Тема: BR18574045 «Разработка методов, моделей и технологий для повышения уровня кибербезопасности сотовых сетей связи в Республике Казахстан».  

Цель: Целью программы является разработка методов, моделей и технологий для повышения уровня кибербезопасности сотовых сетей связи в Республике Казахстан.  

Краткое описание: Реализация данной программы решает важную задачу для нашего государства в области безопасной передачи данных по каналам сотовой связи. Предлагаемая программа позволит достичь безопасности и надёжности при использовании сотовых сетей, что в свою очередь будет иметь большой положительный эффект в разных аспектах человеческой деятельности.  

Актуальность: Актуальность исследования заключается в том, что результаты программы будет способствовать повышению конкурентоспособности сотовой связи в Казахстане, расширение рынков операторов сотовой связи, росту производительности труда в отраслях, использующих услуги сотовых сетей.    

Достигнутые результаты: 

В 2023 году получены следующие результаты: 

Научно-исследовательская работа в 2023 году выполнена в соответствии с календарным планом работ. А именно:

В разделе 1 промежуточного отчета 2023 года мы провели анализ и также описали развитие технологических решений сети мобильной связи до 5G и их уязвимости. Классические подходы обнаружения сетевых атак, которые в значительной степени полагаются на статическое сопоставление, такие как сигнатурный анализ, черные списки или шаблоны регулярных выражений, ограничены в гибкости и являются малоэффективными для раннего выявления аномалий и оперативного реагирования на инциденты информационной безопасности. Согласно проведенным исследованиям, основной подход в современных решениях для обеспечения безопасности мобильных сетей заключается в сборе, анализе и визуализации данных. Этот подход создает основу для эффективного применения интеллектуальных алгоритмов защиты, что подтверждает их эффективность в предотвращении атак и угроз.

В подразделе 2.1 промежуточного отчета 2023 года исследованы возможности использования алгоритмов машинного обучения, которые могут обеспечить новые подходы и более высокие показатели обнаружения вредоносной активности в сети. Используется платформа анализа данных Splunk Enterprisе с использованием расширения и дополнительный инструментарий машинного обучения Splunk Machine Learning Toolkit для создания, обучения, тестирования и проверки классификатора сетевых атак. Производительность предложенной модели была оценена с использованием четырех алгоритмов машинного обучения, таких как дерево решений (a decision tree), метод опорных векторов (a support vector machine), случайный лес (a random forest) и двойной случайный лес (a double random forest). Экспериментальные результаты показывают, что все использованные алгоритмы машинного обучения могут эффективно использоваться для обнаружения сетевых атак, а метод двойного случайного леса имеет наилучшую точность обнаружения атак типа «отказ в обслуживании». Результаты этой части исследования также изложены в настоящем отчете для полноты изложения.

В подразделе 2.2 промежуточного отчета 2023 года были исследованы различные модели наиболее распространенных базовых атак, а также рекомендации по защите от них. В частности, это включает атаки, основанные на методе перебора паролей, атаки, использующие вредоносные программные эксплоиты, атаки, связанные с дополнительным оборудованием, а также атаки, вовлекающие аппаратные и программные закладки.

В подразделе 2.3 промежуточного отчета 2023 года рассмотрены некоторые аспекты спутниковой мобильной связи. Сегодня космические спутники — это нечто большее, чем просто научные демонстрации: они создали новые телекоммуникационные и геоинформационные услуги. В настоящее время рынок спутниковой индустрии развивается за счет миниатюризации элементной базы, снижения затрат на запуск спутников и новых алгоритмов обработки информации, что делает доступным рядовому пользователю таких услуг как спутниковый Интернет, социальные сети и сотовая связь. Это создало новую парадигму нашего времени – киберпространство, то есть виртуальное пространство, созданное цифровыми устройствами. Причем важнейшими элементами этой системы стали спутниковые системы телекоммуникации на низкоорбитальных космических аппаратах, что позволило значительно снизить время задержки сигнала.

В разделе 3 промежуточного отчета 2023 года изучены общие вопросы ранжирования угроз, а также методы оценивания эффективности построения системы защиты критических информационных инфраструктур (КИИ) сотовых сетей связи. Одной из основных проблем государственного регулирования информационной безопасности в области ранжирования КИИ сотовых сетей связи является конфликт интересов бизнеса, государства и общества. Ранжирование критических объектов сотовой связи является важной частью обеспечения информационной безопасности. В отчете раскрыты проблемы и пути решения задач по защите критически важных объектов правительства и предприятий, которые могут снизить риск атак и защитить от возможных сбоев.

В подразделе 4.1 промежуточного отчета 2023 года рассмотрены требования безопасности для сетей 5G и 6G, включая криптографические протоколы аутентификации (для идентификации пользователя/устройства), протоколы согласования ключей и шифрование канала. Предложен и исследован модифицированный протокол аутентификации на основе схемы ключа Диффи-Хеллмана и физически неклонируемых функций. Проведен анализ протокола, доказана его безопасность.

