Розробка алгоритму з тимчасовою криптографічною стійкістю для шифрування відеопотоку з безпілотного літального апарата

Автор(и)

  • Людмила Василівна Ковальчук Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова, Україна https://orcid.org/0000-0003-2874-7950
  • Анатолій Миколайович Давиденко Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова, Україна https://orcid.org/0000-0001-6466-1690
  • Тетяна Михайлівна Клименко Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова, Україна https://orcid.org/0009-0003-4675-6428
  • Аріна Віталіївна Недашківська Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0003-2687-7011
  • Сергій Якович Гільгурт Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова, Україна https://orcid.org/0000-0003-1647-1790

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.340917

Ключові слова:

БПЛА, шифрування відеоданих, тимчасова стійкість, малоресурсні криптоалгоритми, блокові шифри, PRESENT

Анотація

Об'єктом дослідження є процес захисту відеопотоку, що передається з бортової відеокамери безпілотного літального апарату (БПЛА) на наземну станцію у фронтовій та прифронтовій зоні. Специфіка проблеми, що вирішувалася, визначається, з одного боку, обмеженими обчислювальними ресурсами бортової апаратури, яка повинна в режимі реального часу зашифровувати інтенсивний потік даних, з іншого – відносно коротким періодом життя БПЛА в умовах бойового застосування (особливо для FPV- дронів-камікадзе) в межах від 10 хвилин до кількох діб. В переважній більшості відомих робіт в даній галузі розглядаються алгоритми, орієнтовані на застосування в інших умовах, причому головні зусилля спрямовані на досягнення максимальної крипостійкості. На відміну від висвітлених у відкритій літературі розробок, в даному дослідженні вдалося вирішити зазначену проблему шляхом врахування її специфічних особливостей та застосування певного компромісу між швидкодією та ресурсоємністю алгоритму, з одного боку, та його стійкістю, з іншого. Досягти даного результату вдалося завдяки проведенню детального порівняльного аналізу та класифікації найближчих за характеристиками рішень, що складає більшість дослідження. За його підсумками в якості першого наближення був обраний алгоритм PRESENT. Запропоноване рішення базується на використанні усіченої до 16 раундів модифікації даного алгоритму в режимі лічильника. Аналіз отриманого рішення свідчить, що його криптографічна стійкість вимагає більше 2 місяців обчислювальної роботи при здійсненні найкращої атаки, тобто стійкість алгоритму є цілком прийнятною. Для практичного використання отриманих теоретичних результатів необхідно ретельно перевірити властивості реалізованого в апаратурі запропонованого рішення в польових умовах, максимально наближених до бойових, та за необхідності внести потрібні корективи

Біографії авторів

Людмила Василівна Ковальчук, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова

Доктор технічних наук, професор

Відділ математичного та комп’ютерного моделювання

Анатолій Миколайович Давиденко, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова

Доктор технічних наук, професор

Відділ математичного і економетричного моделювання

Тетяна Михайлівна Клименко, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова

Науково-організаційний відділ

Аріна Віталіївна Недашківська, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кафедра прикладна математика

Сергій Якович Гільгурт, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ математичного і економетричного моделювання

