Kvant açar paylanması, iki uzak nokdiaqnozn simmetrik şifrələmə anahtarlarını kvant fizikasınin özelliklerinden yararlanarak paylaşmasını storlar. Ancak günümüzde kommersiya olaraq kullanılabilən QKD sistemlerinin mesafesi və gizli açar istehsal sürəti məhduddur. Çok uzak istifadəçilar arasında kvant açarı oluşturulmak istendiğinde anahtarın birden fazla etibarlı ara düyün üzərindən aktarılması gərəkdir. Her ara düyünde yapılan şifrələmə, açma və açar idarəetməsi işlemleri xidmətin başlamasını geciktirebilir.

Bu çalışmada araşdırmaçılar, kvantla təhlükəsiz bir xidmət talebi gelmeden əvvəl belirli düyün cütləri üçün anahtar hazırlayan proaktif bir kvant açarı aktarma alqoritmsı önerməlavətedir. Alqoritm; aktarma yolunun uzunluğunu, düyünlər arasında bulunan anahtar sayısını və mevcut anahtarların qsahə istifadə ömrünü birlikdə dəyərlendirməlavətedir. İşlem iki mərhələda yürütülməlavətedir: Önce istifadəçi şəbəkəsinda birbirine komşu xidmət noktaları üçün 1-hop anahtarları, ardından daha uzak noktalar üçün n-hop anahtarları hazırlanmaktadır.

Üsul, NSFNET və COST 266 topologiyalarinden türetilən iki kvant açar paylanması şəbəkəsi üzərində simüle edilmiştir. NSFNET tabanlı senaryoda ənənəvi tələb əsasında aktarımın orta açar cavab gecikməsi 607,7 millisaniyəyken, yalnızca 1-hop proaktif aktarımda 91,3 millisaniyəye və 1-hop ilə n-hop mərhələlərının birlikdə kullanılmasında 65,6 millisaniyəye düşmüştür. Bu son dəyər ənənəvi üsule görə təxminən %89,2 daha aştorı gecikməye qarşılıq gəlir. Aynı koşulda kvantla təhlükəsiz biçimde qarşılanan xidmət sayı 31.665’ten 27.911’e düşmüş; ümumi nisbi itki təxminən %11,9 olmuştur.

COST 266 tabanlı senaryoda gecikmə 505,4 millisaniyəden 109,1 millisaniyəye düşerəlavə təxminən %78,4 azalmışdır. Buna qarşılık qarşılanan xidmət sayı 33.533’ten 28.156’ya geriləmiş və təxminən %16 itki oluşmuştur. Nəticələr, anahtarların əvvəlden hazırlanmasının xidməti hızlandırabildiğini; lakin talep gelmeden tüketilən və istifadə ömrü dolan anahtarların ümumi xidmət tutumuni azaltabildiğini göstərir.

Çalışma fiziki bir QKD test ortamı kullanmamaktadır. Gecikməler sabit düyün işlem müddətlerinden hesaplanmış, anahtar üretimi olasılıksal bir modelle temsil edilmiş və simulyasiya yalnızca bir saniyəye qarşılık gelen 1000 zaman dilimi boyunca yürütülmüştür. Bu səbəbdən önerilən üsul, həqiqi torlara aktarılmadan əvvəl fiziki QKD cihazları, həqiqi trafik və daha uzun müddətli təcrübələrle doğrulanmalıdır.

Kvant açar paylanması neyi güvənce altına alır?

Kvant açar paylanması və ya QKD, iki taraf arasında simmetrik şifrələməde kullanılacak gizli açarların paylaşılmasını amaçlar. Kuantum vəziyyətlərının ölçüm sırasında bozulması nedeniyle kvant kanalına yapılan bir dinleme girişimi ilke olaraq tespit ediləbilir.

QKD birbaşa bütün istifadəçi vərisini kvant kanalı üzərindən taşımaz. Sistem əvvəl iki uç arasında ortak bir gizli açar üretir. Bu anahtar daha sonra təlavə kullanımlık şifrələmə və ya AES gibi simetrik kriptoqrafik üsullerde kullanılabilir. Haberleşmenin güvənliği yalnızca QKD protokolüne değil; uç cihazların, kimlik doğrulamanın, açar idarəçilərinin, klasik ilətişim kanalının və aktarma düyünlərinin güvənliğine de btorlıdır.

Çalışmada kullanılan katmanlı şəbəkə memarlığı

Sayfa 2’dəlavəi Şəkil 1, ITU-T tarafından diaqnozmlanan kvantla təhlükəsiz şəbəkə memarlığıni dört katmanda göstərir:

Çalışmada eyni konumda bulunan anahtar yöneticisi ilə ona btorlı QKD modulü birlikdə “QKD düyünü” olaraq adlandırılmaktadır. Kullanıcı tətbiqsının bulunduğu her noktada bir QKD düyünü vardır; lakin uzun mesafeli btorlantılarda bunların arasına yalnızca anahtar aktarmak üçün kullanılan əlavə QKD düyünləri yerleştirilməlavətedir.

Güvənilən ötürmə düyünü neden lazımdır?

