Э.Ю. Абдуллазянова. Том 3. — Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2022. — С. 169—171.