Совершенствование системы квантового распределения ключа по протоколу B92 с фазовым кодированием состояний фотонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шакир Хайдер Хуссейн Шакир

• Шакир Хайдер Хуссейн Шакир
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Шакир Хайдер Хуссейн Шакир

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА

1.1. Анализ методов классической криптографии

1.2. Проблемы безопасности при проведении банковских операций

1.3. Тенденции развития систем квантовой криптографии

1.4. Выбор протокола В92 для квантового распределения ключа с фазовым кодированием состояний фотонов

1.5. Структура системы квантового распределения ключа по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов

1.6. Выявление угроз безопасности квантовому распределению ключа

1.7. Анализ методов защиты систем квантового распределения ключа

по протоколу В92

1.8. Выявление проблем при реализации протокола квантового распределения ключа В92

1.9. Постановка общей научной задачи и формулировка частных задач

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА ПО ПРОТОКОЛУ В92

2.1. Модель источника одиночных фотонов

2.2. Модель интерферометра Маха-Цендера однофотонного передатчика

2.3. Описание процесса распространения фотонов в волоконно-оптической линии коммуникации

2.4. Модель интерферометра Маха-Цендера однофотонного приёмника

2.5. Уточнённая структура системы квантового распределения ключа

по протоколу В92

2.6. Модель временного мультиплексирования квантовых импульсов

2.7. Модель регистрации квантовых состояний фотонов

2.8. Выводы

3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ КВАНТОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛЮЧА С ФАЗОВЫМ КОДИРОВАНИЕМ СОСТОЯНИЙ ФОТОНОВ ПО ПРОТОКОЛУ В92

3.1. Исходные требования к проектируемой системе квантового распределения ключа с фазовым кодированием состояний фотонов

3.2. Обоснование технического решения источника одиночных фотонов

3.3. Оценка разброса времени распространения фотона через волоконно-оптическую линию связи

3.4. Проектирование интерферометра передающей станции

3.5. Расчёт параметров волоконно-оптической линии связи

3.6. Проектирование интерферометра приёмной станции

3.7. Формулирование требований для временного мультиплексирования квантовых импульсов

3.8. Расчёт вероятностей регистрации квантовых состояний фотонов

3.9. Выводы

4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ, ВРЕМЕННЫЕ И ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ КРК

4.1. Оценка влияния протяжённости направляющей линии коммуникации на параметры системы КРК

4.2. Оценка влияния типов лазеров на параметры системы КРК

4.3. Влияние параметров фотоприёмного модуля на эффективность квантового распределения ключа

4.4. Техническое решение для противодействия атаке «Троянский конь»

4.5. Исследование алгоритма синхронизации системы квантового распределения ключа по протоколу В92

4.6. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А. Акт о внедрении результатов диссертационной работы 182 Приложение Б. Акт о внедрении результатов диссертационной работы в

учебный процесс

Приложение В. Акт о внедрении программы ЭВМ результатов

диссертационной работы в учебный процесс

Приложение Г. Сертификаты участника международных конференций .. 190 Приложение Д. Листинг программы для отправки и получения

защищённого SMS-сообщения при проведении банковских работ

Приложение Е. Листинг программы

Приложение Ж. Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

APC - Angle Phisical Contact. Полировка торца оптического волокна

D - Detector. Детектор

DC - Directional Coupler. Направленный волоконный ответвитель

DFB - Distributed FeedBack. Распределённая обратная связь

FA - Fiber Attenuator. Волоконно-оптический аттенюатор

FC - Ferrule Connector. Тип оптического коннектора

FDL - Fiber Delay Loop. Волоконно-оптическая линия задержки

FS - Fiber Splitter. Волоконно-оптический разветвитель

FWHM - Full Width at Half Maximum. Ширина спектра лазерного излучения

KR - Key Recorder. Регистратор ключа

MMF - Multi Mode Fiber. Многомодовое оптическое волокно

OC - Optical Combiner. Объединитель оптический

PBS - Polarizing Beam Splitter. Светоделитель поляризационный

PBC - Polarizing Beam Combiner. Объединитель поляризационный

PC - Polarization Controller. Контроллер поляризации

PDD - Polarization Division Demultiplexer. Поляризационный демультиплексор

PDL - Polarization-Dependent Losses. Поляризационно-зависимые потери

PDM - Polarization-Dependent Modulation. Поляризационно-зависимая модуляция

PDM - Polarization Division Multiplexer. Поляризационный мультиплексор

PM - Phase Modulator. Фазовый модулятор

PMD - Polarization Mode Dispersion. Поляризационная модовая дисперсия

PMF - Polarization Maintaining Fiber. Оптическое волокно, сохраняющее

состояние поляризации

PS - Polarization Switch. Вращатель плоскости поляризации

SAPD - Single Avalanche PhotoDiode. Однофотонный лавинный фотодиод

SMF - Single Mode Fiber. Одномодовое оптическое волокно

SR - Single Receiver. Однофотонный приёмник

ST - Single Transmitter. Однофотонный передатчик

TF - Transmission Fiber. Волоконно-оптическая линия связи

ВОЛЗ - Волоконно-оптическая линия задержки

ВОЛС - Волоконно-оптическая линия связи

ВОФМ - Волоконно-оптический фазовый модулятор

ИБ - Информационная безопасность

ИТТ - Импульс темнового тока

КРК - Квантовое распределение ключа

ЛФД - Лавинный фотодиод

НВО Направленный волоконный ответвитель

НСД - Несанкционированный доступ

НСИ - Несанкционированный съёме информации

ОВ - Оптическое волокно

ОИИ - Однофотонный источник излучения

ОЛФД - Однофотонный лавинный фотодиод

ОПОМ - Однофотонный передающий оптический модуль

ПМД - Поляризационная модовая дисперсия

ПОМ - Передающий оптический модуль

СКО - Среднеквадратическое отклонение

СКРК - Система квантового распределения ключей

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование системы квантового распределения ключа по протоколу B92 с фазовым кодированием состояний фотонов»

ВВЕДЕНИЕ

При передаче информации главная задача - распределение секретного ключа среди корреспондентов, находящихся на расстоянии. Для секретности нужны условия: длина ключа больше или равна длине зашифрованного сообщения, а ключ случаен. Кодирование квантового состояния одиночного фотона служит гарантией секретности распределения ключа. В отличие от классической криптографии конфиденциальность передачи и усложнение НСД к информации основаны на физике кванта.

Проблема защиты информации особенно актуальна из-за практически повсеместного перехода к цифровым технологиям и внедрению интернета во все области жизни современного общества.

Благодаря использованию методов квантовой криптографии обеспечивается не только скрытное распределение общих ключей между легитимными пользователями по незащищённым волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) или открытым канала, но и обнаружение попытки перехвата ключа шифрования. Нельзя клонировать неизвестное квантовое состояние, что следует из соотношения неопределённостей Гейзенберга и принципа дополнительности между получением информации и возмущением квантового состояния.

Исследования систем коммуникации с использованием протоколов квантового распределения ключа проводятся в следующих фирмах: GAP-Optique, Mitsubishi, IBM, Toshiba, национальной лабораторией в Лос-Аламосе, компанией MagiQ, Технологическим институтом в Калифорнии и компанией QinetiQ. Также квантовая криптография включена журналом MIT Enterprise Technology Review в список десяти наиболее быстро и эффективно прогрессирующих технологий. Помимо этого, оборонные ведомства многих стран осуществляют финансовую поддержку фирм, занимающихся исследованиями в области вантовой криптографии.

Коммерческие системы квантовой криптографии разрабатываются компанией ID Quantique в Швейцарии и фирмой MagiQ Technologies. Евросоюз истратил 11 млн. евро на разработку защищённой системы квантовой коммуникации, где информация защищается от промышленного шпионажа спецслужбами группы англо-сакских государств [1].

В основе построения информационных сетей России для обеспечения

услуг пользователям лежит безопасное распространение ключа посредством квантовой коммуникации между удалёнными пользователями на базе обычных линий связи [2].

Для управления критическими технологическими объектами. автоматическая регулярная замена ключей обеспечивает надежное шифрование секретной информации в банковской сфере.

Анализ периодики [4-7] и патентов[3] подтверждает направленность на практическое применение квантового распределения ключа

Технологическая реализация квантовых коммуникаций должна рассматриваться исходя из выполнимости создания квантовой коммуникации абонент-абонент или абонент-сервер, так называемая схема «звезда», при длине канала связи до 100.150 км по обычному оптическому волокну (ОВ), и по атмосферным каналам протяженностью до 5 км в городах и до 50 км по открытому пространству. При строительстве защищенных сетей используются «доверенные» узлы.

Согласно дорожной карте, в России развитие квантовых коммуникаций реализуется по трём основным направлениям [174] с использование «доверенных» узлов.

Направление I - охрана местных волоконно-оптических сетей с вантовым сервером ключей в центре с базовой топологией звезда и имеющей канал до одного километра. Скорость создания ключей от 100 бит/с до 100 кбит/с.

Направление II - применение длинных открытых оптических линий связи с использованием космических технологий. Если длина спутниковых оптических каналов больше пятисот километров и скорость потока от 5 Мбит/с до 10 Гбит/с, должна гарантироваться скорость создания ключей по квантовому каналу от 1 бит/с до 10 кбит/с.

Направление III - защита местных и городских волоконно-оптические сети с базовыми топологиями точка-точка и звезда и имеющими дальность от ста километров. Имея скорость передачи в канале от 10 Гбит/с скорость создания ключей по квантовому каналу будет от 100 бит/с до 1 Мбит/с.

В данной работе внимание сосредоточено на исследованиях городских и региональных волоконно-оптических сетей с дальностью линии коммуникации в десятки километров.

После проведенного анализа всех созданных в квантовой криптографии на современном этапе протоколов, в основе которых заложен анализ состояния

7

одиночных фотонов, выбираем протокол В92. Известно, что в основу данного протокола закладывается идея распространения одиночных фотонов, обладающих неортогональными состояниями. На практике при проектировании системы это в значительной мере упрощает реализацию.

В этом исследовании обосновывается выбор протокола В92 с кодированием фазы фотона. Для протокола строго доказана секретность передачи ключа, гарантируя передачу информации и обнаружение фактов несанкционированного съёма. На безопасность информации оказывают влияние отказы или сбои в работе модулей и программного обеспечения за счёт случайных изменений поляризации и фазы в оптическом волокне и интерферометре Маха-Цендера. При реализации системы КРК важно учитывать уязвимости в технической реализации системы. Следующие параметры должны быть учтены при разработке модели системы КРК: поляризационно-зависимые потери в пассивных оптических компонентах, поляризационная модовая дисперсия в оптических волокнах и поляризационно -зависимая модуляция в электрооптических модуляторах.

Актуальность исследований заключается в оценке влияния параметров узлов системы на результирующие параметры КРК, в выявлении слабых мест, связанных с уязвимостями в технической реализации системы КРК.