Ticari BB84 tabanlı QKD sistemlerinde təlavə bir kuantum btorlantısının erişebiləceği mesafe məhduddur. İki tətbiq düyünü birbaşa QKD anahtarı üretemeyecəlavə kadar uzaksa araya güvənilən düyünlər konulur.

Sayfa 5’təlavəi Şəkil 2 iki aktarma üsulini göstərir. İlk üsulde komşu iki QKD düyünü arasında üretilən anahtarlardan biri uzak uçlar üçün xidmət anahtarı olaraq taşınır. İkinci üsulde başlanğıc düyünü kvant təsadüfi ədəd generatorunden müstəqil bir rastgele anahtar oluşturur və bu anahtarı her btorlantıdaki QKD anahtarıyla XOR əməliyyatı kullanarak ara düyünler üzərindən ilətir.

Örneğin a, b və c düyünləri üçün a ilə c arasında birbaşa QKD btorlantısı yoksa a–b anahtarı \(k_{a,b}\), b–c anahtarı ise \(k_{b,c}\) olaraq gösteriləbilir. Rastgele xidmət anahtarı \(k_r\), a düyününde əvvəl \(k_{a,b}\) ilə şifrelenir. b düyünü bu anahtarı çözer, ardından \(k_{b,c}\) ilə təlavərar şifreleyerəlavə c düyününe gönderir.

Bu üsulin kritik təhlükəsizlik koşulu, b düyününün güvənilir olmasıdır. Ara düyün xidmət anahtarının açık hâline erişebildiği üçün ele gecirilmesi uçtan uca gizliliği bozabilir. Çalışma, ölçmə cihazından asılı olmayan və ya cihazdan asılı olmayan QKD yaklaşımlarının bu fərziyyəı azaltabiləceğini belirtməlavəle birlikdə önerilən simulyasiyada kommersiya BB84 və güvənilən düyün modeli kullanılmaktadır.

Anahtar yaşam müddətsi neden önəmlidir?

Anahtar yöneticisi her kvant açarına belirli bir istifadə ömrü atamaktadır. Ömrü dolan anahtar, kullanılmamış olsa bilə havuzdan çıkarılır. Birden fazla anahtar tüketilərəlavə uzak iki düyün arasında yeni anahtar oluşturulduğunda, yeni anahtarın ksahə ömrü kullanılan anahtarların en kısa ksahə ömrüne eşitlenməlavətedir.

Örneğin \(k_{a,b}\), \(k_{b,c}\) və \(k_r\) anahtarlarının qsahə ömürleri sırasıyla \(l_{a,b}\), \(l_{b,c}\) və \(l_r\) ise aktarma sonunda oluşan anahtarın ksahə ömrü:

\[ l_{\mathrm{yeni}}=\min(l_{a,b},l_{b,c},l_r) \]

olaraq belirlenməlavətedir. Bu kural, əvvəlden oluşturulan uzun mesafeli anahtarların hızlı biçimde müddətsinin dolabilmesine yol açar. Dolayısı ilə proaktif aktarım gecikməyi azaltırken henüz talep gelmeden kıt anahtar resurslarını tüketebilir.

Kvant açarı yanıt gecikməsi nasıl təsvir edilmişdir?

Sayfa 7’dəlavəi Şəkil 3, ITU-T Y.3807 standardına dayanan beş mərhələlı anahtar storlama müddətcini göstərir:

1. Uygulama düyünü a, a ilə c arasındaki xidmət üçün QKDN’den anahtar ister.
2. QKDN, anahtarı və anahtar kimliğini a düyününe vərir.
3. a tətbiqsı anahtar kimliğini c tətbiqsına bildirir.
4. c tətbiqsı eyni kimlikle QKDN’den anahtarı ister.
5. QKDN, qarşılık gelen anahtarı c tətbiqsına storlar.

Kvant açarı yanıt gecikməsi və ya KRD, birinci adımın başlangıcından beşinci adımın bitimine kadar gecen müddət olaraq diaqnozmlanmaktadır:

\[ KRD(r_{sd}^{t,i})=\tau_{21}(r_{sd}^{t,i})+\tau_{32}(r_{sd}^{t,i})+\tau_{43}(r_{sd}^{t,i})+\tau_{54}(r_{sd}^{t,i}) \]

Burada \(r_{sd}^{t,i}\), t anında s və d düyünləri arasında oluşan i’nci kvantla təhlükəsiz xidmət tələbidir. \(\tau_{mn}\), anahtar storlama işleminin ilgili adımları arasındaki müddətyi temsil eder.

Tələb əsasında çalışan ənənəvi üsulde açar ötürülməsi birinci və ikinci adımlar arasında yapılır:

\[ \tau_{21}(r)=\tau_{21\setminus relay}(r)+t_{\mathrm{relay}}\{p(r)\} \]

\(\tau_{21\setminus relay}\), aktarma bulunmadığında gecen müddətyi; \(t_{\mathrm{relay}}\{p(r)\}\) ise seçilən yol üzərindəki anahtar aktarma işlemlerinin ümumi müddətsini gösterir.

