KWANT KRIPTOGRAFIÝASYNYŇ ESASLARY WE MAGLUMATLARY ŞIFRLEMEGIŇ TÄZE USULLARY

Häzirki wagtda tor ulgamynda, bank işinde we sanly bilim ulgamynda maglumatlaryň alyş-çalşygy gurnalanda olaryň goragyny we howpsuzlygyny üpjün etmek üçin kriptografiýa usulyndan giňden peýdalanylýar. Kriptografiýa – bu “kriptos” (gizlenen, şifrlenen, syrly) we “grafeýin” (ýazgy, hat) diýen grek sözlerinden durup, ol şifrlenen ýazgy diýen manyny aňladýar. Netijede, şifrlenen maglumatlaryň diňe açar sözi ýa-da açary bilýän taraplaryň çözüp bilmegi göz öňünde tutulýar. Maglumatyň şifrlenmedik ýagdaýyna açyk tekst, şifrlenen ýagdaýyna bolsa kriptogramma ýa-da “şifrli tekst” diýilýär.

Makalada maglumatlary şifrlemekde kwant algoritmleriň ähmiýeti beýan edilýär we täzeçe usul teklip edilýär.

RSA kriptoulgamy asimmetriki kriptoulgam bolup, ol beýlekilere garanyňda has-da ygtybarly hasaplanylýar. Onda maglumatlaryň şifrlenmegi üçin ýönekeý sanlardan, olaryň köpeltmek hasyllaryndan peýdalanylýar. Emma XXI asyrda kwant maglumat tehnologiýasynyň has-da ösmegi, kwant kompýuterleriň öndürilmegi we olarda ulanylmagy göz öňünde tutulýan Şoruň faktorizasiýa algoritminiň netijesinde “RSA” kriptoulgamynda şifrlenen maglumatlaryň tiz wagtda çözülip boljakdygy hem çaklanýar. Bu bolsa ylmy işgärleri şifrlemek üçin täzeçe kriptoulgamlaryň oýlanyp tapylmagyna iterýär.

RSA kriptoulgamy bilen şifrlenen maglumaty çözmek üçin ýapyk açary bilmeli, ýagny berlen sanyň 2 sany özara ýönekeý bolan köpeldijilerini kesgitlemeli bolýar. Emma elektron hasaplaýjy maşynlar (EHM-ler) üçin sanlary köpeltmek aňsat bolsa-da, uly sanlaryň köpeldijilerini hasaplamak, ýagny faktorizasiýa örän köp wagt talap edýär. Şol sebäpli hem RSA kriptoulgamy asimmetrik häsiýetde bolup, ol tor we bank-söwda ulgamlarynda giňden ulanylýar. Muňa garamazdan, ýokarda hem bellenip geçilişi ýaly, soňky ýyllarda kwant maglumat tehnologiýasynyň has-da ösmegi bilen, Şoruň faktorizasiýa algoritminiň netijesinde RSA kriptoulgamynda şifrlenen maglumatlaryň tiz wagtda çözülip boljakdygy hem ylmy taýdan esaslandyryldy [2]. Bu bolsa kwant kriptografiýanyň ähmiýetini ýokardygyny görkezýär.

Kwant kriptografiýasy – bu kwant mehanikanyň kanunlarynyň esasynda şifrlemek usulydyr. Kwant maglumatlar tehnologiýasynda maglumat alyş-çalşygynda onuň hopwsuzlygyny üpjün etmek üçin kwant algoritmlerden peýdalanmak zerurlygy ýüze çykýar. Netijede, maglumatlaryň howpsuz we ygtybarly alyş çalşygyny üpjün etmek maksady bilen Warner Geýzenbergiň kesgitsizlik gatnaşygyna (uncertainity principle) esaslanýan kwant kriptografiýa ylmy döredi. Geýzenbergiň kesgitsizlik gatnaşygynda bellenip geçilişi ýaly, “mikrobölejigiň koordinatasyny kesgitlemegiň takyklygy näçe ýokary bolsa (∆x näçe kiçi bolsa), onuň impulsyny kesgitlemegiň takyklygy şonça azdyr (∆P uludyr)”[1]. Bu gatnaşyga esaslanýan kwant kriptoanalizde hem maglumat deşifrlenende maglumat hökmünde şertlendirilen mikrobölejige mahsus bolan koordinatany ölçemeli, ýagny, onuň tizligini üýtgetmeli ýa-da haýallatmaly bolar. Bu bolsa maglumatyň üýtgemegine getirer. Has takygy, adaty kriptografiýa matematiki usullara we proseslere esaslanýan bolsa, kwant kriptografiýa fiziki usullara esaslanýar.

Häzirki wagtda, meşhurlyga eýe bolan Kwant Açar Paýlaýyş (Quantum Key Distribution) kwant kriptoulgamyesasy kwant kriptoulgamlaryň biri hökmünde çykyş edýär. Bu ulgam kwant kompýuterlerine garşy hem ygtybarly hasaplanylýar, çünki onda maglumatlary şifrlemek fiziki proseslere esaslanýar. Kwant Açar Paýlaýyş maglumatlary şirlemekde we deşifrlemekde açaryň howpsuz we ygtybarly paýlanylmagy üçin ulanylýar. Eger-de ugradylan açary çözmek ýa-da ele gecirmek üçin hüjüm amala aşyrylsa, onda ol kabul edijä ýoýulyp barar we kabul ediji hüjümden habardar bolar. Has takygy, maglumatyň ýa-da açaryň düzümini üýtgetmän ony ele geçirmek mümkin däldir. Bu bolsa kwant maglumat tehnologiýasynda aragatnaşygyň ygtybarlylygyny kepillendirýär. Diýmek, kwant kriptografiýada maglumatlaryň goragyny kepillendirmek üçin 2 proses, ýagny, açarlaryň ygtybarly paýlanmagy (i), soňra bolsa maglumatlaryň şifrlenmegi (ii) amala aşyrylýar.