Целью исследований является усложнение злоумышленнику реализации атаки «Троянский конь» путём увеличения скорости формирования ключевой последовательности за счёт уточнения требований к параметрам функциональных узлов волоконно-оптической системы КРК с передачей фотонов с двумя ортогональными поляризациями.

Объектом исследований является волоконно-оптическая система КРК с фазовым кодированием состояний фотонов по протоколу В92, которая использует одно оптическое волокно (ОВ) для обмена информационными и синхронизирующими сигналами.

Предметом исследований является модель системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов по протоколу В92, учитывающая энергетические, временные, поляризационные и вероятностные параметры узлов системы КРК и волоконно-оптической линии связи (ВОЛС).

Общая научная задача: Совершенствование системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов, функционирующей по протоколу В92.

Частные задачи диссертационных исследований:

1. Анализ существующих волоконно-оптических систем КРК. Обоснование построения системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов, функционирующей по протоколу В92. Выявление проблем при реализации протокола, связанных с уязвимостями в технической реализации системы КРК. Обоснование актуальности диссертационных исследований, постановка общей научной задачи (проблемы) и формулировка частных задач.

2. Разработка модели волоконно-оптической системы КРК, функционирующей по протоколу В92 и учитывающей энергетические, временные, поляризационные и вероятностные параметры функциональных элементов системы.

3. Определение количественных соотношений для расчёта параметров системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92. Формулирование условий конструктивного взаимодействия квантовых импульсов в плечах интерферометра, временного мультиплексирования для раздельной регистрации одним фотодетектором фотона, соответствующего логическим «0» или «1». Формулирование требований к модулю стробирования импульсов в приёмном модуле. Количественная оценка скорости формирования ключевой последовательности за счёт снижения влияния параметров функциональных узлов системы на результирующие параметры КРК в системе с передачей фотонов с двумя ортогональными поляризациями.

4. Компьютерное моделирование систем КРК с фазовым кодированием состояний фотонов для доказательства эффективности предлагаемых мер посредством уточнения требований к параметрам узлов и ВОЛС.

Для решения задач используются следующие методы исследования:

- выявление слабых мест, связанных с уязвимостями в технической реализации системы квантового распределения ключа;

- численные методы для оценки влияния параметров станций и линии коммутации на характеристики системы квантового распределения ключа;

- методы теории вероятностей и математической статистики при выводе аналитических выражений для расчёта вероятностных характеристик системы;

- вычислительный эксперимент для доказательства эффективности системы квантового распределения ключа.

Основные научные положения, выдвигаемые для защиты:

Положение 1. Выявление слабых мест, связанных с уязвимостями в технической реализации системы КРК с ВОЛС протяжённостью не менее 30 км, требует разработки модели формирования, передачи, приёма и обработки квантовых состояний в системе КРК с передачей фотонов с двумя ортогональными поляризациями, учитывающей влияние временных, поляризационных и энергетических параметров узлов системы и ВОЛС.

Положение 2. Разработанная модель формирования, передачи, приёма и обработки квантовых состояний в системе КРК с передачей фотонов с двумя ортогональными поляризациями учитывает влияние временных, поляризационных и энергетических параметров узлов системы на уязвимость и результирующие параметры системы. Полученные количественные соотношения позволяют оценить энергетические, временные, поляризационные и вероятностные параметры и сформулированы условия эффективной работы системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92.

Положение 3. Разработанная методика позволяет проектировать и рассчитывать параметры системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92 при реализации однофотонного источника излучения в виде последовательности лазер-аттенюатор, применения одного однофотонного лавинного фотодиода (ЛФД) и стробировании квантовых импульсах в однофотонном приёмном модуле.

Положение 4. Полученные соотношения позволяют оценить влияние характеристик элементов на уязвимость и процесс преобразования квантовых состояний фотонов в системе КРК с фазовым кодированием состояний фотонов по протоколу В92. Компьютерным моделированием доказана эффективность предлагаемых мер посредством уточнения требований к параметрам функциональных узлов и ВОЛС. Значительно усложнена для злоумышленника атака «Троянский конь» при реализации системы КРК в соответствии со сформулированными условиями для конструктивного взаимодействия квантовых импульсов в плечах интерферометра, для временного мультиплексирования с раздельной регистрацией фотона одним однофотонным фотодетектором, для стробирования квантовых импульсах в однофотонном приёмном модуле.

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в

10

разработке модели волоконно-оптической системы квантового распределения ключа по протоколу В92, которая позволяет оценить влияние характеристик функциональных элементов на процесс КРК и оценить уязвимость системы от атаки «Троянский конь».

К наиболее существенным новым научным результатам, полученным в результате диссертационных исследований, относятся:

- модель формирования, передачи, приёма и обработки квантовых состояний в системе КРК с передачей фотонов с двумя ортогональными поляризациями;

- количественные соотношения для оценки параметров системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92 для раздельной регистрации бит одним однофотонным фотодетектором;

- методика проектирования и расчёта параметров системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92;

- условия конструктивного взаимодействия квантовых импульсов в плечах интерферометра, временного мультиплексирования и стробирования квантовых импульсах в однофотонном приёмном модуле.

Научная новизна работы.

Разработана модель формирования, передачи, приёма и обработки квантовых состояний в системе КРК с передачей фотонов с двумя ортогональными поляризациями, где учитываются энергетические, временные и поляризационные параметры функциональных узлов и волоконно-оптической линии коммуникации. Полученные соотношения позволяют оценить влияние характеристик функциональных элементов на процесс преобразования квантовых состояний фотонов при фазовом кодировании состояний фотонов в соответствии с протоколом В92 (пункт 7 паспорта специальности).

Разработана методика проектирования и расчёта параметров системы КРК с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92 при реализации однофотонного источника излучения в виде последовательности лазер-аттенюатор, применении одного однофотонного лавинного фотодиода и стробировании квантовых импульсах в однофотонном приёмном модуле (пункт 15 паспорта специальности).

Получены соотношения для количественной оценки скорости формирования ключевой последовательности за счёт снижения влияния параметров функциональных узлов системы на результирующие параметры

11

КРК в системе с двумя ортогональными поляризациями фотонов. Установлено, что время синхронизации в системе КРК по протоколу В92 уменьшается в тысячи раз по сравнению с автокомпенсационной системой КРК. Последнее значительно усложняет злоумышленнику реализацию атаки «Троянский конь» (пункт 15 паспорта специальности).

Практическая значимость работы заключается в формулировании рекомендаций, гарантирующих повышение безопасности системы за счёт увеличения скорости формирования ключевой последовательности посредством снижения влияния параметров функциональных узлов системы на результирующие параметры КРК в системе с двумя ортогональными поляризациями фотонов. Предложено техническое решение для противодействия атаке «Троянский конь» на систему КРК по протоколу В92. Время синхронизации в системе КРК по протоколу В92 уменьшается в тысячи раз по сравнению с автокомпенсационной системой КРК по протоколу ББ84, что значительно усложняет злоумышленнику реализацию атаки «Троянский конь» (пункт 15 паспорта специальности).

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований, посвящённые совершенствованию СКРК по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов, связаны с научным направлением кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем ЮФУ, что подтверждено актом о внедрении результатов работы от 8.12.2021 г. (Приложение А).

Методика проектирования и расчёта параметров системы внедрена в учебный процесс кафедры ИБТКС в лекционном курсе и практических занятиях по дисциплине «Квантовая связь и криптография», читаемого студентам специальности 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», что подтверждено актом о внедрении результатов диссертационной работы от 8.12.2021 г. (Приложение Б).

Разработанное и внедрённое в учебный процесс (акт внедрения ИКТИБ от 20.01.2022 г.) программное обеспечение информационного комплекса с КРК по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов позволяет пользователю задавать (в виде числовых данных и/или графиков) и изменять основные параметры функциональных узлов системы, фиксировать скорость формирования сырой и просеянной ключевой последовательности, вероятность появления правильного и ошибочного бита, учитывать возмущающие факторы,

12

искажающие передаваемую информацию (Приложение В).

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается корректной постановкой цели и задача, строгостью применяемого математического аппарата, результатами вычислительного эксперимента.

Апробация работы. Главные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на научно-технических конференциях:

- VII Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности». г. Таганрог. 5 - 11 апреля 2021 г.

- Всероссийская научная конференция «Фундаментальные проблемы информационной безопасности в условиях цифровой трансформации», г. Ставрополь 1 - 5.10.2019 г.

- Международная конференция «2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves» (RSEMW-2019), Divnomorskoe, Russia. 24-28 June 2019.

- Международный симпозиум «IEEE East West Design & Test Symposium» (EWDTS), Batumi, Georgia. 13 - 16 September 2019 г.

- Международная конференция «Futuristic Trends in Networks and Computing Technologies (Chandigarh, India, 22 - 23 November 2019 г.);

- V Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности». Таганрог, 1 - 7 апреля 2019 г.

- VIII Международная научно-практическая конференция «Молодые учёные в решении актуальных проблем науки», г. Владикавказ, 21-23.06.2018 г.

- Международная научно-практическая конференция «Развитие региональной экономики в условиях цифровизации», г. Грозный, 24 - 25.09.2018 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 научных печатных работ, в том числе в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК РФ, опубликованы 2 работы [8, 9], в научных рецензируемых изданиях, индексируемых в базе Scopus - 3 работы [10-12], в других изданиях - 7 работ [13-19]. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ [173].

Соответствие паспорту специальности. Диссертация соответствует п. 7

(«Модели и методы формирования комплексов средств противодействия угрозам информационной безопасности для различного вида объектов защиты (систем, цепей поставки) вне зависимости от области их функционирования») и п. 15 («Принципы и решения (технические, математические, организационные и др.) по созданию новых и совершенствованию существующих средств защиты информации и обеспечения информационной безопасности») паспорта научной специальности 2.3.6 - «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность».

Личный вклад автора. Главные научные результаты, модель формирования, передачи, приёма и обработки квантовых состояний в системе КРК, выражения для оценки процесса преобразования квантовых состояний фотонов и методика проектирования и расчёта параметров системы КРК получены автором лично.

Структура диссертационной работы. Диссертационное исследование написано на русском языке, включает введение, четыре главы, заключение, список используемой литературы и приложения. Полный объём диссертации составляет 203 страницы, включая 42 рисунка и 20 таблиц. Список литературы содержит 174 наименования. Приложения содержат 22 страницы.

Во введении обосновывается актуальность темы, определяются цель, задачи, предмет и объект исследований, излагаются основные научные положения и наиболее существенные научные результаты, выдвигаемые для защиты, приводятся научная новизна и практическая значимость результатов работы.