Çalışmada aktarma dışındaki bütün anahtar storlama işlemleri üçün ümumi 20 millisaniyə kabul edilmiştir. Ara düyündəlavəi her aktarma işlemi 20 millisaniyə, tətbiq düyünüyle eyni konumdaki QKD düyününde yapılan her aktarma işlemi ise 40 millisaniyə olaraq modellenmiştir:

\[ t_{\mathrm{relay}}\{p(r)\}=T_QN_Q\{p(r)\}+T_{QA}N_{QA}\{p(r)\} \]

\[ KRD(r)=20+20N_Q\{p(r)\}+40N_{QA}\{p(r)\} \]

• \(N_Q\): Yol üzərində tətbiq düyünü bulunmayan QKD düyünlərinin sayısıdır.
• \(N_{QA}\): Uygulama düyünüyle eyni konumdaki QKD düyünlərinin sayısıdır.
• \(T_Q=20\) ms və \(T_{QA}=40\) ms olaraq kabul edilmiştir.

Bu modelde gecikmə, yol üzərindəki ötürmə düyünü sayısıyla xətti biçimde artmaktadır. Proaktif üsulin temel amacı, istəlavə gelmeden aktarım yaparak istəlavə anındaki \(N_Q\) və \(N_{QA}\) dəyərlərini azaltmaktır.

Gecikmə modelinin əhatə dairəsiı

Denklemde tətbiqlər arasındaki üçüncü mesajın ilətim gecikməsi hesaba katılmamıştır. Araşdırmaçılar bu müddətnin kullanılan kriptoqrafik tətbiqya btorlı olduğunu və QKDN’nin xidmət kalitesini birbaşa temsil etmediğini belirtməlavətedir.

Merkezi nəzarətçinin tor vəziyyətunu ümumia, yol hesaplama və kontrol mesajı gönderme müddətleri de əvvəlden həqiqiləştirildiği varsayılarak KRD dışında bırakılmıştır. Böylece model esas olaraq açar idarəçilərindəlavəi aktarma işlem xərcini ölçməlavətedir. Gerçəlavə uçtan uca xidmət başlatma gecikməsi bundan daha yüksək olabilir.

Proaktiv açar ötürülməsinın temel fikri

Tələb əsasında üsulde uzun mesafeli anahtar, istifadəçi isteği geldikten sonra oluşturulur. Proaktif üsulde ise torın boş və ya resurs baxımından uygun olduğu anda gelecəlavəte kullanılabiləcəlavə anahtarlar hazırlanır.

Bu işlem btorlantı səviyyəsindəlavəi açar hovuzlarını, əvvəlden aktarılmış çok atlamalı açar hovuzlarına dönüştürməlavətedir. Kullanıcı talebi geldiğinde uygun bir əvvəlden hazırlanmış anahtar bulunursa uzun aktarma zinciri yeniden çalıştırılmaz və xidmət daha kısa müddətde başlar.

Sayfa 10’daki Şəkil 5, iki proaktif mərhələyı ayırmaktadır:

• 1-hop proaktif aktarım: Kullanıcı torında birbaşa komşu tətbiq düyünlərine btorlı QKD düyünləri üçün əvvəlden anahtar oluşturur.
• n-hop proaktif aktarım: Kullanıcı torında birden fazla btorlantıyla ayrılan daha uzak tətbiq düyünləri üçün anahtar oluşturur.

Buradaki “hop” ifadesi QKD torındaki fiziki ötürmə düyünü sayısını değil, istifadəçi şəbəkəsindaki tətbiq düyünləri arasındaki uzaklığı göstərir. Kullanıcı torında 1-hop olan bir çiftin QKDN yolunda çok sayıda ara QKD düyünü bulunabilir.

Her zaman dilimindəlavəi işlem sırası

Sayfa 11’dəlavəi Şəkil 6, bir zaman dilimindəlavəi açar idarəetməsini şu sırayla göstərir:

1. Mevcut anahtarların ksahə kullanım ömürlerinin azaltılması,
2. Süresi dolan anahtarların silinməsi,
3. QKD btorlantılarında yeni anahtarların üretilmesi,
4. 1-hop proaktiv açar ötürülməsinın çalıştırılması,
5. n-hop proaktiv açar ötürülməsinın çalıştırılması,
6. Kvantla təhlükəsiz xidmət tələblərinin alınması,
7. İstəlavəlere anahtar storlanması.

Aynı zaman diliminde birden fazla xidmət tələbi bulunursa istəlavəler ilk giren ilk çıkar sırasıyla işlenməlavətedir. Uygun QKD anahtarı bulunamayan isteğin kvantla təhlükəsiz xidmət olaraq qarşılanmadığı, bunun yerine kvant sonrası kriptoqrafiya gibi başka bir koruma üsuliyle ele alınabiləceği varsayılmıştır.

1-hop proaktif anahtar alqoritmsı

Sayfa 12’dəlavəi Alqoritm 1, istifadəçi şəbəkəsinda birbaşa komşu olan bütün düyün cütlərini dəyərlendirməlavətedir. Her çift üçün QKDN üzərindəki ən qısa yol belirlenməlavətedir.

Proaktif aktarımın yapılabilmesi üçün iki ana koşul uygulanmaktadır:

1. Yol üzərindəki her btorlantıda bulunan anahtar sayısı, hedef düyün çifti arasında əvvəlden hazırlanmış anahtar sayısından fazla olmalıdır.
2. Yol üzərində kullanılacak anahtarların en uzun və en kısa qsahə ömürleri arasındaki fark \(th_1\) eşiğinden kiçik olmalıdır.

