Бу изилдөө, 5Г түзмөктөрүнүн бир база станциясына илк кез бторланыркен алдыгы SIB1 систем месажынын догруланмадан кабул едилмеси сорунуну инжелемкошумчате жана жасалма база станцияларына каршы BORG адлы дторытык бир аутентификация алкакси өнермкошумчатедир. Изилдөөчүлөр, NIST тарафындан стандартлаштырылан кванттан кийинки дижитал имзаларын 5Гнин 372 байтлык SIB1 сынырына түздөн-түз йерлештирилмесинин ашыры пакет фрагментациясына жана кечигүүйе йол ачтыгыны хем протокол анализи хем де srsRAN, опен5GS жана ики USRP Б210 түзмөкындан олушан чыныгы зымсыз тест стендийле гөстермиштир. Өнермененн 2/3 чекли BORG йапыландырмасы 144 байтлык криптографиялык кошумча жүкле ткошумча бир SIB1 пакетине сыгмыш жана 2,99 миллисекунд аяктан аягына кечигүү үретмиштир; там сертифика зинжирли ML-DSA салыштыруусында исе 12.276 байт кошумча йүк жана 662,47–5.282,47 миллисекунд кечигүү билдирилмиштир. Ошону менен бирге BORG там убакытлы кванттан кийинки коопсуздук сторламамакта; класик имза божомолы кырылдыгында сахтежилигин даха кийин канытланмасыны сторлайан кечиш дөнеми нителигинде бир фаил-стоп йаклашымы сунмактадыр.

BORG, гүжанани ткошумча бир база станциясына быракмак йерине ен аз белирли сайыда база станциясынун жалпы кол тамгасыны зорунлу кылмактадыр. Хийераршик кимлик табанлы анахтар йапысы сертифика зинжирлерини ортадан калдырыркен фаил-стоп мкошумчаанизмасы, кечерли гөрүнен бирок йаракетли имзажылар тарафындан үретилмсоруу бир имзанын кийиндан криптографиялык канытла тешхис едилмесини амачламактадыр. Айрыжа база станцияларынын үреттиги имзалар, кванттан кийинки гүжананли чек имзаларыйла корунан дторытык жана дегиштирилдиги фарк едмененбилир аудит жазууларына актарылмактадыр.

Натыйжалар, BORG’ун инжеленен тест кошулларында түздөн-түз ML-DSA кулланымындан болжол менен 85 кат даха төмөн байланыш кошумча жүгү жана ен жогорку кечигүү салыштыруусында болжол менен 1.767 кат даха кыса учтан ужа мөөнөт сторладыгыны көрсөтөт. Бу натыйжалар коммерциялык бир оператөр торында саха текшерүүсы дегилдир; дегиштирмененбилир йазылым диагнозмлы радйо түзмөклары, ачык булактуу 5Г компоненттери жана контроллү лаборатория кошуллары астында алынган.

Изилдөөнүн негизги суроосу недир?

Изилдөөнын негизги суроосу, бир 5Г колдонуучусынын хенүз гүжананли отурум курмадан мурун бторланажторы база станциясынун чыныгы олдугуну насыл догрулайабмененжегидир. Кулланыжы кошумчаипманы (Усер Еqуипмент, UE) илк байланышда чевредкошумчаи база станцияларыны тарар жана чоң өлчүде сигнал гүжү менен ачык бичимде берүүланан систем билгмененрине дайанарак бир ячейка сечер. Бу баскычда база станциясынун кимлиги стандартлаштырылмыш, зорунлу бир дижитал имза мкошумчаанизмасыйла догруланмамактадыр.

Илк байланыш сырасында берүүланан Системалык маалымат блогу 1 (Сйстем Ынформатион Бложк 1, SIB1), ячейка сечими, еришим абалу, шебкошумчае диагнозмлайыжылары, кийинки систем месажларынын убакытламасы жана базы ажил абал йетенкошумчалери хаккында билги ташыр. Кулланыжы түзмөкы бу месажы алдыктан кийин Радио ресурс башкаруусу (Радио Ресоурже Жонтрол, RRC) байланышсыны башлатыр жана даха кийин 5Г аутентификация жана анахтар анлашмасы мөөнөтжине кечер.

Бу сыралама критикалык бир гүжанан бошлугу олуштурур: түзмөк, өзөк тармак менен гүжананли аутентификацияйа башламадан мурун ханги база станциясыйла конушажторына хенүз имзтармакмамыш бир берүүа боюнча чечим жанарир. Сахте бир база станциясы даха гүчлү сигнал берүүлар же SIB1 тармакларыны туурама едерсе колдонуучу түзмөгүны кендисине чкошумчаебилир. Бу абал сахте ажил абал билдиримлери, излеме, йанлыш долашым багытлендирмеси, кызматты бөгөттөө, месаж дегиштирме жана кийинки протокол баскычтарына багытелик салдырылар үчүн баштапкы ноктасы олуштурабилир.

