МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМА ЛЕГКОВЕСНОГО ПОТОЧНОГО ШИФРОВАНИЯ CHACHA20

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.

1. A Survey of Deep Learning Methods for Cyber Security / D. Berman et al // Information. – 2019. – vol. 10, № 4. – Р. 122. https://doi.org/10.3390/info10040122.

2. Robust Anomaly Detection for Multivariate Time Series through Stochastic Recurrent Neural Network / Y. Su et al // Proceedings of the 25th ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery & Data Mining – KDD 19. – 2019. https://doi.org/10.1145/3292500.3330672.

3. Janiesch C. Machine learning and deep learning / C. Janiesch, P. Zschech, K. Heinrich // Electronic Markets. – 2021. – vol. 31, № 31. – Р. 685-695. https://doi.org/10.1007/s12525-021-00475-2.

4. A Survey of Machine Learning for Big Code and Naturalness / M. Allamanis et al // ACM Computing Surveys. – 2019. – vol. 51, № 4. – Р. 1-37. https://doi.org/10.1145/3212695.

5. A Unifying Review of Deep and Shallow Anomaly Detection / L. Ruff et al // arxiv.org, Sep. 2020. https://doi.org/10.1109/JPROC.2021.3052449.

6. Computer program in sign language for controlling mobile objects and communicating with people / K. Moldamurat et al // International Journal of Public Health Science (IJPHS). – 2015. – vol. 14, № 1. – Р. 502. https://doi.org/10.11591/ijphs.v14i1.24544.

7. Real-Time Air-to-Ground Data Communication Technology of Aeroengine Health Management System with Adaptive Rate in the Whole Airspace / Q. Yan et al // Mathematical Problems in Engineering. – 2021. – Р. 1-13. https://doi.org/10.1155/2021/9912574.

8. USAD / J. Audibert et al // Proceedings of the 26th ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery & Data Mining, Aug. – 2020. https://doi.org/10.1145/3394486.3403392.

9. A Distributed Deep Learning System for Web Attack Detection on Edge Devices / Z. Tian et al // IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2020. – vol. 16, № 3. – Р. 1963-1971. https://doi.org/10.1109/TII.2019.2938778.

10. Sreenu G. Intelligent video surveillance: a review through deep learning techniques for crowd analysis / G. Sreenu, M.A. Saleem Durai // Journal of Big Data. – 2019. – vol. 6, № 1. https://doi.org/10.1186/s40537-019-0212-5.

11. CANet: An Unsupervised Intrusion Detection System for High Dimensional CAN Bus Data / M. Hanselmann et al // IEEE Access. – 2020. – vol. 8. – Р. 58194-58205. https://doi.org/10.1109/access.2020.2982544.

12. SILedger: A Blockchain and ABE-based Access Control for Applications in SDN-IoT Networks / W. Ren et al // IEEE Transactions on Network and Service Management. – 2021. – Р. 1-1. https://doi.org/10.1109/tnsm.2021.3093002.

13. Improved unmanned aerial vehicle control for efficient obstacle detection and data protection / Khuralay Moldamurat et al // IAES International Journal of Artificial Intelligence. – 2024. – vol. 13, № 3. – Р. 3576-3576. https://doi.org/10.11591/ijai.v13.i3.pp3576-3587.

14. Mani G. A comparative analysis of LSTM and ARIMA for enhanced real-time air pollutant levels forecasting using sensor fusion with ground station data / G. Mani, R. Volety // Cogent Engineering. – 2021. – vol. 8, № 1. – Р. 1936886. https://doi.org/10.1080/23311916.2021.1936886.

15. A Hybrid Blockchain-Edge Architecture for Electronic Health Record Management With AttributeBased Cryptographic Mechanisms / H. Guo et al // IEEE Transactions on Network and Service Management. – 2023. – vol. 20, № 2. – Р. 1759-1774. https://doi.org/10.1109/tnsm.2022.3186006.