İkinci koşul:

\[ l_{\max}-l_{\min}

şəlavəlindedir. Ksahə ömürleri birbirine yakın anahtarların birlikdə tüketilmesi, uzun ömürlü bir anahtarın çok kısa ömürlü bir anahtar yüzünden erkən gecersiz hâle gelmesini azaltmayı amaçlamaktadır.

Koşullar storlanırsa yol üzərindəki btorlantılardan birer anahtar çıkarılır və hedef 1-hop düyün çiftinin havuzuna yeni bir anahtar əlavəlenir. Yeni anahtarın ömrü yol üzərində tüketilən anahtarların en aştorı ksahə ömrüne eşitlenir.

n-hop proaktif anahtar alqoritmsı

Sayfa 14’təlavəi Alqoritm 2, 1-hop mərhələsının çıktısını kullanarak daha uzak düyün cütləri üçün anahtar hazırlar. Her uç çift üçün istifadəçi şəbəkəsindaki en kısa btorlantı sayısı hesaplanmakta və şu torırlıq kullanılmaktadır:

[ w(s,d)=K(s,d)\times dist(s,d) \]

• \(K(s,d)\), s və d arasında hâlihazırda bulunan proaktif anahtar sayısıdır.
• \(dist(s,d)\), istifadəçi şəbəkəsindaki ən qısa yolun btorlantı sayısıdır.

Düğüm çiftleri torırlığa görə kiçikten büyüğe sırsahəır. Böylece daha az anahtarı bulunan və görəce daha yakın olan çiftlere əvvəllik vərilmesi amaçlanır.

1-hop havuzlarında hedef n-hop çiftinden daha fazla anahtar bulunması və anahtar ömürleri arasındaki farkın \(th_n\) eşiğini aşmaması hâlinde aktarma həqiqiləştirilir:

\[ l_{\max}-l_{\min}

n-hop anahtarı üretməlavə üçün birkaç 1-hop proaktif anahtar tüketildiğinden, müddəti bitən bir n-hop anahtarının resurs xərci daha yüksəktir. Araşdırmaçılar bu səbəbdən:

[ th_n\leq th_1 \]

kuralını önerməlavətedir.

Eşikler gecikmə ilə tutum arasındaki dengeyi nasıl değiştirir?

\(th_1\) və \(th_n\) yükseldikçe qsahə ömürleri daha fərqli anahtarların birlikdə kullanılmasına izin vərilir. Böylece proaktif aktarım daha sık çalışır və daha fazla uzak uç anahtarı əvvəlden hazırlanır.

Büyük eşik:

• İstəlavə anındaki aktarma işlemlerini azaltır.
• Orta KRD’yi düşürür.
• Talep gelmeden daha fazla btorlantı anahtarı tüketir.
• Kullanılmadan müddəti bitən anahtar sayısını artırabilir.
• Kvantla təhlükəsiz xidmət təmin etmə nisbətinı düşürebilir.

Küçük eşik ise anahtarları korur, lakin daha fazla isteğin tələb əsasında uzun aktarma yollarından gecirilmesine neden olur.

Simülasyonda kullanılan torlar

Sayfa 16’daki Şəkil 7’de NSFNET və COST 266 omurga topologiyalari gösterilməlavətedir. Her istifadəçi şəbəkəsi btorlantısına təxminən 100 kilometrede bir güvənilən QKD ötürmə düyünü əlavəlenmiştir.

NSFNET daha az istifadəçi düyününe sahip olmakla birlikdə bazı btorlantıları 2800 kilometreye ulaşan daha uzun yollar içerməlavətedir. COST 266 daha fazla istifadəçi düyünü və daha yoğun bir btorlantı yapısı sunmaktadır. Bu farklar alqoritmnın tor ölçeği və btorlantı yoğunluğu qarşısındaki davranışını müqayisək üçün istifadə edilmişdir.

Simülasyon parametreleri

Normal dtorılım negatif sonuç üretirse o zaman diliminde anahtar üretilmemiştir. Bununla belə kesirli nəticələrın tam anahtar sayısına nasıl dönüştürüldüğü açıqlanmamışdır.

Anahtar havuzunun 100.000 olaraq belirlenmesine rtormen bir btorlantıda 20 zaman dilimlik ömür boyunca bəlavəlenen anahtar miktarı təxminən 200’dür. Bu səbəbdən bildirilən koşullarda havuz tutumsi pratikte btorlayıcı bir sınır oluşturmamaktadır. Çalışma sabit havuz tutumsini modele əlavəlemiş olsa da nəticələrdaki temel məhdudiyyət anahtarın kısa yaşam müddətsidir.

1-hop alqoritmsının gecikmə nəticələrı

Sayfa 18’dəlavəi Şəkil 8, \(th_1\) dəyəri 0’dan 20’ye yükseldiğinde KRD’nin her iki topologiyade de azaldığını göstərir. \(th_1=0\), proaktif aktarım yapılmayan ənənəvi tələb əsasında üsule qarşılıq gəlir.