В первой главе содержится анализ методов классической криптографии и проблем безопасности на примере проведения банковских операций. Показано, что методы классической криптографии не смогут обеспечить защиту информации с внедрением квантовых компьютеров. Исследования в области совершения дистанционных банковских операций показывают, что они не обеспечивают достаточный уровень надёжности защиты информации и уступают методам квантовой криптографии. Анализ тенденций развития систем квантовой криптографии определил направленность исследований на КРК с кодированием одиночного фотона. Обоснован выбор протокола В92 для КРК с фазовым кодированием одиночных фотонов между удалёнными пользователями через ВОЛС. Обоснована структура канала коммуникации с

СКРК по протоколу В92 с кодированием фазового состояния фотонов, использующей два несбалансированных интерферометра Маха-Цендера, которые соединены одной ВОЛС.

Анализ угроз безопасности системе КРК показал, что конкретные реализации систем чувствительны к ряду атак злоумышленника из-за неидеальности функциональных модулей. Обосновано, что для эффективного противодействия атакам необходима разработка модели всей системы КРК, анализ влияния количественных параметров отдельных модулей, формулировка предложений по модификации структуры системы, уточнение требований к параметрам отдельных функциональных модулей. Последнее предполагает разработку модели волоконно-оптической СКРК с помощью преобразования фазы фотона на интерферометрах Маха-Цендера совместно с подсистемой синхронизации. При этом при разработке модели принимаются во внимание следующие параметры: поляризационная модовая дисперсия (РМО) в оптических волокнах, поляризационно-зависимая модуляция (PDM) в электрооптических фазовых модуляторах и поляризационно-зависимые потери (PDL) в пассивных оптических компонентах.

Во второй главе разработаны модели отдельных функциональных узлов волоконно-оптической СКРК по протоколу В92. В предлагаемой модели однофотонного источника излучения учитывается специфика использования лазера с распределённой обратной связью, лазера Фабри-Перо и электроабсорбционного модулированного лазера, позволив получить соотношения для математического описания процесса формирования квантовых импульсов.

В модели интерферометров Маха-Цендера однофотонных передающей и приёмной станций учтены такие параметры, как поляризационно-зависимые потери (PDL) в пассивных оптических компонентах и поляризационно-зависимая модуляция (PDM) в электрооптических фазовых модуляторах. Оценено влияние хроматической и поляризационных дисперсий в волоконно-оптической линии коммуникации на эффективность регистрации квантовых импульсов.

В однофотонном передатчике формируются опорный и дублирующий квантовые импульсы. Показано, что из-за неидеальности функциональных модулей дублирующий импульс может находиться в 2-х состояниях

поляризации. Полученные соотношения дают математическое описание процесса формирования квантовых импульсов и преобразования квантовых состояний фотонов.

Разработана модель регистрации квантовых импульсов, в основу которой положены принципы пространственного разделения фотонов в ответвителе X-типа. В ответвителе сигналы с двух входных плеч объединяются и взаимодействуют деструктивно или конструктивно, что зависит от применяемой фазовой модуляции. Также формулируются условия для конструктивного взаимодействия квантовых импульсов двух плеч интерферометра.

Предложена уточнённая структура системы квантового распределения ключа по протоколу В92 с включением в структуру дополнительных функциональных элементов. Предложены модели временного мультиплексирования квантовых импульсов и регистрации квантовых состояний фотонов. Предложенная структура позволяет удешевить стоимость приёмной станции и упростить конструкцию системы КРК.

Обоснована необходимость учёта таких специфических свойств однофотонных фотодетекторов как регистрацию только одного первого фотона и время, которое необходимо для того, чтобы восстановить работоспособность после регистрации фотона. Определены два из 6-ти временных интервалов (действия импульсов стробирования), в которых приём фотона несёт информацию о ключе. Установлено, что частота следования оптических импульсов сильно зависит от ширины спектра основной моды излучения лазера, а также от хроматической дисперсии оптического волокна.

Третья глава посвящена методике проектирования и расчёту параметров СКРК с фазовым кодированием состояний фотонов по протоколу В92 при реализации однофотонного источника излучения в виде последовательного соединения лазера и аттенюатора. Исходными данными для проектирования служат центральная длина волны излучения; протяжённость направляющей ВОЛС; среднее число фотонов, которые регистрируются за время квантового сигнала на выходе передающей станции. Методика ориентирована на применение однофотонного ЛФД. Обосновано техническое решение источника одиночных фотонов. Произведена оценка разброса времени распространения фотона через волоконно-оптическую линию связи. Спроектированы

интерферометры передающей и приёмной станций. Произведён расчёт энерговременных параметров волоконно-оптической линии коммуникации. Сформулированы требования для временного мультиплексирования квантовых импульсов. Произведён расчёт вероятностных характеристик регистрации квантовых состояний фотонов.

В четвертой главе оценено влияние параметров функциональных элементов на энергетические, временные и вероятностные параметры системы КРК: типа лазера, протяжённости направляющей линии коммуникации, фотоприёмного модуля. Моделирование работы системы КРК по протоколу В92 показывает значительное снижение вероятности записи правильного бита в сырую ключевую последовательность при увеличении длины ВОЛС. Причём изменения вероятности записи правильного бита значительно более весомы, чем изменения вероятности записи ошибочного. Установлены условия, при которых влиянием поляризационной модовой дисперсии в одномодовом оптическом волокне можно пренебрегать. Различие между хроматической и поляризационной модовой дисперсиями растёт с расширением спектра лазера. Важно, что требуемая длительность импульса стробирования во много раз может превышать длительность импульса лазера. Даже для электроабсорбционных модулированных лазеров изменение длины ВОЛС с 10 до 100 км потребует длительностей импульса стробирования на 8.83 % больше длительности импульса лазера. Однако при худших параметрах лазера длительность импульса стробирования будет уже в десятки раз превышать длительность импульса лазера. Многократное превышение длительности импульса лазера длительностью импульса стробирования увеличивает вероятность записи ошибочного бита.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шакир Хайдер Хуссейн Шакир, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Некоммерческое партнерство специалистов информационной безопасности: [сайт]. - Москва, 2009. - URL: http://npsib.org/10.html (дата обращения: 26.05.2019). - Текст: электронный.

2. ТАСС: информационное агентство России: [сайт]. - Москва, 1999. -Обновляется в течение суток. - URL: https://tass.ru/ekonomika/5685597. html (дата обращения: 16.09.2018). - Текст: электронный.

3. Румянцев К.Е., Розова Я.С. Патентно-лицензионная ситуация в области квантовой криптографии // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2011. - Т. 7, № 1. - С. 3 - 10.

4. Lee, D. Park, K.H. Park QRS complex detection based on primitive / Lee, D. Park, K.H. Park // Journal of Communications and Networks, vol. 19, no. 5, pp. 442-450, October 2017. - URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8120243&isnumber=8120 221(дата обращения: 06.09.2019). - Текст: электронный.

5. MagiQ Technologies, Inc. QPN-8505 Security Gateway // URL: http://www.magiqtech.com/MagiQ/Products_files/8505_Data_Sheet.pdf. html (дата обращения: 11.01.2017). - Текст: электронный.

6. Cerberis Encryption Solution Layer. 2 Encryption with Quantum Key Distributionю. - URL: http://www.idquantique.com/products/cerberis.html (дата обращения: 17.03.2018). - Текст: электронный.

7. Park J., Chae C.B., Yoon G. Amplify-and-forward two-way relaying system over free-space optics channels / Park J., Chae C.B., Yoon G // Journal of Communications and Networks. - 2017. - vol.19. - no.5. - pp. 481-492. // URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8120247&isnumber=8120 221. html (дата обращения: 01.09.2019). - Текст: электронный.

8. Mahmood, F. N. Security of banking remotely system / Firas Naziyah Mahmood, Hayder Hussein Shakir, K. Ye. Rumyantsev // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2018. - № 2 (196). - С. 256-263. - DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-256-263.

9. Румянцев, К. Е. Ограничения на дальность двухэтапной синхронизации в автокомпенсационной системе квантового распределения ключа / К. Е. Румянцев, Х. Х. Шакир // Телекоммуникации. - 2019. - №12. - C. 2-10.

10. Rumyantsev, K. E. Evaluation of the Influence of the Dispersion Properties of a Fiber-Optic Line on the Efficiency of an Algorithm for Single-Photon

Synchronization of Quantum Key Distribution System / K. E. Rumyantsev, P. D. Linenko, H. H. S. Shakir // Conference Proceedings - 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, (RSEMW-2019), Divnomorskoe, Russia, 24-28 June 2019. -2019. - P. 392-395. - DOI: 10.1109/RSEMW.2019.8792769.

11. Rumyantsev, K. E. Length limiting of quantum key distribution at two-stage synchronization / K. E. Rumyantsev, H. H. S. Shakir // 2019 IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS 2019. Batumi, Georgia, 13-16 September 2019. - P. 171-175. - DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884459.

12. Rumyantsev, K. E. Synchronization of the quantum key distribution system with priori information about the fiber-optic line length / K. Rumyantsev, H. H.-Sh. Shakir // Futuristic Trends in Networks and Computing Technologies FTNCT 2019. Communications in Computer and Information Science. - 2020. - Vol. 1206. - P. 7586. - DOI: 10.1007/978-981-15-4451-4_7.

13. Шакир, Х. Х. Влияние дрейфа поляризации в волоконно-оптической линии связи на квантовое распределение ключа / Х. Х. Шакир // Молодые учёные в решении актуальных проблем науки: материалы VIII Международной научно-практической конференции, 22 июня 2018 г. - Владикавказ: Веста, 2018. - С. 87-90.

14. Скачко, О. П. Моделирование передающей станции системы квантового распределения ключа / О. П. Скачко, М. Р. Боташев, Х. Х. Ш. Шакир // Молодые учёные в решении актуальных проблем науки: материалы VIII Международной научно-практической конференции, 22 июня 2018 г. -Владикавказ : Веста, 2018. - С. 70-73.

15. Румянцев, К. Е. Экономическая обоснованность внедрения квантовых технологий для защиты данных в компаниях, организациях и предприятиях / К. Е. Румянцев, Х. Х. Ш. Шакир, О. П. Скачко // Развитие региональной экономики в условиях цифровизации: международная научно-практическая конференция: посвящённая 80-летию ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»: сборник материалов. - Махачкала: АЛЕФ, 2018. - С. 604-609.

16. Румянцев, К. Е. Безопасность совершения банковских операций посредством дистанционного управления SMS / К. Е. Румянцев, Х. Х. Ш. Шакир, Ф. Н. М. Аль-Машхадани // Развитие региональной экономики в условиях цифровизации: международная научно-практическая конференция: посвящённая 80-летию ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет» : сборник материалов. - Махачкала: АЛЕФ, 2018. - С. 591-595.

167

17. Шакир, Х. Х. Ш. Архитектура волоконно-оптической системы квантового распределения ключа по протоколу B92 / Х.Х.Ш. Шакир // VII Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности»: сборник статей Всероссийской научно-технической конференции, 5-11 апреля 2021. -Таганрог, 2021. - С. 103-107.