16. Shammar E.A. An Attribute-Based Access Control Model for Internet of Things Using Hyperledger Fabric Blockchain / E.A. Shammar, A.T. Zahary, A.A. Al-Shargabi // Wireless Communications and Mobile Computing. – 2022. – Р. 1-25. https://doi.org/10.1155/2022/6926408.

17. Table of contents, IEEE Transactions on Network and Service Management. – 2021. – vol. 18, № 4. – Р. C1-3935. https://doi.org/10.1109/tnsm.2021.3106439.

18. Enhancing cryptographic protection, authentication, and authorization in cellular networks: a comprehensive research study / K. Moldamurat et al // International Journal of Power Electronics and Drive Systems/International Journal of Electrical and Computer Engineering. – 2024. – vol. 14, № 1. – Р. 479. doi: https://doi.org/10.11591/ijece.v14i1.pp479-487.

19. Schulte K. Real-time’ air quality channels: A technology review of emerging environmental alert systems / K. Schulte // Big Data & Society. – 2022. – vol. 9, № 1. – Р. 205395172211013. https://doi.org/10.1177/20539517221101346.

20. Fault Analysis and Treatment of Civil Aviation Ground-to-air VHF Communication System, Foreign Language Science and Technology Journal Database Engineering Technology. – 2022. https://doi.org/10.47939/et.v3i2.540.

21. Bacco M. Air-to-ground real-time multimedia delivery: A multipath testbed / M. Bacco, P. Cassarà, A. Gotta // Vehicular Communications. – 2022. – vol. 33. – P. 100443. https://doi.org/10.1016/j.vehcom.2021.100443.

22. Ramanjaneyulu B.S. Supporting Real-Time Data Transmissions in Cognitive Radio Networks Using Queue Shifting Mechanism / B.S. Ramanjaneyulu, K. Annapurna // International Journal of Embedded and Real-Time Communication Systems. – 2021. – vol. 12, № 1. – Р. 1-18. https://doi.org/10.4018/ijertcs.20210101.oa1.

23. Brigatti F. Real-time visualization of the data gathered by a reconfigurable stepped-frequency GPR system / F. Brigatti // Ground Penetrating Radar. – 2019. – vol. 2, № 1. – Р. 51-66. https://doi.org/10.26376/gpr2019003.

24. Integration of Cryptography and Navigation Systems in Unmanned Military Mobile Robots: A Review of Current Trends and Perspectives / В. Makhabbat et al // CEUR Workshop Proceedings. – 2023. – Vol. 36802024.

25. Tang J. Survivable networks via on-line real-time evolution of dual air-ground swarm / J. Tang, G. Leu // Swarm and Evolutionary Computation. – 2020. – vol. 53. – Р. 100642. https://doi.org/10.1016/j.swevo.2019.100642.

26. Urmi Raju Raje. A Comparative Study of Data Storage in Retail Management with Traditional Databases V/S Real Time Database / Urmi Raju Raje // International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology. – 2022. – Р. 307-310. https://doi.org/10.48175/ijarsct-5344.

27. Mouha N. Review of the Advanced Encryption Standard / N. Mouha // Review of the Advanced Encryption Standard. – 2021. https://doi.org/10.6028/nist.ir.8319.

28. A Lightweight Authentication Protocol for UAVs Based on ECC Scheme / S. Zhang et al // Drones. – 2023. – vol. 7, № 5. – Р. 315. https://doi.org/10.3390/drones7050315.

29. Gianluigi Sechi, and Gian Luca Foresti / Niccolò Cecchinato et al // Secure Real-Time Multimedia Data Transmission from Low-Cost UAVs with A Lightweight AES Encryption, IEEE communications magazine. – 2023. – vol. 61, № 5. – Р. 160-165. https://doi.org/10.1109/mcom.001.2200611.

30. MODELING INFORMATION SECURITY THREATS FOR THE TERRESTRIAL SEGMENT OF SPACE COMMUNICATIONS / М. Bakyt et al // CEUR Workshop Proceedings. – 2022. – Vol. 33822022 7th International Conference on Digital Technologies in Education, Science and Industry, DTESI 2022, Code 188290.