NSFNET’te %50 istəlavə yükünde talep anında gerəlavəen orta aktarma işlemi 28,8’den 2,8’e düşmüştür. COST 266’da eyni yük altında dəyər 24,4’ten 5,5’e geriləmiştir. KRD denkleminde gecikmə birbaşa aktarma sayısıyla btorlantılı olduğundan bu azalma nəticələra yansımıştır.

Hizmet storlama nisbətindaki itki

Proaktif aktarım anahtarları əvvəlden tükettiği üçün \(th_1\) yükseldiğinde kvantla təhlükəsiz biçimde qarşılanan istəlavəlerin nisbəti genellikle azalmışdır.

Örneğin NSFNET’in %50 yük senaryosunda KRD təxminən %85 azalırken storlama nisbəti %70,0’tan %62,5’e düşmüştür. Bu dəyər 7,5 yüzde puan və ya görəli olaraq təxminən %10,7 itki anlamına gelir. Yüzde puan düşüşü ilə başlanğıc dəyərine görə nisbi itki birbirinden ayrılmalıdır.

Proaktif anahtarların ne kadarı kullanılmadan sona ermiştir?

Sayfa 20’dəlavəi Şəkil 9, COST 266 topologiyasinde %10 istəlavə yükü altında \(th_1\) yükseldikçe üretilən proaktif anahtar sayısının hızla arttığını göstərir.

\(th_1=20\) koşulunda:

• 4353 adet 1-hop proaktif anahtar yaradılmışdır.
• Yaklaşık 3098 anahtar xidmətlerde istifadə edilmişdir.
• Yaklaşık 1249 anahtar kullanılmadan vaxt aşımına uğramıştır.
• Cədvəl 5’e görə xidmətte kullanım nisbəti %71, sona erme nisbəti %29’dur.

\(th_1=18\) dəyərinde sona erme nisbəti %9 iken \(th_1=20\) dəyərinde %29’a çıkmıştır. Bu sonuç, daha saldırgan proaktif aktarımın gecikməyi azaltırken anahtar israfını hızla artırdığını göstərir.

n-hop mərhələsının əlavə katkısı

Sayfa 22’dəlavəi Şəkil 10’da n-hop mərhələsının təsiri, \(th_1=15\) və \(th_1=20\) üçün ayrı ayrı gösterilmiştir. \(th_1=15\) olduğunda yeterli sayıda 1-hop anahtarı hazırlanmadığı üçün n-hop eşiğinin artırılması KRD’yi çok az değiştirmiştir.

\(th_1=20\) olduğunda ise n-hop mərhələsının kullanabiləceği daha fazla 1-hop anahtarı vardır:

NSFNET’te n-hop mərhələsı qarşılanan xidmət sayını 28.245’ten 27.911’e düşürmüş; əlavə itki təxminən %1,2 olmuştur. COST 266’da ise sayı 30.321’den 28.156’ya geriləmiş və təxminən %7,1 əlavə itki oluşmuştur. Dolayısı ilə n-hop mərhələsının tutum xərci topologiyaye görə belirgin biçimde değişməlavətedir.

Gelenəlavəsel, 1-hop və n-hop üsullerinin birbaşa müqayisəsı

Sayfa 24’təlavəi Şəkil 11 üç üsulin seçilmiş koşullardaki müqayisəsını vərməlavətedir.

NSFNET senaryosunda tam proaktif üsulin gecikməsi ənənəvi üsule görə təxminən %89,2 azalmış, qarşılanan xidmət sayı təxminən %11,9 düşmüştür. COST 266 senaryosunda gecikmə təxminən %78,4 azalırken xidmət sayısındaki itki təxminən %16 olmuştur.

Bu iki sonuç, “gecikməde təxminən %89 azalma” dəyərinin her topologiya üçün gecerli olmadığını göstərir. En yüksək kazanç seçilən NSFNET koşulunda əldə edilmişdir.

n-hop anahtarların kullanım nisbəti

Sayfa 25’təlavəi Şəkil 12, COST 266 topologiyasinde \(th_1=20\) və %10 istəlavə yükü üçün proaktif anahtarların kullanımını göstərir.

\(th_n=20\) olduğunda:

• 4351 adet 1-hop proaktif anahtar yaradılmışdır.
• Bunların 2511’i n-hop anahtarı üretməlavə üçün tüketilmiştir.
• 1391’i birbaşa xidmət tələblərinde istifadə edilmişdir.
• 447’si müddətsi dolduğu üçün silinmiştir.
• 1155 adet n-hop anahtarı yaradılmışdır.
• 810 n-hop anahtarı xidmətlerde istifadə edilmişdir.
• 345 n-hop anahtarı kullanılmadan sona ermiştir.

Cədvəl 7’ye görə \(th_n=20\) koşulunda n-hop anahtarlarının %70’i xidmətte kullanılmış, %30’u müddətsi dolduğu üçün kaybedilmiştir. Proaktif anahtar oluşturma agresifleştiğinde kullanılan mutlak anahtar sayısı artsa da itki resurs miktarı da büyüməlavətedir.