Ýeri gelende belläp geçsek, yzyna gaýtaryp bolýan (“reversible”)kwant algoritmleriň kömegi bilen maglumatlary şifrlemek we bellenen tertip boýunça deşifrlemek, ýagny, maglumatlary asyl nusgasyna yzyna gaýtarmak hem mümkindir. “Reversible” algoritmleri düzülende “NOT” operatory, “NOOP” operatory, aýlaw operatorlary, Adamaryň operatory (“H”), “C-NOT” operatory, “Swap” (öwürmek) operatory hem-de “Toffoli” we “Fredkin” operatorlary ulanylýar[3]. Matrisalaryň üsti bilen käbir kwant operatorlaryň 1-kubitli ulgamlar üçin matematiki taýdan modelirlenişi aşakdaky ýalydyr:


2 kubitli ulgamlar üçin ulanylýan käbir kwant operatorlaryň matematiki modeli bolsa aşakdakylar ýalydyr:


Bu işde yzyna gaýtaryp bolýan (“reversible”) kwant operatorlary peýdalanyldy. Işiň esasy aýratynlygy şifrli tekstde şol bir nyşana mahsus bolan birnäçe aralykly ýagdaýyň ulanylmagydyr.

Köp kubitli ulgamlarda maglumatlary kwant operatorlarynyň kömegi bilen şifrlemek üçin aşakdaky 3 sany şert teklip edilýär:

i. “Toffoli” we “Swap” operatorlaryny bir gezek ýa-da gaýta-gaýta ulanmak bilen maglumatlary şifrlemek mümkinçiligi bardyr. Adaty operatorlardan tapawutlylykda bu operatorlar bir kubitiň üstünde öz funksiýasyny beýleki kubitlere baglylykda amala aşyrýar. Ýagny, maglumat deşifrlenende bu operatorlaryň yzygiderligi ýa-da şifrlemegiň umumy formasy bilinmese, onda maglumaty dolulygyna çözmek kynlaşar;

ii. Köp kubitli ulgamlarda maglumatlar şifrlenende “NOT” operatoryny hem ýeri gelende şifrlemegi çylşyrymlaşdyrmak üçin ulanmak bolar;

iii. Ýygylyk boýunça analizi amala aşyrmak bilen şifrli tekstde ulanylan şifrli nyşanyň açyk görnüşiniň ýüze çykarylmagyny kynlaşdyrmak maksady bilen açyk tekstdäki nyşanlaryň ýerine baglylykda şifrlemegi ýerine ýetirmek maglumatyň ygtybarlylygyny has-da ýokarlandyrar. Ýagny, tekstdäki nyşanlaryň ýerine baglylykda şifrlemek üçin niýetlenilen algoritmde ulanylýan operatorlaryň sikli period boýunça üýtgedilse, şifrli tekst has-da ygtybarly bolar;


1-nji surat. Kwant algoritmleriniň üsti bilen şifrlemegiň basgançaklary.

Bu aýdylanlaryň esasynda maglumatlary kwant operatorlaryň üsti bilen şifrlemek üçin 1-nji suratda görkezilen algoritmi bu işiň bir bölegi hökmünde ulanmak teklip edilýär. Bu algoritmiň esasynda şifrlenen maglumatlary, kriptogrammany deşifrlemek üçin ilki bilen şifrli tekstdäki nyşanlaryň ýerini kesgitlemek zerurdyr.

Netijede, aragatnaşykda maglumatlaryň howpsuz alyş-çalşygyny gurnamak üçin teklip edilen şertler toplumyna laýyklykda maglumatlar şifrlense ýa-da deşifrlense maksada laýyk bolar.


NETIJELER


1. Aragatnaşyk ulgamynda tor arkaly maglumat alyş-çalşygynda ulanylýan RSA kriptoulgamyn kwant operatorlaryň üsti bilen deşifrlemegiň mümkindigi beýan edildi. Şoruň algoritminiň ähmiýeti we kwant kriptografiýanyň aýratynlyklary seljerildi.

2. Kwant maglumat tehnologiýasynda maglumatlary şifrlemek üçin täzeçe usul teklip edildi. Bu usulda kwant operatorlary ulanmak boýunça mümkinçilikleri beýan edildi.

EDEBIÝATLAR


1. Kadyrow Ý., Hojamgulyýew A., Kelow G. Umumy Fizika. – A.: Türkmen döwlet neşirýat gullugy, 2011.

2. Богданов А.Ю., КижватовИ.С.Квантовые алгоритмы и их влияние на безопасность современных классических криптографических систем. –M., 2005.

3. Nielsen M.A., Chuang I.L. Quantum computation and quantum information. – Kembrij, 2000.



Çeşme: "Türkmenistanda ylym we tehnika" žurnaly, №4, 2020ý.

Baýram Jumaýew

Türkmenistanyň Döwlet energetika institutynyň "Tehniki ulgamlaryň awtomatikasy" kafedrasynyň müdiri