18. Линенко, П. Д. Ограничения на скорость формирования ключа в системе квантового распределения ключа по протоколу В92 / П. Д. Линенко, К. Е. Румянцев, Х. Х. Шакир // Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности: сборник статей V Всероссийской научно-технической конференции молодых учёных, аспирантов, магистрантов и студентов. Таганрог, 1-7 апреля 2019. - Таганрог, 2019. - С. 78-81.

19. Румянцев, К. Е. Перспективы применения квантового распределения ключа по протоколу B92 / К. Е. Румянцев, Х. Х. Шакир // Сборник докладов XXIII пленума ФУМО ВО ИБ и Всероссийской научной конференции «Фундаментальные проблемы информационной безопасности в условиях цифровой трансформации» (Инфобезопасность-2019). - Ставрополь: СКФУ, 2019. - С. 121-128.

20. Румянцев, К.Е. Проектирование системы квантового распределения ключа с интерферометрами Маха-Цендера: учебное пособие, ЮФУ. - Ростов-на-Дону, Таганрог: Изд-во Юфу, 2020. - 108 с.

21. Adrian B., Atkinson W., Roulet C. Bank Business Models and The Separation Issue // Financial Market Trends - 2013.

22. Amtul, F. E-banking Security Issues - Is There a Solution in Biometrics? / // J. Int. Ban. Com. - 2011. - pp. 6-13.

23. Nejadirani, F.; Behravesh, M. and Rasouli, R. Developing Countries and Electronic Commerce the Case of SMEs // World Applied Sciences Journal - 2011. -756-764.

24. Dehkordi L.,F. Shahnazari, A. and Noroozi A. A Study of the Factors that Influence the Acceptance of e-Commerce in Developing Countries: A Comparative Survey between Iran and United Arab Emirates // Interdisciplinary Journal of Research in Business - 1. - Issue. 6. -2011.

25. Chang, Y. MS. C. Thesis // Southern Illinois University Carbondale - 9 -

2016.

26. Terzia, N. The impact of e-commerce on international trade and employment / Terzia, N. // Procedia Social and Behavioral Sciences - 24 - pp. 745-753. - 2011.

27. Rotimi, E., Awodele, O Ajayi B., O. SMS Banking Services // A 21st Century Innovation in Banking Technology - 4. -2007.

28. Mirmiran, S., F. Shams, A. The Study of Differences between E-commerce Impacts on Developed Countries and Developing Countries, Case Study: USA and Iran // New Marketing Research Journal Special Issue. - pp. 79-100. - 2014.

29. Nejadirani F., Behravesh M.. Rasouli R. Developing Countries and Electronic Commerce the Case of SMEs // World Applied Sciences Journal. - 15 (5). - 756-764. - 2011.

30. Квантовая криптография: идеи и практика / Под ред. С.Я. Килина, Д.Б. Хорошко, А.П. Низовцева. - Минск: Беларуская навука, 2008. - 392 с.

31. Scarani V. Quantum Physics: A First Encounter: Interference, Entanglement, and Reality. - Oxford: University Press. - 2006. - 125 p.

32. Физика квантовой информации: Квантовая криптография. Квантовая телепортация. Квантовые вычисления / Под ред. Д. Боумейстера, А. Экерта, А. Цайлингера / Пер. с англ. С.П. Кулика, Е.А. Шапиро. - М.: Постмаркет, 2002.

- 376 с.

33. Gisin N., Ribordy G., Tittel W., Zbinden H. Quantum cryptography // Reviews of Modern Physics.- Vol. 74. - № 1. - P. 145-195. - 2002.

34. Котенко В.В., Румянцев К.Е. Теория информации и защита телекоммуникаций: Монография. - Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2009. - 369 с.

35. Торстейнсон П., Ганеш Г.А. Криптография и безопасность в технологии. NET. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 480 с.

36. Румянцев К. Е. Системы квантового распределения ключа: Монография.

- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. - 264 с.

37. Scarani V., Acin A., Ribordy G., Gisin N. Quantum cryptography protocols robust against photon number splitting attacks for weak laser pulses implementation. [Electronic resource] / Access mode: https://www.arXiv: Quant-ph/0211131. - 2002.

38. Bell J.S. On the problem of hidden variables in quantum mechanics // Reviews of Modern Physics. - 1964. - Vol. 38. - P. 447-452. [Переиздано Bell J.S. Speakable and unspeakable in quantum mechanics: Collected papers on quantum philosophy. - Cambridge: Cambridge University Press, England. - 1987].

39. Ekert A. K. Quantum cryptography based on Bell's theorem // Physical Review Letters.- Vol. 67. - P. 661-663. - 1991.

40. Квантовые технологии в телекоммуникационных системах: учебник / / К. Е. Румянцев; ЮФУ. - Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2021. - 346 с. ISBN 978-5-9275-3857-7 // URL: https://hub. sfedu.ru/repository/material/801294876.html (дата обращения: 16.02.2019). - Текст электронный.

41. Специальные системы. Фотоника [сайт].- Санкт-Петербур.- URL: http://sphotonics.ru/catalog/opticheskie-linii-zaderzhki-s-elektricheskoy-podstroykoy/adl-100.html (дата обращения: 16.02.2019). - Текст электронный.

42. Молотков С.Н. Об интегрировании квантовых систем засекреченной связи (квантовой криптографии) в оптоволоконные телекоммуникационные системы // Письма в ЖЭТФ. - 2004. - Т. 79. - Вып. 11. - С. 691-704.

43. Задорин А.С., Махорин Д.А. Модель системы квантового распределения ключей по оптическому волокну с временным кодированием // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - № 3 (33). - с. 85-89.

44. Махорин Д. А. Модель системы квантового распределения ключа с временным кодированием по волоконно-оптической линии связи: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук - Томск. - 2016.

45. Townsend P.D. Single photon interference in 10 km long optical fibre interferometer //Electronics Letters 1993. - Vol.29. - No.7. - 1993, p.634-635.

46. Marand C. Quantum Key Distribution over Distances as Long as 30 km. // Optical Letters. - 1995. - Vol.20. - No.16. - p.1695.

47. Stucki D. Quantum key distribution over 67 km with a plug & play system. // New J. Phys. - 4. - 2002.

48. First Commercial Quantum Cryptography System - 2003. - URL: http://www.magiqtech.com (дата обращения: 16.02.2020). - Текст электронный.

49. Tomita A. Recent Progress in Quantum Key Transmission. // NEC J. of Advanced Tech. - Vol.2 - No.1 - p.84 - 91.

50. Senekane M., Mirza A., Mafu M., Petruccione F. Realization of B92 QKD protocol using id3100 Clavis2 system // Proceedings of the 56th SAIP Conference (SAIP) 2018. -. URL: http://events.saip.org.za/getFile.py/access?contribId=190&sessionId=21&resId=0&m

aterialId=paper&confId= 14. html (дата обращения: 04.08.2019). - Текст электронный.

51. Bienfang J.C. Quantum key distribution with 1.25 Gbps clock synchronization. // Optic Express - Vol.12 - No.9 - p.2011.

52. Слепов Н. Квантовая криптография: передача квантового ключа. Проблемы и решения. // Электроника НТБ. 2016. - Выпуск 2. - URL: http://www.electronics.ru/journal/article/705.html (дата обращения: 02. 06. 2019). -Текст электронный.

53. А.В. Козубов, А.А. Гайдаш, С.М. Кынев, В.И. Егоров, А. Е. Иванова, А.В. Глейм, Г.П. Мирошниченко. Основы квантовой коммуникации - Санкт-Петербург,2019.

54. Gordon, K. J., Fernandez, V., Buller, G. S., Townsend, P. D., Cova, S. D., Tisa, S. A quantum key distribution system operating at gigahertz clock rates. // OSA Trends in Optics and Photonics Series. - 97. - 2004. - pp. 801 - 802.

55. Paul D. Townsend, C. Marand, S.J.D. Phoenix, K.J. Blow S.M. Barnett Secure Optical Communications Systems Using Quantum Cryptography [Electronic resource] // Philosophical Transactions: of the Royal Society London, Series. 1996. -Vol. 354. - № 1708. - ISSN 0962-8428. - pp.805 - 817. - XP000605904. -URL: http://www.jstor.org/stable/54561 .html (дата обращения: 02. 06. 2019). -Текст электронный.

56. Townsend P. D. Design of quantum cryptography systems for passive optical networks // Electronics Letters. - 1994. - vol. 30. - No. 22, ISSN 0013-5194. -XP000479775. - pp. 1875-1877.

57. W.Tittel, G.Ribordy N.Gisin. Quantum Cryptography. // Physics World. -1998.

58. Townsend P.D. Method and apparatus for polarization-insensitive quantum cryptography // Патент США 6529601. МКИ H04L 9/00, G02B 26/08. Приоритет 22.05.1996. Опубликован 04.03.2003. Townsend P.D. British Telecommunications public limited company.

59. Key distribution in a multiple access network using quantum cryptography [Electronic resource] // Заявка WO 1995/007582. IPC: H04L 9/08 (2006.01). PCT/GB1994/001952. Подана 08.09.1994. Опубликована 16.03.1995. Applicants: British Telecommunications Public Limited Company [GB/GB]; 81 Newgate Street, London EC1A 7AJ (GB) (For All Designated States Except US). Townsend, P.D. [GB/GB]; (GB) (For US Only), Smith D.W. [GB/GB]; (GB) (For US Only). Priority

171

Data: 93307120.1 09.09.1993 EP. 93307121.9 09.09.1993 EP. PCT/GB93/02075 06.10.1993 AU. PCT/GB93/02637 23.12.1993 AU. - Access mode:https://encrypted.google.com/patents/WO1995007582A1?cl=en&hl=ru.html.

60. Голубчиков Д. М. Применение квантовых усилителей для съёма информации с квантовых каналов распределения ключа // Известия ТТИ ЮФУ. 2008. - №1(78). - 119.

61. G. Ribordy, J.-D. Gautier, N. Gisin, O. Guinnard, H. Zbinden Fast and User-Friendly Quantum Key Distribution // Journal of Modern Optics.

62. D.S.Bethune, W.P.Risk An Autocompensating Fiber-Optic Quantum Cryptography system based on Polarization Splitting of Light // IEEE Journal of Quantum Electronics. - 2000/ - Vol.36.- 340.

63. N. Gisin, G. Ribordy, W.Tittel, H. Zbinden Quantum cryptography //Reviews of Modern Physics. - 2007. - April 1. - 57 p.

64. V. Scarani, S. Iblisdir, N. Gisin Quantum cloning //Quantum physic. -2005. -November 9. - 33 p.

65. A.Vakhitov, V, Mkarov, Dag R. Hjelme Large pulse attack as a method of conventional optical eavesdropping in quantum cryptography //Journal of modern optics. - 2001. - Vol. 48. - No. 13. - pp. 2023-2038.

66. V. Makarov, A. Anisimov, S. Sauge Can Eve control PerkinElmer actively-quenched single- photon detector? [Electronic resource]. -URL: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0809/0809.3408.pdf.html (дата обращения: 27. 04. 2019). - Текст электронный.