Nəticələrın doğru yorumlanması

Çalışma, torın bütün istəlavəlerini hem daha hızlı hem de eyni başarı nisbətiyla qarşılayan xərcsiz bir üsul göstermeməlavətedir. Ortaya çıkan sonuç bir değiş tokuştur:

• Önceden anahtar hazırlanırsa başarıyla qarşılanan istəlavəler daha kısa bəlavəler.
• Fazla anahtar hazırlanırsa bunların bir bölümü kullanılmadan sona erer.
• Anahtar havuzları gerəlavəsiz yere tüketilirse bazı yeni istəlavəler QKD anahtarı bulamaz.
• Eşikler aştorı tutulursa resurs korunur fakat KRD yeniden yükselir.

Bu səbəbdən şəbəkə operatorunin yalnızca en aştorı KRD’yi hedeflemesi uygun değildir. Kabul ediləbilir gecikmə, istəlavə engelleme nisbəti, anahtar üretim tutumsi və xidmət əvvəllikleri birlikdə dəyərlendirilmelidir.

Çalışmanın güclü tərəfləri

• KRD, ITU-T’nin beş mərhələlı anahtar storlama müddətcine btorlanarak riyazi biçimde təsvir edilmişdir.
• Tələb əsasında aktarım ilə proaktif aktarım eyni simulyasiya strukturinde müqayisə edilmişdir.
• Sonlu anahtar ömrü hesaba katılmış və kullanılmadan sona eren anahtarlar izlenmiştir.
• Anahtar üretimi sabit değil, stokastik olaraq modellenmiştir.
• Anahtar miktarı ilə ksahə anahtar ömrü eyni aktarım qərarında istifadə edilmişdir.
• 1-hop və n-hop mərhələlərı ayrı ayrı dəyərlendirilərəlavə her mərhələnın əlavə katkısı gösterilmiştir.
• Farklı böyüklük və btorlantı yapısına sahip NSFNET və COST 266 topologiyalari istifadə edilmişdir.
• Gecikmənin yanında xidmət təmin etmə nisbəti və anahtar kullanım vərimliliği de rapor edilmişdir.
• Proaktif aktarımın her koşulda yararlı olmadığı açıkça gösterilmiştir.

Başlıca məhdudiyyətlər

• Çalışma rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş bir preprinttir.
• Fiziksel QKD cihazı, həqiqi anahtar yöneticisi və ya saha torı kullanılmamıştır.
• Aktarma başına 20 və 40 ms müddətleri sabit kabul edilmiş; cihaz, işlemci və tətbiqya görə değişim modellenmemiştir.
• Yayılım, kuyruk, tor nəzarətçisi, yol hesaplama və kontrol siqnalleşmesi gecikməleri KRD dışında bırakılmıştır.
• Simülasyon yalnızca 1000 ms sürməlavətedir; uzun müddətli denge davranışı gösterilmemiştir.
• Btorımsız simulyasiya təlavərarları, təsadüfilik toxumları, standart sapmalar və etibar intervalları raporlanmamışdır.
• Her düyün çiftinin her millisaniyəde %10–%50 olasılıkla istəlavə oluşturması həqiqi bir xidmət trafiğiyle kalibre edilməmişdir.
• Her QKD btorlantısına eyni anahtar üretim dtorılımı uygulanmış; btorlantı mesafesi, optik itki, xəta nisbəti və cihaz fərqlilığı hesaba katılmamıştır.
• Üretilən anahtarların bit uzunluğu belirtilmemiştir; “anahtar sayısı” həqiqi gizli açar bit sürətina btorlanmamıştır.
• Normal dtorılımdan çıkan kesirli anahtar sayılarının nasıl tam sayıya çevrildiği açıqlanmamışdır.
• 100.000 anahtarlık havuz, kısa anahtar ömrü nedeniyle simulyasiyada təsirn bir məhdudiyyət değildir.
• Orta KRD yalnızca başarıyla storlanan istəlavəlerden hesablanmışdır; engellenen istəlavəlerin gecikmə xərci yok sayılmıştır.
• Orta dəyərlər vərilmiş; gecikmənin yüzde 95 və ya yüzde 99 quyruq dəyərləri raporlanmamışdır.
• Önerilən üsul yalnızca ənənəvi tələb əsasında aktarımla qarşılaştırılmış; güncel pre-relay və anahtar pre-flooding üsulleri təcrübəsel temel üsul olaraq uygulanmamıştır.
• \(th_1\) və \(th_n\) eşikləri taranmış, lakin trafik değişimine çevrim içi uyum storlayan bir eşik nəzarətçisi geliştirilmemiştir.
• Güvənilən ötürmə düyününün ele gecirilmesi, xidmət reddi saldırıları və açar idarəetmə qatı güvənliği incelenmemiştir.
• Nəticələrdaki “%88”, “%89” və hesaplanan təxminən “%89,2” ifadeleri kiçik bir raporlama tutarsızlığı oluşturmaktadır.
• Kod, simulyasiya betikleri, üretilən olay akışları və təsadüfilik toxumları üçün açık erişim btorlantısı vərilməmişdir.

Çalışma nəyi dəstəkləyir?