В подразделе 4.2 промежуточного отчета 2023 года проведен анализ одного их важнейших направлений в вопросах защиты, обнаружения и исправления ошибок в сотовых системах связи — это помехоустойчивое кодирование. Оно заключается в том, что в передаваемый поток цифровой информации вносится некоторая избыточность. Мы изложим результаты, полученные в ходе исследования системы цифровой связи с помехоустойчивым кодированием по многолучевым каналам с задержкой для системы фиксированного беспроводного доступа. Выполнено моделирование системы цифровой связи для широкополосной фиксированной системы беспроводной локальной сети (для Indoor office и Outdoor to indoor систем).

В подразделе 4.3 промежуточного отчета 2023 года кратко описаны проблемы системы голосовой аутентификации. Усиление защиты данных и структуры голосовых интерфейсов в системах голосовой аутентификации на мобильных телефонах – одна из самых сложных проблем.

В подразделе 4.4 промежуточного отчета 2023 года кратко описаны результаты работы (https://ceur-ws.org/Vol-3382/Paper20.pdf), в которой мы предложили протокол безопасного обмена информацией (SeIS) для беспроводной передачи. В указанной работе мы применили протокол, поддерживающий гомоморфное шифрование, к схеме интеллектуальной сети. Эллиптическая кривая Curve25519 используется для обеспечения высокой производительности при создании закрытых ключей с использованием OPF (optimal prime field). Предложенный протокол подходит для стратегии безопасного обмена информацией в беспроводной связи. Каждый узел в сети может безопасно общаться с законными участниками.

Также в 2023 году получен патент на полезную модель (Приложение Д). Полезная модель относится к области обеспечения информационной безопасности сотовой сетей связи, а именно к оборудованию, обеспечивающему интеллектуальной подавление радиочастот. Это подавление электромагнитной активности устройств сотовой и мобильной связи используется как защита от несанкционированного контроля и скрытой активности радиоуправляемых устройств различного назначения, установленных с нарушением действующего законодательства (в том числе и предотвращения террористических актов или в военных целях).  

В 2024 году получены следующие результаты:

Изучена реализация криптографической защиты данных на основе легковесной криптографий в сетях сотовой связи, коммуникациях интернета вещей, SMART датчиков. Разработанное программно-аппаратное решение реализует современные криптографические алгоритмы на оборудованиях с ограниченными вычислительными ресурсами. Для практической реализации использована общедоступная микроконтроллерная платформа Arduino. В программе используется плата расширения GSM/GPRS Shield для Arduino. Программа создаёт криптографически защищённый канал по сетям сотовый связи для осуществления входящих/исходящих голосовых звонков, отправки/получения SM, а также и приёма/передачи данных через мобильный интернет для управления IoT устройствами.

Представлены результаты систематического изучения методов и алгоритмов искусственного интеллекта для выявления угроз сетевой безопасности, классификации атак и сетевых аномалий в сетях сотовой связи, адаптации систем обнаружения вторжений, под требования технологий мобильной связи нового поколения. В рамках данного исследования проведено картографическое исследование с использованием методов и инструментов биометрического анализа публикаций за последние 5 лет в Web of Science Core Collection. На основе анализа существующих методов и технологий в сфере интеллектуальных методов обеспечения кибербезопасности сотовых сетей связи выявлены наиболее эффективные алгоритмы машинного обучения и архитектуры глубоких нейронных сетей, используемые для детектирования основных классов кибератак в мобильных коммуникациях, определены наборы открытых данных для обучения и тестирования сетевых IDS-систем, определены ключевые тенденции и направления развития данной области исследований. В экспериментальной части реализованы методы сбора сетевых данных для анализа, проанализированы методы отбора атрибутов (информативных признаков) нормального и аномального трафика, представлены оценки производительности обнаружения и классификации аномальных событий в сетях сотовой связи.

Также нами была предложена интеллектуальная модель для выбора оптимального алгоритма шифрования и взаимодействия между граничными узлами интернета вещей, оптимизирующий уровень потребления энергии и использования вычислительных ресурсов узла, а также повышающий уровень безопасности. Данная модель также может быть улучшена и расширена за счет добавления новых входных параметров для анализа с целью способствования принятия более оптимального решения.

Далее, привели результаты исследования по использованию алгоритма TWINE-MERSENNE с динамически генерируемыми S-блоками для шифрования и реализация взаимной аутентификации и конфиденциальности, который обеспечивает высокий уровень защиты при недорогой аппаратной реализации.

За весь период реализации программы опубликованы:

- 3 статьи в журнальных изданиях, входящих в базу Scopus c процентилем свыше 50;

- 11 статей в отечественных изданиях, входящих в перечень изданий КОКНВО;

- 1 статья в издании (Conference proceedings), входящем в базу Scopus c процентилем, равным 21;

- 1 статья в отечественном издании;

- 3 авторских свидетельств;

- 1 патент на полезную модель.

По материалам программы защищена одна докторская диссертация PhD.

Во всех опубликованных статьях, рефератах авторских свидетельств и патенте на полезную модель указаны ИРН программы, а также источник финансирования. Все ожидаемые результаты календарного плана работ достигнуты, работы выполнены в полном объеме.

В рамках популяризации, распространения информации о результатах, повышения вероятности их внедрения и коммерциализации программы опубликована информация о ходе реализации программы на сайте nauka.kz:

https://nauka.kz/page.php?page_id=1001&lang=1&news_id=9975&new

Области применения:

Информационная безопасность.

Реализация:

Реализуется по программе МНВО РК.