67. V. Makarov, J. Scaar, A. Anisimov Faked states attack exploiting detector efficiency mismatch on BB84, phase-time, DPSK, and Ekert protocols // Poster on XI International Conference on Quantum Optics. - 2006. - May 26. - pp. 31-30.

68. P. Kok, W. J. Munro, K. Nemoto, T. C. Ralph, J. P. Dowling, G. J. Milburn // Rev. Mod. Phys. - 2007. - 79. - 135.

69. J. L. O'Brien, // Science. - 2007. - 318. - 1567.

70. C. P. Dietrich, A. Fiore, M. G. Thompson, M. Kamp, S. Roiling, Lasers Photon // Rev. 2016. - 10. - 870.

71. J. McKeever, A. Boca, A. Boozer, R. Miller, J. Buck, A. Kuzmich, H. Kimble.// Science. 2004. - 303. - 1992.

72. C. Kurtsiefer, S. Mayer, P. Zarda, H. Weinfurter/// Phys. Rev. Lett. - 2000. -85. - 290.

73. T. Basch'e, W. Moerner, M. Orrit, H. Talon // Phys. Rev. Lett. - 1992. - 69. -

172

74. R. Brouri, A. Beveratos, J.-P. Poizat, P. Grangier. // Opt. Lett. - 2010. - 25. -1294.

75. G.-C. Shan, Z.-Q. Yin, C. Shek, W. Huang // Front. Phys. - 2014. - 109. - 170.

76. Эффективный полупроводниковый источник одиночных фотонов красного спектрального диапазона / М.В. Рахлин, К.Г. Беляев, Г.В. Климко, И.В. Седова, М.М. Кулагина, Ю.М. Задиранов, С.И. Трошков, Ю.А. Гусева, Я.В. Терентьев, С.В. Иванов, А.А. Торопов // Письма в ЖЭТФ,. - 2019. - Том 109, вып. 3. - С. 147 - 151.

77. Гайслер В.А. Однофотонные источники света на основе полупроводниковых наноструктур // Известия РАИ. Серия физическая. - 2009.

- Т. 73, № 1. - С. 83 - 86.

78. Photonanometa : [сайт]. - Москва, - URL: http://www.photonanometa.com/Single-Photon-Sources.php (дата обращения: 21. 04. 2017). - Текст электронный.

79. Российский фонд фундаментальных исследований: [сайт]. - Москва, -URL: http://www.rfbr.ru/rffi/ru/project_search/o_263675.html(дата обращения: 29. 01. 2019). - Текст электронный.

80. A. Thoma, P. Schnauber, M. Gschrey, M. Seifried, J. Wolters, J.-H. Schulze, A. Strittmatter, S. Rodt, A. Carmele, A. Knorr, T. Heindel, S. Reitzemstein // Phys. Rev. Lett. - 2016. - 116. - 033601.

81. Y.M. He, Y. He, Y.-J. Wei, D. Wu, M. Atature, C. Schneider, S. H öfling, M. Kamp, C.-Y. Lu, J.-W. Pan // Nat. Nanotech. 2013. - 8. - 213.

82. X. Liu, K. Akahane, N. A. Jahan, N. Kobayashi, M. Sasaki, H. Kumano, I. Suemune // Appl. Phys. Lett. - 2013 - 103. - 061114.

83. J.-H. Kim, T. Cai, C. J. K. Richardson, R. P. Leavitt, E. // Waks, Optica 2016.

- 3. - 6.

84. F. Olbrich, J. Hoschele, M. Muller, J. Kettler, S. L. Portalupi, M. Paul, M. Jetter, P. Michler. // Appl. Phys. Lett. - 2017. - 111. - 133106.

85. N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, H. Zbinden. // Hum. Nat. - 2009. - 20. - 317.

86. D. Huber, M. Reindl, Y. Huo, H. Huang, J. S. Wildmann, O. G. Schmidt, A. Rastelli, R. Trotta. // Nat. Comm. - 2017. - 8. - 15506.

87. L. Schweickert, K. D. Jons, K. D. Zeuner, S. F. C. da Silva, H. Huang, T. Lettner, M. Reindl, J. Zichi, R. Trotta, A. Rastelli, V. Zwiller // Appl. Phys. Lett. -

2018/ - 112. - 093106.

88. P.D. Townsend Experimental investigation of the performance limits for first telecommunication-window quantum cryptography systems / P.D. Townsend // Photon. Tech. Lett. 1998. - 10. - 1048.

89. Nechvatal J. Report on the Developmentof the Advanced Encryption Standard (AES). / J. Nechvatal, E. Barker, L. Bassham, W. Burr, M. Dworkin, J. Foti, E. Roback // Computer Security Division, Information Technology Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Technology Administration, U.S. Department of Commerce, October 2, 2000 (дата обращения: 03.04.2020).

90. Молотков С. Н. Мультиплексная квантовая криптографии с временным кодированием без интерферометров // Письма в ЖЭТФ. - 2004.- 79.- 554.

91. Основные параметры и сертификация оптических SFP модулей [Electronic resource] //Access mode: https:habrahabr.ru/post/226775.html.

92. ЭлектронКом: [сайт]. - Москва, - URL: http://www.electroncom.ru/product/nanoplus/fp diodes.php (дата обращения: 09.

01. 2019). - Текст электронный.

93. Мастерская своего дела [сайт]. - Киев, - URL: http: msd.com.ua/optoelektronika/poverxnostno-izluchayushhie-lazery-s-vertikalnym-rezonatorom-vcsel.html (дата обращения: 07. 02. 2019). - Текст электронный.

94. ФМНаука: [сайт]. - Москва, - URL: http://fmnauka.narod.ru/lazery s vneshnim rezonatorom.pdf (дата обращения: 07.

02. 2017). - Текст электронный.

95. Аналог ПОМ MDTL11-20 фирмы «Nortel»

96. Передающий оптический модуль POM-661. - техническое описание 22. 06. 2003 // - URL: www.telas.ru/pdf/POM-661 .pdf (дата обращения: 07. 02. 2019). - Текст электронный.

97. ID Quantique : [сайт]. - URL: https://www.idquantique.com/single-photon-systems/solutions.html (дата обращения: 09. 02. 2020). - Текст электронный.

98. Low noise picosecond laser module Genki Specifications subject to change without notice, May 2017. - URL: https://www.nktphotonics.com/lasers-fibers/product/onefive-genki-low-noise-picosecond-laser.html (дата обращения: 03. 05. 2020). - Текст электронный.

99. One five KATANA pulsed laser.- URL: https://www.nktphotonics.com/lasers-fibers/product/onefive-katana-pulsed-laser.html (дата обращения: 03. 02. 2020). -Текст электронный.

100. OPTILAB: [сайт]. - URL: http://www.optilab.com/images/datasheets/DFB-PM-M 09072016 v3.pdf.html (дата обращения: 03. 02. 2018). - Текст электронный.

101. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/catalog/dfb-lazery-s-pryamov-

modulyatsiey/dfb 1550eam12ld.html (дата обращения:11. 04. 2019). - Текст электронный.

102. http://lib.alnam.ru/book_plaz.php?id=117.html.

103. СвязьСтройДеталь: [сайт]. - Москва. - URL: https://www.ssd.ru/razvetvitel-ro-1kh2-plc-sm-0-9-1-0-m-sc-apc.html (дата обращения:13. 04. 2020). - Текст электронный.

104. ОптКом: [сайт]. - Москва. - URL: https://www.optcom.ru/catalog/OPC/opticheskie-splitterv-planarnve-svarnye/PLC1x2SCAPC- 1.html (дата обращения:10. 04. 2019). - Текст электронный.

105. КДДС. Оборудование для сетей связи: [сайт]. - Москва. - URL: https://www.kdds.ru/shop/oborudovanie-pon/deliteli/ro-12-plc-09mm-1m-minikorpus.html (дата обращения: 17. 11. 2019). - Текст электронный.

106. Telcon. Коммуникации: [сайт]. - Москва. - URL: http://www.telcon.ru/equipment/split.html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

107. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https: //sphotonics. ru/catalog/mikro-opticheskie-razvetviteli- s- sokhraneniem-polyarizatsii-pm/npmc 15coupler.html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

108. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https: //sphotonics. ru/catalog/mikro-opticheskie-razvetviteli- s- sokhraneniem-polyarizatsii-pm/pfc-1216. html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

109. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/catalog/splavnye-volokonnye-razvetviteli-s-sokhraneniem-polyarizatsii-pm/ffp-c.ttml (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

110. АзимутФотоникс: [сайт]. - URL: http://azimp.ru/thorlabs/pm-fiber-based-polarization-beam-combiner-splitterhtml (дата обращения:15. 10. 2019). - Текст электронный.

111. Н.Н.Слепов, С.А. Дмитриев Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы / под общей ред. Н.Н.Слепова, С.А. Дмитриева. - М.: Connect, 2000. - 376 с.

112. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/photonic-time-delays/fps-001/html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

113. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/phase-eo-modulators/mpx-ln-01.html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

114. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http: //sphotonics. ru/catalog/phase-eo-modulators/mpz-ln-10. html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

115. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/phase-eo-modulators/mpz-ln-20.html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

116. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/phase-eo-modulators/mpz-ln-40html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

117. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/phase-eo-modulators/nirmpx950ln05.html (дата обращения: 18. 12. 2019). - Текст электронный.

118. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/phase-eo-modulators/mpx2000-ln-01.html. (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

119. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http: //sphotonics. ru/catalog/phase-eo-modulators. html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

120. GeneralPhotonics [сайт]. - URL: http://www.generalphotonics.com/index.php/product/mpc-20-multifunction-polarization-controller.html (дата обращения:07. 12. 2019). - Текст электронный.

121. GeneralPhotonics [сайт]. - URL: http: //www. generalphotonics.com/index.php/product/multifunction-polarization-controller. html. (дата обращения:07. 12. 2019). - Текст электронный.

122. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/catalog/pereklyuchateli-polyarizatsii/psw-002.html. (дата

176

обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

123. Aliexpress: [сайт]. - URL: https://ru.aliexpress.com/item/Faraday-Mirror-1550nm-Faraday-Mirror-SC-APC-Faraday-angle-90-

1m/32799169854.html?spm=a2g0v.10010108.1000016/B.1.2b6956febvxxVv.html. (дата обращения: 06. 12. 2019). - Текст электронный.

124. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/catalog/magnetooticheskie-pereklyuchateli-crystalatch/clps1x1polarization.html. (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

125. Rumyantsev, K. E., Plenkin, A. P. Synchronization system of quantum key distribution in the regime of single-photon pulses registering for enhanced protection // Radioengineering. - 2015. - № 2. - С. 125-134.

126. Pljonkin, A. П., Rumyantsev, K. Pradeep Kumar Singh. Synchronization in Quantum Key Distribution Systems / Pljonkin, A. П., Rumyantsev, K. Pradeep Kumar Singh. // Cryptography. - 2017. - 1, 18. -DOI: 10.3390/cryptography1030018. - URL: www.mdpi.com/journal/cryptography.html (дата обращения: 05. 12. 2019). - Текст электронный.