Nəticələr, güvənilən aktarma düyünləri kullanan və anahtar aktarma müddətsi düyün sayısıyla büyüyen bir QKD torında, bazı uç çiftleri üçün anahtarların əvvəlden hazırlanmasının başarıyla qarşılanan istəlavəlerin orta yanıt gecikməsini belirgin biçimde azaltabiləceğini dəstəkləyir.

Çalışma ayrıca proaktif aktarımın anahtar ömrü dikkate alındığında ücretsiz olmadığını göstərir. Anahtarların talep oluşmadan tüketilmesi və yeni anahtarın en kısa ksahə ömrü devralması, kullanılmadan sona eren resurs miktarını artırabilməlavətedir.

İki mərhələlı yapı, kısa mesafeli çiftler üçün hazırlanan anahtarların daha uzak çiftlerin anahtar üretiminde kullanılabiləceğini göstərir. Ancak n-hop mərhələsının əlavə yararı, yeterli miktarda 1-hop anahtarı hazırlanmasına btorlıdır.

Çalışma nəyi sübut etmir?

Araşdırma, həqiqi bir ulusal QKD torında gecikmənin qəti olaraq %88 və ya %89 azalactorını sübut etmir. Bildirilən nisbətlar seçilən topologiyalar, sabit işlem müddətleri, 20 millisaniyəlik anahtar ömrü və belirli trafik modelleri altında əldə edilmişdir.

Çalışma proaktif üsulin güvənliği artırdığını da göstermeməlavətedir. Üsul anahtar storlama gecikməsini yönetməlavətedir; QKD protokolünün təhlükəsizlik sübutunı, etibarlı ötürmə düyünü fərziyyəını və ya tətbiq katmanındaki şifrələmə güvənliğini değiştirmeməlavətedir.

Ayrıca en böyük eşiklərin her tor üçün en iyi biznes politikası olduğu söylenemez. En yüksək eşiklər KRD’yi düşürürken bazı senaryolarda qarşılanan xidmət sayını %16’ya varan nisbətda azaltmıştır.

Türkiyə baxımından olası önemi

Çalışmanın yaklaşımı; Türkiyədə kvant rabitəsi, kritik infrastruktur btorlantıları, dövlət data mərkəzləri, müdafiə rabitəsi, maliyyə şəbəkələri və operator magistralları üçün gelecəlavəte geliştiriləbiləcəlavə QKD torlarında tətbiq oluna bilən bir resurs yönetimi sorusunu ele almaktadır.

Türkiyə gibi geniş coğrafyaya yayılan bir torda birbaşa QKD btorlantılarının mesafe sınırı nedeniyle güvənilən aktarma düyünləri gerəlavəebilir. Böyle bir yapıda yalnızca kuantum optik donanımın anahtar üretim hızı değil, açar idarəçilərinin uzun yollar boyunca oluşturduğu işlem gecikməsi de xidmət kalitesini təsirleyebilir.

Üsulin Türkiyədə kullanılabilmesi üçün ulusal fiber marşrutları və həqiqi btorlantı itkilarıyla yeni bir topologiya oluşturulmalı; QKD cihazlarının ölçülen gizli açar bit hızları, anahtar saklama politikaları, fərqli xidmət sınıfları və güvənilən merkezlerin fiziki güvənliği modele əlavəlenmelidir.

Kamu, savunma və ya finans gibi kritik sahəlarda təlavə bir eşik yerine xidmət əvvəlliğine görə fərqli politikalar kullanılabilir. Düşük gecikməli kritik btorlantılar üçün daha saldırgan proaktif hazırlık, daha aştorı əvvəllikli xidmətler üçün ise resurs koruyan tələb əsasında aktarım tercih ediləbilir.

Çalışmanın Metodu və Tapıntıları

En önemli sayısal nəticələr

• NSFNET’te ənənəvi üsulin KRD dəyəri seçilmiş koşulda 607,7 ms’dir.
• Yalnızca 1-hop proaktif aktarım bu dəyəri 91,3 ms’ye düşürmüştür.
• n-hop mərhələsının əlavəlenmesi KRD’yi 65,6 ms’ye indirmiştir.
• NSFNET’te ümumi gecikmə azalması təxminən %89,2’dir.
• Aynı senaryoda qarşılanan xidmət sayı 31.665’ten 27.911’e düşmüştür.
• NSFNET’te ümumi xidmət kaybı təxminən %11,9’dur.
• COST 266’da KRD 505,4 ms’den 109,1 ms’ye düşmüştür.
• COST 266’daki ümumi gecikmə azalması təxminən %78,4’tür.
• COST 266’da xidmət sayısı 33.533’ten 28.156’ya geriləmiştir.
• COST 266’daki ümumi xidmət kaybı təxminən %16’dır.
• \(th_1=20\) koşulundaki 1-hop proaktif anahtarların %29’u kullanılmadan sona ermiştir.
• \(th_n=20\) koşulundaki n-hop proaktif anahtarların %30’u kullanılmadan sona ermiştir.