Посилання

  1. Cox, J., Wong, K. (2019). Predictive feedback augmentation for manual control of an unmanned aerial vehicle with latency. International Journal of Micro Air Vehicles, 11. https://doi.org/10.1177/1756829319869645
  2. Kamtam, S. B., Lu, Q., Bouali, F., Haas, O. C. L., Birrell, S. (2024). Network Latency in Teleoperation of Connected and Autonomous Vehicles: A Review of Trends, Challenges, and Mitigation Strategies. Sensors, 24 (12), 3957. https://doi.org/10.3390/s24123957
  3. ECP5/ECP5-5G. Family Table. ECP5 and ECP5-5G Device Selection Guide. Lattice Semiconductor. Available at: https://www.latticesemi.com/Products/FPGAandCPLD/ECP5
  4. Series FPGAs Data Sheet: Overview. DS180 (v2.6.1) (2020). Product Specification. AMD XILINX. Available at: https://docs.amd.com/v/u/en-US/ds180_7Series_Overview
  5. Ashrif, F. F., Sundararajan, E. A., Ahmad, R., Hasan, M. K., Yadegaridehkordi, E. (2024). Survey on the authentication and key agreement of 6LoWPAN: Open issues and future direction. Journal of Network and Computer Applications, 221, 103759. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2023.103759
  6. Ismael, H. M., Al-Ta'i, Z. T. M. (2021). Authentication and Encryption Drone Communication by Using HIGHT Lightweight Algorithm. Turkish Journal of Computer and Mathematics Education, 12 (11), 5891–5908. Available at: https://www.researchgate.net/publication/392193717_Authentication_and_Encryption_Drone_Communication_by_Using_HIGHT_Lightweight_Algorithm
  7. Cecchinato, N., Toma, A., Drioli, C., Oliva, G., Sechi, G., Foresti, G. L. (2022). A Secure Real-time Multimedia Streaming through Robust and Lightweight AES Encryption in UAV Networks for Operational Scenarios in Military Domain. Procedia Computer Science, 205, 50–57. https://doi.org/10.1016/j.procs.2022.09.006
  8. Rahiyanath, T. Y. (2015). A Novel Architecture for Lightweight Block Cipher, Piccolo. International Journal of Research in Engineering and Technology, 04 (09), 97–103. Available at: https://ijret.org/volumes/2015v04/i09/IJRET20150409017.pdf
  9. Bogdanov, A., Knudsen, L. R., Leander, G., Paar, C., Poschmann, A., Robshaw, M. J. B. et al. (2007). PRESENT: An Ultra-Lightweight Block Cipher. Cryptographic Hardware and Embedded Systems - CHES 2007, 450–466. https://doi.org/10.1007/978-3-540-74735-2_31
  10. Safronov, T. (2024). AES-256: V Ukrspecsystems rozkryly detali shyfruvannia danykh BPLA Shark. Militarnyi. Available at: https://militarnyi.com/uk/news/zahyst-danyh-vid-bpla-shark-posylyly-shyfruvannyam-aes-256/
  11. Belazi, A., Migallón, H. (2024). Drone-Captured Wildlife Data Encryption: A Hybrid 1D–2D Memory Cellular Automata Scheme with Chaotic Mapping and SHA-256. Mathematics, 12 (22), 3602. https://doi.org/10.3390/math12223602
  12. Ozmen, M. O., Yavuz, A. A. (2018). Dronecrypt - An Efficient Cryptographic Framework for Small Aerial Drones. MILCOM 2018 - 2018 IEEE Military Communications Conference (MILCOM). https://doi.org/10.1109/milcom.2018.8599784
  13. Eldeeb, H., Shehata, K., Shaker, N., Abdel Hafez, A. (2012). HANK-1, A new Efficient and Secure Block Cipher Algorithm for Limited Resources Devices. The International Conference on Electrical Engineering, 1–12. https://doi.org/10.21608/iceeng.2012.30662
  14. Bassham, L. E., Rukhin, A. L., Soto, J., Nechvatal, J. R., Smid, M. E., Barker, E. B. et al. (2010). A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications. National Institute of Standards and Technology. https://doi.org/10.6028/nist.sp.800-22r1a
  15. Ramudu, S., Shanthi, G. (2015). Implementation of an Ultra-Lightweight Block Cipher. International Journal & Magazine of Engineering, Technology, Management and Research, 2 (2), 233–242. Available at: http://www.ijmetmr.com/olfebruary2015/SriRamudu-GShanthi-39.pdf
  16. Yang, Y., Dong, H., Li, Z., Xiao, S. (2023). LWED: Lightweight white-box encryption communication system for drones over CARX algorithm. Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences, 35 (9), 101727. https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2023.101727
  17. Yatao, Y., Ruoqing, Z., Hui, D., Yingjie, M., Xiaowei, Z. (2023). WBZUC: novel white-box ZUC-128 stream cipher. The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications, 78 (11), 96–106. https://doi.org/10.19682/j.cnki.1005-8885.2022.0022
  18. Hei, X., Song, B., Ling, C. (2017). SHIPHER: A new family of light-weight block ciphers based on dynamic operators. 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC), 1–7. https://doi.org/10.1109/icc.2017.7996731
  19. Lai, X., Massey, J. L. (1991). A Proposal for a New Block Encryption Standard. Advances in Cryptology – EUROCRYPT ’90, 389–404. https://doi.org/10.1007/3-540-46877-3_35
  20. Meleshko, Y., Maidanyk, O., Sobinov, O., Mynailenko, R. (2021). A Method of Encrypting the Traffic of Quadrocopters Through an A nalog Path During Monitoring of Agricultural Ground Objects. National Interagency Scientific and Technical Collection of Works. Design, Production and Exploitation of Agricultural Machines, 51, 216–226. https://doi.org/10.32515/2414-3820.2021.51.216-226
  21. Myronchuk, K., Vatslavyk, O. (2017). Zabezpechennia peredachi danykh v BPLA. Available at: https://sci.ldubgd.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/4474/1/Дрони-МИрончук-Вацлавик.pdf
  22. Hell, M., Johansson, T. (2010). Security Evaluation of Stream Cipher Enocoro-128v2. CRYPTREC Technical Report. Available at: https://lup.lub.lu.se/search/files/5976181/2433492.pdf
  23. Block Cipher Modes. Computer Security Resource Center. NIST. Available at: https://csrc.nist.gov/Projects/block-cipher-techniques/bcm
  24. Blondeau, C., Gérard, B. (2011). Multiple Differential Cryptanalysis: Theory and Practice. Fast Software Encryption, 35–54. https://doi.org/10.1007/978-3-642-21702-9_3
  25. Z’aba, M. R., Raddum, H., Henricksen, M., Dawson, E. (2008). Bit-Pattern Based Integral Attack. Fast Software Encryption, 363–381. https://doi.org/10.1007/978-3-540-71039-4_23
  26. Wang, M. (2008). Differential Cryptanalysis of Reduced-Round PRESENT. Progress in Cryptology – AFRICACRYPT 2008, 40–49. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68164-9_4
Розробка алгоритму з тимчасовою криптографічною стійкістю для шифрування відеопотоку з безпілотного літального апарата

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-28

Як цитувати

Ковальчук, Л. В., Давиденко, А. М., Клименко, Т. М., Недашківська, А. В., & Гільгурт, С. Я. (2025). Розробка алгоритму з тимчасовою криптографічною стійкістю для шифрування відеопотоку з безпілотного літального апарата. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(9 (137), 41–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.340917

Номер

Том 5 № 9 (137) (2025): Інформаційно-керуючі системи

Розділ

Інформаційно-керуючі системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Liudmyla Kovalchuk, Anatolii Davydenko, Tatiana Klymenko, Arina Nedashkivska, Serhii Hilgurt

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.