127. Кузнецов В.А., Цуканов В.Н., Яковлев М.Я. Волоконно-оптические линии задержки. URL: www.tmvos.ru/pdf/volz.pdf.html. (дата обращения: 05. 11. 2019). - Текст электронный.

128. Румянцев,.К.^..Экспериментальные.испытания.телекоммуникационной сети с интегрированной системой квантового распределения ключей [Текст] / К. Е. Румянцев, А. П. Плёнкин // Телекоммуникации. - 2014. - № 10. -С. 11 - 16.

129. В..А. Кузнецов,.В..Н. Цуканов,.М..Я. Яковлев,.Я..И. Капитанов Нестабильности в волоконно-оптических линиях задержки. URL: www.tmvos.ru/pdf/volza.pdf.html. (дата обращения: 03. 01. 2020). - Текст электронный.

130. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: http://sphotonics.ru/catalog/opticheskie-linii-zaderzhki-s-ruchnoy-podstroykoy/vdl004.html. (дата обращения: 05. 03. 2020). - Текст электронный.

131. Senko Advanced Components: [сайт]. - URL: https://www.senko.com/fiberoptic/pm-products.html (дата обращения: 05. 03.

2020). - Текст электронный.

132. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/upload/iblock/b5d/b5d864e8f0a2e0e62164f6fdb78e9ae0.pdf.ht ml. (дата обращения: 05. 03. 2020). - Текст электронный.

133. OzOptics: [сайт]. - URL: https://www.ozoptics.com/ALLNEW_PDF/DTS0011.pdf.html. (дата обращения: 05. 03. 2020). - Текст электронный.

134. HanamuraOptics: [сайт]. - URL: http : //www.hanamuraoptics. com/device/EO SPACE/PC030123_EO.pdf. html. (дата обращения:22. 02. 2020). - Текст электронный.

135. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/upload/iblock/b5d/b5d864e8f0a2e0e62164f6fdb78e9ae0.pdf (дата обращения: 05. 03. 2020). - Текст электронный.

136. Brandt H.E. Qubit devices and the issue of quantum decoherence // Progress in Quantum Electronics. - 1999. - Vol. 22. - p. 257-370.

137. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/catalog/mikro-opticheskie-razvetviteli-s-sokhraneniem-polyarizatsii-pm/pfc- 15.html.

138. Thorlabs: [сайт]. - URL: https : //www. thorlabs. com/thorproduct. cfm?partnumber=PN1550R5A2. html. (дата обращения: 14. 02. 2020). - Текст электронный.

139. Курочкин В.Л., Рябцев И.И., Неизвестный И.Г. Экспериментальная установка для квантовой криптографии с одиночными поляризационными фотонами // Журнал технической физики. - 2005. - Т. 75, № 6. - С. 54-58.

140. Плёнкин А.П., Румянцев, К.Е. Однофотонные приёмники для систем квантового распределения ключей: учебное пособие [Электронный ресурс]; ЮФУ. -Ростов-на-Дону -Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2020. - 81 с. ISBN 978-59275-3491-3 Режим доступа: http://hub.lib.sfedu.ru/repository/material/801273062.html.

141. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Эффективность синхронизации системы квантового распределения ключа на однофотонных лавинных фотодиодах // Известия ЮФУ. Технические науки. -2 016. - Т. №9 - № 182. - С. 4 - 15.

142. Hadfield R.H. Single-photon detectors for optical quantum information applications // Nat. Photonics. - 2009. - Т. 3. - № 12. - С. 696 - 705.

143. Румянцев К.Е. Синхронизация в системе квантового распределения ключа с автоматической компенсацией поляризационных искажений // Телекоммуникации. - 2017. - № 2. - С. 32 - 40.

144. Специальные системы. Фотоника: [сайт]. - URL: https://sphotonics.ru/catalog/pm-volokna-dlya-volokonno-opticheskikh-giroskopov/ixfpmg155080p.html (дата обращения:18. 12. 2019). - Текст электронный.

145. Румянцев, К. Е. Волоконная оптика. Часть 1. Оптическое волокно [Текст]: учебное пособие/ К. Е. Румянцев. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - 158 с.

146. Румянцев, К.Е. Волоконная оптика. Часть 2. Соединение оптических волокон [Текст]: учебное пособие/ К. Е. Румянцев. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. - 2009. - 100 с.

147. ChipDip : [сайт]. - URL: https://www.chipdip.ru/product/gb-101a.html. (дата обращения:11. 12. 2019). - Текст электронный.

148. ComponentLtd: [сайт]. - URL: https://componentltd.ru/catalog/attenyuatory-opticheskie/attenyuator-opticheskiy-peremennyy-tipa-fc-apc-0-30db.html. (дата обращения:11. 12. 2019). - Текст электронный.

149. ComponentLtd: [сайт]. - URL: https://componentltd.ru/catalog/attenyuatory-opticheskie/attenyuator-opticheskiy-fc-apc-20db-female-female.html. (дата обращения:11. 12. 2019). - Текст электронный.

150. Optolink : [сайт]. - URL: http://www.optolink.ru/ru/products/fibers.html. (дата обращения:10. 12. 2019). - Текст электронный.

151. Deps : [сайт]. - URL: https://deps.ua/knowegable-base-ru/articles/1961-osnovnye-parametry-i-sertifikatciia-opticheskikh-sfp-modulei.html (дата обращения:11. 12. 2019). - Текст электронный.

152. Василиу Е. В. Атаки на квантовые системы распределения ключей, эксплуатирующие уязвимость оборудования/ Василиу Е. В. - URL: https://biblio.suitt.edu.ua/bitstream/handle/123456789/3102/Vasiliu_Limar.pdf7seque nce=1&isAllowed=y.html. (дата обращения:11. 11. 2019). - Текст электронный.

153. N. Jain, B. Stiller, I. Khan, V. Makarov, C. Marquardt, G. Leuchs. - URL: https://arXiv: 1408.0492.html. (дата обращения: 07. 10. 2019). - Текст электронный.

154. S. Sajeed, I. Radchenko, S. Kaiser, J.-P. Bourgoin, L. Monat, M. Legr'e, V. Makarov // Talk presented at QCrypt/ - 2014. - 15. - 201.

155. N. Gisin, S. Fasel, B. Kraus, H. Zbinden, G. Ribordy // Phys. Rev. - 2006. - A

179

73. - 022320.

156. N. Jain, E. Anisimova, I. Khan, V. Makarov, Ch. Marquardt, G. Leuchs // Talk presented at the Central European Workshop on Quantum Optics. - 2014. - 2327.

157. Y. Zhao, B. Qi, and H.-K. Lo //Appl. Phys. Lett. - 2007. - 90. - 044106.

158. A. Muller, T. Herzog, B. Hutter, W. Tittel, H. Zbinden N. Gisin //Appl. Phys. Lett. - 1997. - 70. - 793.

159. Jiang M S // Phys. Rev. - 2012. - A 86. - 032310.

160. Scarani V, Ac'm A, Ribordy G. Gisin N. // Phys. Rev. Lett. - 2004. - 92. -057901.

161. Lucamarini M. Practical Security Bounds Against the Trojan-Horse Attack in Quantum Key Distribution // Physical Review X. - 2015. - Vol. 5, Issue 3. - P. 031030.

162. Возможности и ограничения в современных системах оптической связи // URL: https://bstudy.net/841982/tehnika/vozmozhnosti_ogranicheniya_sovremennyh_ sistemah_opticheskoy_svyazi.html. (дата обращения: 05. 12. 2019). - Текст электронный.

163. LighTel: [сайт]. - URL: https://lightel.com/product/98/polarization-maintaining-isolator.html. (дата обращения: 05. 12. 2019). - Текст электронный.

164. Гальярди М. Р., Карп Ш. Оптическая связь. - 1978. - 424 с.

165. Hughes R.J., Nordholt J.E., Derkacs D., Peterson G. Practical free-space quantum key distribution over 10 km in daylight and at night // New Journal of Physics. - 2002. - 4. - 43.

166. Румянцев К.Е., Рудинский Е.А. Исследование подсистемы синхронизации системы квантового распределения ключа QPN 5505 // Информатизация и связь. - 2018. - № 4. - С. 12-17.

167. Курочкин В.Л. и др. Экспериментальные исследования в области квантовой криптографии // Фотоника. - 2012. - Т. 5. - С. 54-66.

168. Muller A. Plug and play» systems for quantum cryptography // Appl. Phys. Lett. - 1997. - Т. 70, № February. - С. 793-795.

169. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Синхронизация системы квантового распределения ключа в режиме однофотонной регистрации импульсов для повышения защищённости // Радиотехника. - 2015. - Т. №2. - С. 125-134.

170. Румянцев К.Е. Защита процесса синхронизации в системе квантового распределения ключа с автоматической компенсацией поляризационных искажений // Телекоммуникации. - 2017. - № 3. - С. 36 - 44.

180

171. Плёнкин А.П., Румянцев К.Е. Синхронизация системы квантового распределения ключа при использовании фотонных импульсов для повышения защищённости // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2014. - Т. №8, № 157. - С. 81-96.

172. Румянцев К.Е., Плёнкин А.П. Повышение эффективности алгоритма вхождения в синхронизм системы квантового распределения ключей // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2015. - Т. 8, № 169. - С. 6-19.

173. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2022613825. Программа для моделирования системы квантового распределения ключа по протоколу В92 с интерферометрами Маха-Цендера: №2022611849; заявл. 14.02.2022; опубл. 15.03.2022 / К. Е. Румянцев, О. П. Скачко, Х. Х. Шакир; Правообладатель: ФГАОУВО «Южный федеральный университет».

174. Дорожная карта развития в Российской Федерации технологий квантовой обработки информации. Квантовые вычисления и квантовые коммуникации. 07.02.2019. Москва, 2019. https://ria.ru/20190321/1551975053.html.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. АКТ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

УТВЕРЖДАЮ

Акт о внедрении | Ш

кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем

совершенствованию системы квантового распределения ключа по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов, связаны с научным направлением кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем.