Gerçəlavə tor tətbiqsından əvvəl gerəlavəen çalışmalar

1. Gerçəlavə QKD cihazları və açar idarəçiləriyle fiziki test ortamı kurulması.
2. Aktarma işlemlerinin həqiqi donanım gecikməsinin ölçülmesi.
3. Mesafe, fiber kaybı, kvant bit xəta nisbəti və cihaz türüne btorlı anahtar üretim hızlarının kullanılması.
4. Simülasyonun saatler və ya günler müddətn trafik izleriyle təlavərarlanması.
5. Birden fazla rastgelelik tohumu və müstəqil təlavərar üçün etibar intervallarının raporlanması.
6. Orta KRD’nin yanında yüzde 95 və yüzde 99 gecikməlerin incelenmesi.
7. Engellenen xidmətleri de hesaba katan birleşik gecikmə–tutum xərc fonksiyonu geliştirilmesi.
8. Eşiklerin trafik yüküne görə çevrim içi və otomatik ayarlanması.
9. Talep tahmini və ya gücləndirməli öyrənmə üsulleriyle müqayisə yapılması.
10. Güncel pre-relay və key pre-flooding alqoritmlarının eyni koşullarda temel üsul olaraq uygulanması.
11. Güvənilən düyün arızası, saldırı və xidmət reddi senaryolarının sınanması.
12. Kod, parametre dosyaları və simulyasiya olay kayıtlarının açık biçimde yayımlanması.

Mənbə və Metod Notu

Çalışmanın özgün adı: Proactivə Quantum Key Relay for Short-latency Quantum-secured Networking

Müəlliflər və doğru sıralama: Chankyun Lee, Hyunkyo Lim, Jubong Kim, Wonhyuk Lee.

Eş katkı və ortak ilk yazarlık: Chankyun Lee ilə Hyunkyo Lim eşit katkı sunmuştur.

Məsul müəllif: Chankyun Lee.

Qurumsal btorlantı: Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI), 245 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34141, Güney Kore.

DOI:10.2139/ssrn.7022019

Resmî çalışma sayfası:SSRN resmî kaydı

Yayın platforması: SSRN.

Platform biznescisi: Elsevier bünyesindəlavəi SSRN platformu.

Yayın ili: 2026.

Kesin yüklenme tarihi: Yüklenen sürümde qəti SSRN yükleme günü belirtilmeməlavətedir.

Jurnal: Hakemli bir dergi yayını və ya kabul edilmiş son dergi sürümü doğrulanamamıştır.

Hakemlik vəziyyəti: Çalışmanın her sayfasında rəyçi qiymətləndirməsinden gecmediğine əlaqən preprint xəbərdarlıqsı vardır.

Mənbə növü: Kuantum anahtar dtorıtım torları üçün riyazi gecikmə modeli, iki mərhələlı sezgisel resurs yönetimi alqoritmsı və müqayisəlı tor simulyasiyaları içeren hesablama haberleşme mühendisliği preprinti.

Maliyyələşmə: Araşdırma, Korea Institute of Science and Technology Information tarafından K26L1M3C5 numaralı destəlavə çərçivəsində və Güney Kore hükümətnin Ministry of Science and ICT tarafından finanse edilən Institute of Information & Communications Technology Planning & Evaluation hibeleri çərçivəsində RS-2025-02263666 və RS-2026-25530181 numaralarıyla destəlavəlenmiştir.

Çıkar çatışması: Yüklenen sürümde açık bir maraqlar toqquşması beyanı mövcud deyil.

Üretken süni intelləlavət kullanımı: Çalışmada üretken süni intelləlavət kullanımına əlaqən bir beyan yer almamaktadır.

Veri və kod erişimi: Simülasyon kodu, təsadüfilik toxumları, olay kayıtları və tam sonuç dosyaları üçün açık bir depo btorlantısı vərilməmişdir.

Bu Türkçe açıklama, çalışmanın metni, iki alqoritmsı, riyazi denklemleri, yedi cədvəlsu, şəbəkə memarlığı çizimleri, NSFNET və COST 266 topologiyalari ilə gecikmə və anahtar kullanım qrafiklerinin tamamı incelenerəlavə hazırlanmıştır. Bilimsel nəticələra dış resurslardan yeni bulgu əlavəlenmemiştir. Dış doğrulama yalnızca başlık, müəlliflər, DOI, platform və rəsmi çalışma btorlantısının bibliyoqrafik kontrolü amacıyla istifadə edilmişdir.

Çalışmada özet bölümünde en yüksək KRD azalması %88, katkılar bölümünde %89 olaraq yazılmıştır. Şəkil 11’de vərilən 607,7 ms və 65,6 ms dəyərlərinden hesaplanan azalma təxminən %89,2’dir. Bu səbəbdən sonuç, “seçilən NSFNET simulyasiyaunda təxminən %89” biçiminde aktarılmalıdır.

Bildirilən gecikməler həqiqi uçtan uca sahə ölçmələri değildir. Sabit düyün işlem müddətleri və seçilən simulyasiya fərziyyələrından hesaplanan model nəticələrıdır. Önerilən alqoritm həqiqi teləlavəommunikasiya və ya kritik infrastruktur torında kullanılmadan əvvəl fiziki QKD cihazlarıyla, həqiqi trafik altında və təhlükəsizlik testleriyle doğrulanmalıdır.

Meta Etiketler

kvant açar paylanması, proaktiv açar ötürülməsi, kvant təhlükəsiz torlar, QKD gecikməsi, kvant rabitəsi