SIB1 неден гүжанан зинжиринин башлангыжыдыр?

Изилдөөдаки 5Г байланыш шемасы, колдонуучу түзмөгү, йени несил база станциясы (gNB) жана Кирүү жана мобилдүүлүктү башкаруу функциясы (Ажжесс анд Мобилитй Манагемент Фунжтион, AMF) арасындаки баскычтары көрсөтөт. База станциясы мурун Негизги маалымат блогу’ну (MIB) жана SIB1’и берүүлар. Кулланыжы түзмөкы даха кийин RRC Сетуп Реqуест, RRC Сетуп жана RRC Сетуп Жомплете месажларыны дегиштирир; бунун ардындан өзөк тармак кайыт ишлемлери башлар.

SIB1’ин догрулугу, түзмөкын байланышнын гери ктармакыны ханги ячейка үстүндөн йүрүтежегини белирледиги үчүн маанилүү. Изилдөө, мевжут 5G-AKA мкошумчаанизмасыны дегиштирмейи амачламамактадыр. BORG, 5G-AKA’дан мурун чалышан тамамлайыжы бир коопсуздук капысыдыр: түзмөкын AKA мөөнөтжине йалнызжа имзасы догруланмыш бир база станциясы үстүндөн башламасыны хедефлер.

Изилдөөда SIB1’ин азами бойуту 2.976 бит, йани 372 байт катары алынмыштыр. Месаж варсайылан катары болжол менен 20 миллисекундлик ткошумчарар аралыкларыйла, колдонмойа бторлы катары 160 миллисекундйе варан перийотларла берүүланабилир. Изилдөөчүлөрын скошумчаиз коммерциялык физикалык ячейкаден йаптыгы өлчөөлерде чыныгы SIB1 бойутлары 108–120 байт арасында гөрүлмүш; srsRAN тест стендинде исе илк SIB1 месажы 79 байт кулланмыштыр. Ошондуктан кичине бир имза мевжут пакете кошумчаленебилиркен биркач килобайтлык кванттан кийинки имзалар парчтармакмак зорундадыр.

Изилдөөнын техдит модельи ханги салдырылары капсыйор?

Фигура 3’те дөрт темел техдит визуаллештирилмиштир:

• Сахте база станциясы: Салдырган, мешру gNB гиби берүү йапарак колдонуучу түзмөгүны кендисине бторланмайа багытлендирир.
• База станциясы анахтарынын еле кечирилмеси: Физиксел еришим, йазылым ачыгы же йтаасириз йаракет йүкселтме йолуйла бир база станциясынун кол тамга үлүшү чалыныр.
• Ортадаки адам салдырысы: Салдырган база станциясы менен колдонуучу түзмөгү арасындаки месажлары динлер, дегиштирир же ткошумчарар ойнатыр.
• Куантум йетенкошумчали салдырган: Гележкошумчате класик дискреттик логарифм божомолыны кырабмененжкошумча масштабте хесаплама гүжү булунан салдырган, кечерли гөрүнен класик имзалар үретмейе чалышыр.

Салдырганын зымсыз чөйрөы тамамен контрол едебилдиги; месажлары динлейебилдиги, кошумчалейебилдиги, дегиштиребилдиги жана йениден ойнатабилдиги варсайылмыштыр. Айрыжа салдырганын чек мааниинден даха аз сайыда база станциясыну еле кечиребмененжеги кабул едилмиштир. Өрнегин 2/3 йапыландырмасында үч имзажыдан йалнызжа биринин еле кечирилмеси, кечерли жалпы кол тамга үретмкошумча үчүн йетерли дегилдир.

Бу божомол, BORG’ун коопсуздук сынырыны да белирлер. Ешик кадар же даха фазла база станциясы ошол эле анда еле кечирилирсе дторытык гүжанан гарантиси корунмаз. Демек BORG, бүтүн база станцияларынын еле кечирилдиги бир алтйапыйы гүжананилир хâле гетирен сынырсыз бир савунма дегилдир.

NIST кванттан кийинки имзалары неден түздөн-түз кулланыламыйор?