В отчётной документации и в выполнении плановых показателей по научной работе кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем и института компьютерных технологий и информационной безопасности отражены публикации и участия в научных конференциях аспиранта (соискателя) Шакир Хайдер Хуссейн, где нашли отражения следующие его наиболее существенные научные результаты:

- разработана модель регистрации квантовых импульсов, в основу которой положены принципы пространственного разделения фотонов в волоконном ответвителе Х-типа. В модели однофотонного источника излучения реализовано формирование квантового импульса посредством ослабления лазерного импульса в цепи из последовательно соединённых многофотонного лазера с волоконным поляризатором и регулируемого волоконно-оптического аттенюатора. Полученные соотношения дают математическое описание процесса формирования квантовых импульсов и преобразования квантовых состояний фотонов в оптическом передатчике станции Алиса. Предложенная модель однофотонного источника излучения учитывает особенности применения трёх типов лазеров: лазеров Фабри-Перо, лазеров с распределённой обратной связью и электроабсорбционных модулированных лазеров;

- получены соотношения для оценки процесса преобразования квантовых состояний фотонов в волоконно-оптической линии связи. Оценено влияние хроматической и поляризационной дисперсий фотонов в оптическом волокне на вероятностные и временные параметры системы;

- сформулированы условия конструктивного взаимодействия квантовых импульсов двух плеч интерферометра. Сформулированы условия к временному мультиплексированию для раздельной регистрации одним однофотонным фото детектором фотона, соответствующего логическим «О» или «1».

Результаты диссертационных исследований, посвящённые

По результатам исследований опубликовано 13 научных работ. Из них в перечне рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации материалов диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора технических наук, опубликовано 2 статьи:

- Mahmood F.N., Shakir H.H.Sh., Rumyantsev K.Y. Security of banking remotely system / Firas Naziyah Mahmood, Hayder Hussein Shakir, Rumyantsev Konstantin Yevgenievich // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2018. -№2 (196).-С. 256-263.

- Румянцев К.Е., Шакир Хайдер Хуссейн. Ограничения на дальность двухэтапной синхронизации в автокомпенсационной системе квантового распределения ключа // Телекоммуникации. 2019. №12. С.2 - 10.

Публикации в реферируемых изданиях, учитываемых в РИНЦ:

- Румянцев К.Е., Боташев М.Р., Скачко О.П., Шакир Х.Х. Моделирование передающей станции системы квантового распределения // Сборник VIII Международной научно-практической конференции «Молодые учёные в решение актуальных проблем науки», г.Владикавказ, 21-23 июня 2018 г. Владикавказ: изд-во «Веста», 2018. - 346 с. - С. 70 - 73.

- Румянцев К.Е., Боташев М.Р., Скачко О.П., Шакир Х.Х. Влияние дрейфа поляризации в волоконно-оптической линии связи на квантовое распределение ключа // Сборник VIII Международной научно-практической конференции «Молодые учёные в решение актуальных проблем науки», г. Владикавказ, 21-23 июня 2018 г. Владикавказ: изд-во «Веста», 2018.-346 с. -С. 87-90.

- Румянцев К.Е., Скачко О.П., Шакир Х.Х. Экономическая обоснованность внедрения квантовых технологий для защиты данных в компаниях, организациях и предприятиях. // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Развитие региональной экономики в условиях цифровизации», г. Грозный, 24-25 сентября 2018 г. -Махачкала: АЛЕФ, 2018. - 836 с. - С. 604 - 609.

- Румянцев К.Е., Шакир Х.Х.Ш., Аль-Машхадани Ф.Н.М. Безопасность совершения банковских операций посредством дистанционного управления SMS. // Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Развитие региональной экономики в условиях цифровизации», г. Грозный, 24-25 сентября 2018 г. - Махачкала: АЛЕФ, 2018. - 836 с. - С. 591 -595.

- Румянцев К. Е., Шакир X. X. Ш. Архитектура волоконно-оптической системы квантового распределения ключа по протоколу В92. // VII Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности». Таганрог, 05-11.04.2019. - Таганрог: 2021. - С. 103 - 107

- Ограничения на скорость формирования ключа в системе квантового распределения ключа по протоколу В92 / Линенко П.Д., Румянцев К.Е., Шакир Х.Х. // В сборнике: Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных

технологий и информационной безопасности. Сборник статей V Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, магистрантов и студентов. Таганрог, 01-07 апреля 2019г. С. 78 - 81.

- Румянцев К.Е., Шакир Х.Х. Перспективы применения квантового распределения ключа по протоколу В92 // Сборник докладов XXIII пленума ФУМО ВО ИБ и Всероссийской научной конференции «Фундаментальные проблемы информационной безопасности в условиях цифровой трансформации» (Инфобезопасность-2019). Доклады Всероссийской научной конференции. Ставрополь, 1-5.10.2019 г. - Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2019. -С. 121 - 128.

Публикации в изданиях Scopus, Web of Sience:

- Rumyantsev, K.E., Linenko, P.D., Shakir, H.H.-Sh. Evaluation of the Influence of the Dispersion Properties of a Fiber-Optic Line on the Efficiency of an Algorithm for Single-Photon Synchronization of Quantum Key Distribution System (Conference Paper) // Conference Proceedings - 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, (RSEMW-2019). Divnomorskoe, Russia, 24-28 June 2019. - Divnomorskoe, Russia. DOI: 10.1109/RSEMW, 2018. - P. 392-395. - DOI: 10.1109/RSEMW.2019.8792769.

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorld=6602720500.

- Rumyantsev, K.E., Shakir, H.H.-Sh. Length limiting of quantum key distribution at two-stage synchronization // Proceedings of 2019 IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS 2019; Batumi; Georgia; 13-16.09. 2019; art. no. 8884459. pp.171 - 175. DOI: 10.1109/EWDTS.2019.8884459. ISBN: 978-17281-1002-8. https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorld=6602720500.

- Rumyantsev K., Shakir H.H.S. Synchronization of the quantum key distribution system with priori information about the fiber-optic line length // Communications in computer and information science (CCIS-2020). Futuristic trends in networks and computing technologies: докл.конф. (Chandigarh, India, 22-23 November 2019). - Singapore, 2020. - V. 1206. P. 75 - 86. - DOI: 10.1007/978-981-15-4451-4_7 - https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43303876.

Результаты диссертационных исследований апробированы на конференциях:

- VIII Международная научно-практическая конференция «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» 21-23 июня 2018 г., г. Владикавказ;

- Международная научно-практическая конференция «Развитие региональной экономики в условиях цифровизации» 24-25 сентября 2018, г. Грозный;

- Всероссийская научная конференция «Фундаментальные проблемы информационной безопасности в условиях цифровой трансформации» 15.10.2019, г. Ставрополь;

- Международная конференция «Futuristic Trends in Networks and Computing Technologies (Chandigarh, India, 22-23 November 2019);

- Международная конференция "Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves» (RSEMW-2019) 24-28 June 2019 в Divnomorskoe, Russia.

- Международный симпозиум «IEEE EastWest Design & Test Symposium» (EWDTS), Batumi, Georgia, September 13 - 16, 2019.

- V Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, магистрантов и студентов «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности». 17 апреля 2019. г. Таганрог

- VII Всероссийская научно-техническая конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты компьютерных технологий и информационной безопасности». 5-11.04.2021. г. Таганрог

Практическая ценность работы заключается в уточнении алгоритма обработки информации в системе квантового распределения ключа и формулировании рекомендаций, гарантирующих повышение безопасности системы, увеличение скорости формирования ключевой последовательности и рост дальности связи.

Зав. кафедрой ИБТКС, д.т.н., профессор Е> рУмянцев

« 8 » декабря lülXj^^^^^

Доцент кафедры ИБТКС, к.т.н., доцент

« 8 » декабря 2021 г.

Доцент кафедры ИБТКС, к.т.н., доцент

« 8 » декабря 2021 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. АКТ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

Шакир Хайдер Хуссейн в учебный процесс кафедры

информационной безопасности телекоммуникационных систем

Результаты диссертационных исследований аспиранта кафедры ИБТКС Шакир Хайдер Хуссейн, посвященные совершенствованию системы квантового распределения ключа по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов, использованы при написании учебного пособия «Проектирование системы квантового распределения ключа с интерферометрами Маха-Цендера», написанного в соавторстве с научным руководителем Румянцевым Константином Евгеньевичем.

В пособии раскрыта на конкретном примере разработанная в процессе диссертационных исследований методика проектирования и расчёта параметров системы квантового распределения ключа с фазовым кодированием состояний фотонов в соответствии с протоколом В92 при реализации однофотонного источника излучения в виде последовательного соединения лазера и регулируемого аттенюатора. Система содержит оптический однофотонный передатчик на передающей станции и однофотонный приёмник на приёмной станции. Оптические передатчик и приёмник соединены волоконно-оптической линией связи на основе одномодового оптического волокна Согтп£®8МР-28е®1ЛХ.

Исходными данными для проектирования служат: центральная длина волны излучения; протяжённость направляющей ВОЛС; среднее число регистрируемых фотонов за длительность квантового импульса на выходе передающей станции не должно превышать 1. Формулируются требования к выбору оптического волокна как внутри передатчика и приёмника, так и в ВОЛС и ВОЛЗ. Методика ориентирована на применение однофотонного ЛФД.

Для реализации временного мультиплексирования квантовых импульсов сформулированы требований к нестабильности генерации импульсов стробирования, определены моменты начала и время стробирования фотоприёмного модуля. Оценены вероятностные характеристики регистрации квантовых состояний фотонов в процессе формирования сырой ключевой последовательности.

Получены соотношения для оценки процесса преобразования квантовых состояний фотонов в волоконно-оптической линии связи. Оценено влияние хроматической и поляризационной дисперсий фотонов в оптическом волокне на вероятностные и временные параметры системы.

УТВЕРЖДАЮ

Акт о внедрении результа5

Сформулированы условия конструктивного взаимодействия квантовых импульсов двух плеч интерферометра. Сформулированы условия к временному мультиплексированию для раздельной регистрации одним однофотонным фотодетектором фотона, соответствующего логическим «О» или «1».

Проектирование системы квантового распределения ключа с интерферометрами Маха-Цендера требует от студента анализа и учёта текущего состояния и тенденций развития технических средств защиты информации, сетей и систем передачи информации при решении задач профессиональной деятельности. Используя полученные в процессе диссертационных исследований соотношения, студент оценивает процесса преобразования квантовых состояний фотонов в волоконно-оптической линии коммуникации, влияние хроматической и поляризационной дисперсий фотонов в оптическом волокне на вероятностные и временные параметры системы.

Пособие предназначено для студентов специальности 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» и используется в дисциплине «Квантовая связь и криптография», которая читается в 10-м семестре. Пособие может быть полезно для подготовки дипломированных специалистов по специальностям и направлению укрупнённой группы 10.00.00 «Информационная безопасность».

Учебное пособие издано по решению кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем Института компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета (протокол №10 от 15января 2020 г.), цитируется в РИНЦ.

Зав. кафедрой ИБТКС, д.т.н., профессор

« 8 » декабря 20

Доцент кафедры ИБТКС, к.т.н., доцент

« 8 » декабря 2021 г.

К. Е. Румянцев

А.

В. Горбунов

Доцент кафедры ИБТКС, к.т.н., доцент

« 8 » декабря 2021 г.

А. П. Плёнкин

ПРИЛОЖЕНИЕ В. АКТ О ВНЕДРЕНИИ ПРОГРАММЫ ЭВМ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В УЧЕБНЫЙ

ПРОЦЕСС

Дире

ПЪЕРЖДАЮ

) Института компьютерных технологий ционной безопасности

Е. Веселов

« 27 » января 2022 г.

