AP19675961 – Разработка и исследование протоколов распределения ключей на основе квантовых свойств

Цель проекта: разработка и исследование протокола квантового распределения ключей для применение в отечественных системах защиты информации.

Актуальность проекта: Протоколы квантового распределения ключей используют законы квантовой теории, которые продиктованы природой, а не теорией чисел. Постулаты квантовой теории утверждают, что до измерения частица, например, фотон, может находиться в континууме состояний, принимая одно конкретное значение во время измерения. Невозможность клонирования произвольного квантового состояния и невозможность с достоверностью различать неортогональные квантовые состояния делают квантовую криптографию устойчивой к прослушиванию сообщений, передающихся по квантовым каналам связи, так как злоумышленник, измерив состояние непременно внесет в систему возмущение, которое будет детектировано стороной получателя.

На сегодняшний день в Республике Казахстан отсутствует стандарт на алгоритм/протокол квантового распределения ключей. В Республике Казахстан для формирования криптографических ключей для алгоритма RSA используется протокол Диффи-Хеллмана базирующийся на сложности решения задач факторизации и дискретного логарифмирования, которые нестойки к квантовым атакам.

В этой связи разработка и исследование новых протоколов квантового распределения ключа, имеет особую актуальность и востребованность.

Научный руководитель: PhD, ассоциированный профессор кафедры КОиХИ Бегимбаева Енлик Ериковна

Полученные результаты: В рамках проекта разработаны и исследованы новые протоколы квантового распределения ключей для децентрализованных многопользовательских сетей. Предложены протоколы DQKDP и HQKD-MUP, для которых выполнена программная реализация и подтверждена эффективность на основе моделирования и экспериментальных исследований. Разработан протокол, устойчивый к инсайдерским угрозам, основанный на многоуровневой архитектуре доверия, что позволяет повысить безопасность квантовых сетей. Полученные результаты показали высокую масштабируемость, устойчивость и надёжность предложенных решений. Применение разработанных протоколов обеспечивает снижение инфраструктурных затрат и повышение уровня защиты информации. Результаты обладают научной новизной и высокой практической значимостью для развития квантовой криптографии.

Список публикаций с ссылками на них

1. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М. Протоколы квантового распределения ключей на основе неопределённости Гейзенберга // Труды университета, 2023, №1 (90), С. 423–429.
   https://doi.org/10.52209/1609-1825_2023_1_423
2. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Уссатова О.А. Исследование устойчивости протокола квантового распределения ключей E91 // 19th International Asian School-Seminar on Optimization Problems of Complex Systems (OPCS), 2023, С. 10–13.
   https://doi.org/10.1109/OPCS59592.2023.10275771
3. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Макаров М.В., Уссатова О.А. Обзор и сравнение протоколов квантового распределения ключей на основе квантовой телепортации // Journal of Harbin Engineering University, Vol. 44 No. 12 (2023), С. 414–420.
   https://harbinengineeringjournal.com/index.php/journal/article/view/2186
4. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Аршидинова М.Т. Исследование и реализация протокола квантового распределения ключей E91 // VIII Международная научно-практическая конференция «Информатика и прикладная математика», Алматы, 2023, С. 299–304.
5. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Макаров М.В., Уссатова О.А., Тынымбаев С., Темирбекова Ж. Разработка концепции гибридного протокола квантового распределения ключей для многопользовательских сетей // International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), 15(9), 2024, С. 409–415.
   http://dx.doi.org/10.14569/IJACSA.2024.0150940
   https://thesai.org/Publications/ViewPaper?Volume=15&Issue=9&Code=ijacsa&SerialNo=40
6. Бегимбаева Е.Е., Уссатова О.А., Жаксалыков Т.М., Ахтанов А.А., Пашкевич Р.С., Аршидинова М.Т. Разработка протокола квантового распределения ключей на основе суперпозиции в децентрализованных полно-связных сетях // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(9(132)), 2024, С. 39–46.
   https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.318588
7. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Ахтанов А.А., Пашкевич Р.С., Уссатова О.А. Протокол бесцентрового квантового распределения ключей на основе суперпозиции // Проблемы оптимизации сложных систем: Материалы XX Международной Азиатской школы-семинара, Алматы, 2024, С. 131–135.
8. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Ахтанов А.А., Пашкевич Р.С., Уссатова О.А., Аршидинова М.Т. Реализация децентрализованного протокола квантового распределения ключей на основе суперпозиции // IX Международная научно-практическая конференция «Информатика и прикладная математика», посвящённая 90-летию КазНУ им. аль-Фараби, Алматы, 2024, С. 808–822.
   https://conf.iict.kz/wp-content/uploads/2024/11/collection_CSAM_IX_2024.pdf
9. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Макаров М.В., Уссатова О.А. Гибридный подход QKD для многопользовательских квантовых сетей: практическая концепция // 20th International Asian School-Seminar on Optimization Problems of Complex Systems (OPCS), 2024, С. 44–48.
   https://doi.org/10.1109/OPCS63516.2024.10720438
   https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10720438
10. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Ахтанов А.А., Пашкевич Р.С., Аршидинова М.Т. Centerless Quantum Key Distribution Protocol based on Superposition // 20th International Asian School-Seminar on Optimization Problems of Complex Systems (OPCS), 2024, С. 7–11.
    https://doi.org/10.1109/OPCS63516.2024.10720385
    https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10720385
11. Бегимбаева Е.Е., Оспанов Ж., Горлов Л., Ибраев Р., Уссатова О.А. Подходы к разработке протоколов распределения ключей на основе квантового распределения ключей // Journal of Electrical Systems, Vol. 20 No. 7s, 2024, С. 2323–2330.
    https://doi.org/10.52783/jes.3968
    https://journal.esrgroups.org/jes/article/view/3968
12. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Ахтанов А.А., Пашкевич Р.С., Уссатова О.А., Аршидинова М.Т. Проектирование протокола QKD, устойчивого к внутренним атакам в полностью соединённых децентрализованных сетях // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(9(136)), 2025, С. 43–50.
    https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.337992
13. Ахтанов А.А., Пашкевич Р.С., Жаксалыков Т.М., Бегимбаева Е.Е., Уссатова О.А. Методика проектирования устойчивых к внутренним атакам протоколов квантового распределения ключей // X Международная научно-практическая конференция «Информатика и прикладная математика», Алматы, 2025, С. 378–381.
14. Бегимбаева Е.Е., Жаксалыков Т.М., Пашкевич Р.С., Ахтанов А.А. Методы и протоколы квантового распределения ключей: архитектура, безопасность и практические реализации: монография. – Алматы: ИИВТ, 2025. – 127 с.

Информация о патентах

Авторское свидетельство «Программа протокола квантового распределения ключа BBM92 Quant 1.0 для электронной вычислительной машины», № 49476, Жаксалыков Темирлан Мирамбекович, Ахтанов Амир Ардакович, Пашкевич Руслан Сергеевич, Бегимбаева Енлик Ериковна