Development of a protocol for a closed mobile Internet channel based on post-quantum algorithms

Abstract

The development of computing technologies has made it possible not only to expand the range of mobile communication services, but also to significantly increase computing capabilities. The emergence of mobile Internet, 4G, 5G technologies makes it possible to talk about a fundamentally different approach to ensuring the quality of service to network customers, creating fundamentally new approaches to ensuring the efficiency and reliability of transmitted information flows. However, such a rapid growth of GSM technologies without the introduction of security services leads to active actions of attackers and cyber terrorists, the emergence of new and modification of known threats. Mobile communication channels are used by cybercriminals for selfish purposes of access to database resources not only of the mobile Internet, but also to the databases of information and communication systems and networks. The article proposes a fundamentally new approach to ensuring the closure of the voice channel of the mobile Internet based on post-quantum cryptography algorithms – McEliece and Niederreiter crypto-code constructions on elliptic codes. This approach provides not only the offline mode of closing the voice channel and creating a VPN channel in tunnel mode, but also the required level of cryptographic strength in the face of the emergence of full-scale quantum computers.

Розвиток обчислювальних технологій дозволило не тільки розширити спектр послуг мобільного зв'язку, але і значно збільшити обчислювальні можливості. Поява мобільного Інтернету, технологій 4G, 5G дозволяє говорити про принципово інший підхід забезпечення якості обслуговування клієнтів мережі, створення принципово нових підходів у забезпеченні оперативності та вірогідності переданих інформаційних потоків. Однак таке стрімке зростання технологій GSM без впровадження послуг безпеки призводить до активних дії зловмисників і кібертерористів, появи нових і модифікації відомих загроз. Канали мобільного зв'язку використовуються зловмисниками в корисливих цілях доступу до ресурсів баз даних не тільки мобільного Інтернету, а й до баз інформаційно-комунікаційних систем і мереж. У статті пропонується принципово новий підхід до забезпечення закриття голосового каналу мобільного Інтернету на основі алгоритмів постквантової криптографії крипто-кодових конструкціях Мак-Еліса і Нідеррайтера на еліптичних кодах. Класична крипто-кодова конструкція Мак-Еліса є учасником третього раунду криптографічного конкурсу цифрового підпису постквантової криптографії, який проводиться NIST США, що дозволяє стверджувати про використання крипто-кодових конструкцій в постквантовий період. Крім того, запропоновані крипто-кодові конструкції Мак-Еліса й Нідеррайтера реалізовані на алгеброгеометрічних кодах, що дозволяє уникнути атаки Сідельникова В.М., та підвищити рівень стійкості, а використання модифікованих та/або збиткових кодів дозволяють зменшити енергетичну місткість при практичній їх реалізації. Такий підхід забезпечує не тільки офлайн режим закриття голосового каналу і створення VPN-каналу в тунельному режимі, але і необхідний рівень криптостійкості в умовах появи повномасштабних квантових комп'ютерів.