ЛУа4" ^r'^Ä" '.'М

Акт о внедрении npoi Шакира Хайдера Хуссейна в учебиыйч^рййесс кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем

Аспирант кафедры ИБТКС Шакир Хайдер Хуссейн совместно со студентом кафедры ИБТКС Скачко Олег Павлович под руководством профессора кафедры ИБТКС Румянцева Константина Евгеньевича разработали программное обеспечение информационного комплекса с квантовым распределением ключа (KPK) по протоколу B92 с фазовым

кодированием состояний фотонов.

В анализируемой системе однофотонный источник излучения реализован в виде последовательного соединения лазера и регулируемого аттенюатора. Система содержит оптический однофотонный передатчик на передающей станции и однофотонный приёмник на приёмной станции. Оптические передатчик и приёмник соединены волоконно-оптическои линией связи на основе оптического волокна. Среднее число регистрируемых фотонов за длительность квантового импульса на выходе передающей станции не превышает 0,1. В однофотонном приёмнике применяется один однофотонный лавинный фотодиод, для чего реализовано временное мультиплексирование квантовых импульсов.

В программном обеспечении используется среда Node.JS v. 16.1, язык программирования JavaScript, а также библиотеки JavaScript: React Dom, React, Eslint, Babel, jStat и Recharts. Библиотеки React Dom и React могут использоваться вне зависимости от среды выполнения позволяя писать приложения под любое устройство, на котором установлена программная платформа Node.JS. Библиотека Eslint следит за чистотой кода, настраивает общий вид кода, повышая его читаемость и, следовательно, скорость написания программы в целом. Библиотека Babel автоматически преобразовывает код, написанный на современном синтаксисе языка программирования, в такой же по исполнению код, но для устройств, использующих старый формат синтаксиса языка, повышая его кросплатформенность. Включение библиотеки Babel полезно для повышения информационной безопасности. Библиотека jStat предоставляет генераторы случайных чисел, включая распределение Пуассона. Включение библиотеки Recharts обеспечивает построение различной сложности графиков и моментальную отрисовку их на экране устройства.

В программе предусмотрена защита от неавторизованных пользователей. Разработанное начальное окно авторизации требует логина и пароля от пользователя, что повышает уровень информационной безопасности.

В программе обеспечено комфортное переключение, открытие и закрытие графиков и результатов расчётов параметров каждого функционального узла системы КРК.

Программа позволяет пользователю (обучающемуся) наиболее полно задавать (в виде числовых данных и/или графиков), а в случае необходимости, изменять основные параметры функциональных узлов системы. Программа позволяет учесть возмущающие факторы, которые могут искажать передаваемую информацию. В частности, заложена хроматическая и поляризационная дисперсия фотонов в оптическом волокне.

Программное обеспечение информационного комплекса с квантовым распределением ключа по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов позволяет изучать процесс формирования сырой и просеянной ключевой последовательности, фиксировать

скорость формирования ключевой последовательности, вероятность правильного и ошибочного бита.

Программа ЭВМ предназначена для студентов специальности 10.05.02 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» и используется в дисциплине «Квантовая связь и криптография», которая читается в 10-м семестре. Программа ЭВМ может быть полезна для подготовки дипломированных специалистов по специальностям и направлению укрупнённой группы 10.00.00 «Информационная безопасность».

Профессору Румянцеву Константину Евгеньевичу принадлежит общая постановка задачи разработки программного обеспечения информационного комплекса с квантовым распределением ключа (КРК) по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов.

Аспиранту Шакир Хайдер Хуссейн принадлежит разработка алгоритма имитационного моделирования информационного комплекса с фиксацией вероятностных и временных характеристик системы КРК по протоколу В92 с фазовым кодированием состояний фотонов при использовании для регистрации квантовых импульсов однофотонного лавинного фотодиода для повышения защищённости от несанкционированного съёма информации. Обработка результатов статистических испытаний.

Студенту кафедры ИБТКС Скачко Олегу Павловичу принадлежит разработка программы имитационного моделирования информационного комплекса с фиксацией вероятностных и временных характеристик системы КРК при использовании для регистрации квантовых импульсов однофотонного лавинного фотодиода для повышения защищённости от несанкционированного съёма информации.

Зам зав. кафедрой ИБТКС, д.т.н., профессор

« 27 » января 20

Доцент кафедры ИБТКС, к.т.н., доцент

« 27 » января 2022 г

Доцент кафедры ИБТКС, к.т.н., доцент

« 27 » января 2022 г

Профессор кафедры ИБТКС

« 27 » января 202

Аспирант кафедры ИБТКС

БЬакп, Н. Н.-БЬ.

« 27 » января 2022 г.

Студент кафедры ИБТКС

« 27 » января 2022 1.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СЕРТИФИКАТЫ УЧАСТНИКА МЕЖДУНАРОДНЫХ КОНФЕРЕНЦИЙ

Комитет РСО-Аланяи по делам молодежи Владикавказский научный центр Российской академии наук Совет молодых ученых и специалистов при Главе РСО-Алания Северо-Осетинское региональное отделение Общероссийской общественной организации

«Российский союз молодых ученых»

^ Фшг ч

■и

СЕРТИФИКАТ

подтверждает, что

Шакир Хайд ер Хуссейн Шакир

участвовал(а) в международной научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки»

21-23 июня 2018 года

Председатель Комитета РСО-Алания по

ам молодежи

Р.С. Джусоев

г. Владикавказ

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ ДЛЯ ОТПРАВКИ И ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИЩЁННОГО SMS-СООБЩЕНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ БАНКОВСКИХ РАБОТ

import android, provider. Telephony; importandroid. support. v7. app. import android, os. Bundle; import android, telephony. SmsManager; import android.

protected void onCreate(Bundle savedlnstanceState) { super. onCreate(savedlnstanceState); setContentVie\v(R. layout. activity_main);

sendSMS = (Button) findVie\vById(R. id. sendbtn); msgTxt = (EditText) findVie\vById(R. id. message); numTxt = (EditText) fmdVie\vById(R. id numbertxt); sendSMS. setOnClickListener(ne\v View. OnClickListenerO { (^Override public void

Strmg rayMsg = msgTxt. getTextO. toStrmgO; String theNumber = numTxt. getTextO-SmsManager sms = SmsManager. getDefaultQ; sms. sendTextMessage(theNumber, null,

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

import React, { useState } from 'react'; import Head from '../../molecules/head/Head.jsx'; import './DefaultPage.css'

import Equipment from '../../organisms/Equipment/Equipment.jsx'; import Project from '../../organisms/Project/Project.jsx'; import SKRK from '../../organisms/SKRK/SKRK.jsx';

const DefaultPage = () => { const [q, setQ] = useState('l')

function view() {

if(q == '1') {

return <Project/> } else if(q == '2') { return <SKRK/> } else {

return <Equipment/>

}

}

return (

<>

<Head

project = {() => setQ('l')} skrk = {()=>setQ('2')} equipment = {()=>setQ('3')}

/>

{view()}

</>); };

export default DefaultPage;

import React, { useState } from 'react';

import Alisa from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Alisa.jsx';

import Attenuator from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Attenuator.jsx';

import Bob from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Bob.jsx';

import Controlerl from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Controlerl.jsx';

import Controler2 from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Controler2.jsx';

import Controler3 from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Controler3.jsx';

import Hbo from '../../atoms/ElementsOffSKRK/Hbo.jsx';

import Lazer from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Lazer.jsx';

import Objedinitel from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Objedinitel.jsx';

import Razvetvitel from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Razvetvitel.jsx';

import Registrator from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Registrator.jsx';

import Strobirovanie from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Strobirovanie.jsx';

import Summator from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Summator.jsx';

import Svetodelitel from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Svetodelitel.jsx';

import Vofml from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Vofml.jsx';

import Vofm2 from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Vofm2.jsx';

import Volokno from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Volokno.jsx';

import Volzl from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Volzl.jsx';

import Volz2 from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Volz2.jsx';

import Volz3 from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Volz3.jsx';

import Vrachatel from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Vrachatel.jsx';

import Vrachatel2 from '../../atoms/ElementsOfSKRK/Vrachatel2.jsx';

import ModalAlisa from '../../atoms/ModalEquipment/ModalAlisa.jsx';

import ModalAttenuator from '../../atoms/ModalEquipment/ModalAttenuator.jsx';

import ModalBob from '../../atoms/ModalEquipment/ModalBob.jsx';

import ModalControlerl from '../../atoms/ModalEquipment/ModalControlerl.jsx';

import ModalControler2 from '../../atoms/ModalEquipment/ModalControler2.jsx';

import ModalControler3 from '../../atoms/ModalEquipment/ModalControler3.jsx';

import ModalHbo from '../../atoms/ModalEquipment/ModalHbo.jsx';

import ModalLazer from '../../atoms/ModalEquipment/ModalLazer.jsx';

import ModalObjedinitel from '../../atoms/ModalEquipment/ModalObjedinitel.jsx';

import ModalRazvetvitel from '../../atoms/ModalEquipment/ModalRazvetvitel.jsx';

import ModalRegistrator from '../../atoms/ModalEquipment/ModalRegistrator.jsx';

import ModalStrobirovanie from '../../atoms/ModalEquipment/ModalStrobirovanie.jsx';

import ModalSummator from '../../atoms/ModalEquipment/ModalSummator.jsx';

import ModalSvetodelitel from '../../atoms/ModalEquipment/ModalSvetodelitel.jsx';

import ModalVofml from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVofml.jsx';

import ModalVofm2 from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVofm2.jsx';

import ModalVolokno from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVolokno.jsx';

import ModalVolzl from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVolzl.jsx';

import ModalVolz2 from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVolz2.jsx';

import ModalVolz3 from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVolz3.jsx';

import ModalVrachatel from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVrachatel.jsx';

import ModalVrachatel2 from '../../atoms/ModalEquipment/ModalVrachatel2.jsx';

import q from './../../../img/q.mp3'

import './Equipment.css' const Equipment = (props) => {

const [isEquipment, setlsEquipment] = useState(false) const [ModalActiv, setModalActiv] =useState(false) let audio = new Audio(q) function chooseEquipment(n) { setlsEquipment(n) setModalActiv(true)

}

function mod(){ audio.play()

if(isEquipment === l00) { return( <ModalBob

onClickl={()=> {setModalActiv(false)}} active = {ModalActiv} onClick={()=>setModalActiv(false)}/> )

}

if(isEquipment === l0l) {

return( <ModalAlisa

onClick1=|()=> |setModalActiv(false)}} active = |ModalActiv} onClick=|()=>setModalActiv(false)}/> )

}

if(isEquipment === 1) I return(

<ModalVolokno

onClick1=|()=> |setModalActiv(false)}} active = |ModalActiv} onClick=|()=>setModalActiv(false)}/> )

}

if(isEquipment === 2) I return(

<ModalLazer