Бакыт Махаббат Асхаткызы – докторант кафедры информационной безопасности факультета информационных технологий
010000 Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпаева, 2
Bakyt Mahabbat Ashatkyzy – PhD student of the Department of Information Security, IT Faculty
0100000, Republic of Kazakhstan, Astana, Satpayev street, building 2
Хуралай Молдамурат – доцент кафедры космической техники и технологий
010000 Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпаева, 2
Khuralai Moldamurat – Associate Professor of the Department of Space Technique And Technology
0100000, Republic of Kazakhstan, Astana, Satpayev street, building 2
Динара Мирзабековна Калманова – кандидат педагогических наук, и.о. доцента кафедрыкосмической техники и технологий
010000 Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпаева, 2
Dinara Mirzabekovna Kalmanova – corresponding author, Candidate of Pedagogical Sciences, acting Associate Professor of the Department of «Space Engineering and Technology»
0100000, Republic of Kazakhstan, Astana, Satpayev street, building 2
Oмирзак Коптилеуович Абдирашев – PhD, и.о. доцента кафедры «Космическая техника и технологии»
010000 Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпаева, 2
Omirzak Koptileuovich Abdirashev – PhD, Acting Associate Professor of the Department of «Space Engineering and Technology»
0100000, Republic of Kazakhstan, Astana, Satpayev street, building 2
Асем Адикбеккызы Конырханова – и. о. доцента кафедры Информационная безопасность
010000 Республика Казахстан, г. Астана, ул. Сатпаева, 2
Asem Adilbekkyzy Konyrkhanova – a.a. Professor of the Department of Information Security
0100000, Republic of Kazakhstan, Astana, Satpayev street, building 2
Обеспечение безопасной и высокоскоростной передачи данных для низкоорбитальных летательных аппаратов (НОЛА) является приоритетной задачей в современном мире. Целью данного исследования является модификация существующих методов шифрования для НОЛА, преодолевающая недостатки в скорости и уязвимости к новым кибератакам, включая квантовые. Основная идея заключается в разработке гибридного подхода, сочетающего оптимизированный легковесный потоковый шифр ChaCha20 с протоколом квантового распределения ключей BB84. Это позволит обеспечить высокую скорость шифрования и информационно-теоретическую безопасность ключевого обмена, которая неуязвима для квантовых атак. Методология исследования включает анализ существующих криптографических решений, моделирование производительности предложенного гибридного алгоритма, а также интеграцию механизмов обнаружения аномалий на основе машинного обучения (LSTM) для повышения надежности системы. Основные результаты показывают, что предложенный метод значительно улучшает пропускную способность, снижает задержки и энергопотребление по сравнению с традиционными подходами, обеспечивая при этом устойчивость к современным и будущим угрозам. Ценность работы заключается во внесении вклада в развитие постквантовой криптографии для аэрокосмической отрасли и создании основы для разработки более безопасных и эффективных систем связи НОЛА, что имеет прямое практическое значение для мониторинга окружающей среды, точного земледелия и обеспечения национальной безопасности.
Providing secure and high-speed data transmission for low-orbit aircraft (LOA) is a priority in today's world. The objective of this study is to modify existing encryption methods for LOA to overcome the disadvantages in speed and vulnerability to emerging cyber-attacks, including quantum ones. The main idea is to develop a hybrid approach combining an optimized lightweight stream cipher ChaCha20 with a quantum key distribution protocol BB84. This will provide high encryption speed and information-theoretic key exchange security, which is invulnerable to quantum attacks. The research methodology includes the analysis of existing cryptographic solutions, performance modeling of the proposed hybrid algorithm, and the integration of machine learning-based anomaly detection mechanisms (LSTM) to improve the robustness of the system. The main results show that the proposed method significantly improves throughput, reduces latency and power consumption compared to traditional approaches, while providing resilience to current and future threats. The value of the work lies in contributing to the development of post-quantum cryptography for the aerospace industry and creating a basis for the development of more secure and efficient NOLA communication systems, which has direct practical implications for environmental monitoring, precision agriculture and national security.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.