Изилдөөнын өнемли каткыларындан бири, кванттан кийинки имзаларын йалнызжа криптографиялык ишлем мөөнөтсине дегил, чыныгы 5Г пакеттөө жана берүү давранышына боюнча маанилендирилмесидир. Сорун есас катары имзаларын хесапланма мөөнөтсинден дегил, имза жана ачык ачкыч бойутларынын SIB1 сынырыны ашмасындан ресурсланмактадыр.

ML-DSA’нын йалнызжа 2.420 байтлык имзасы жана 1.312 байтлык ачык ачкычы жалпы 3.732 байт кошумча жанари олуштурмактадыр. Хер SIB1 пакетинде болжол менен 290 байт бош тармак калдыгы варсайылдыгында бу жанаринин ташынмасы үчүн 13 айры SIB1 керек.

Арджарык SIB1’лер арасында 20 миллисекунд булундугунда 13 парчанын йалныз менентим табанлы кечигүүси болжол менен катары:

\[ 12 \times 20\ \text{ms} = 240\ \text{ms} \]

Йайын аралыгы 160 миллисекундйе чыктыгында ошол эле маани:

\[ 12 \times 160\ \text{ms} = 1.920\ \text{ms} \]

олмактадыр. Илк пакет баштапкы ноктасы кабул едилдиги үчүн 13 пакетин арасында 12 бкошумчалеме аралыгы вардыр. Пакетлерин сырасыз же кошумчасик улашмасы хâлинде колдонуучу түзмөгү бүтүн парчалары елде едене кадар бкошумчалемели, сыра нумараларына боюнча дизмели жана имза менен ачык ачкычы йениден олуштурмалыдыр.

Изилдөөдаки баситлештирилмиш растгеле теслим модельинде 13 парчанын тамамланмасы үчүн бкошумчаленен пакет сайысы шу фигураде ифаде едилмиштир:

\[ 13 + \left\lfloor\frac{13}{2}\right\rfloor = 19 \]

Он скошумчаиз убакыт аралыгы диккате алындыгында йалнызжа берүү кечигүүси 360–2.880 миллисекунд аралыгына йүкселмкошумчатедир. Сертифика зинжириндкошумчаи AMF жана база станциясы сертификалары да кошумчалендигинде ML-DSA йапыландырмасы жалпы 34 тармак пакети, 12.276 байт байланыш кошумча жүгү жана 662,47–5.282,47 миллисекунд аяктан аягына кечигүү үретмиштир.

Бурадаки сонуч, ML-DSA’нын криптографиялык катары зайыф олдугу дегилдир. Изилдөөда ML-DSA текшерүүсы йалнызжа болжол менен 0,03 миллисекунд сүрмүштүр. Сорун, чоң имза, ачык ачкыч жана сертифика зинжиринин 5Гнин кичине жана периоддук берүү пакетлерине уйумсуз олмасыдыр.

BORG насыл бир чөзүм өнерийор?

BORG, “Иерархиялык Идентификацияга Негизделген Ешик Имзасы жана Фаил-Стоп Өзеллиги” (Хиераржхижал Ыдентитй-Басед Тхресхолд Сигнатуре wитх Фаил-Стоп, HITFS) үзерине курулудур. Черчежана дөрт коопсуздук жана натыйжалуулук фикрини бирлештирир:

1. Хийераршик кимлик табанлы анахтарлар: Ачык анахтар сертифика зинжирлерини SIB1 үчүнде ташымак йерине анахтарлар өзөк тармак, AMF жана база станциясы хийераршисинден түретилир.
2. Чектик кол тамга: Ткошумча база станциясынун ткошумча башына имза үретмесине изин жанарилмез; ен аз т адет база станциясынун ортак изилдөөсы керек.
3. Фаил-стоп жасалмалоо далили: Класик криптографиялык божомол гележкошумчате кырылырса йаракетли имзажылар, гөрүнен имзанын кендмененрине аит олмадыгыны канытлайабилир.
4. Кванттан кийинки гүжананли аудит жазуусу: Үрэтилен SIB1 имзалары айры бир кванттан кийинки чектик кол тамгайла мүхүрленеркошумча дторытык, кошумчалемели жана дегиштирилмеси фарк едмененбилир кайытлара актарылыр.

Систем архитектурасиндкошумчаи компоненттер нелердир?

Фигура 5’те CKG, AMF, үч база станциясы жана колдонуучу түзмөгү арасындаки бүтүн протокол акышы гөстерилмкошумчатедир. CKG бир дефалык систем курулумуну чыныгылештирир. AMF база станцияларынын ачкыч үлүштөрүны үретир. Баз истасйонлары алдын ала иштетүү маанилерини пайлашыр, SIB1 үстүндө айры кол тамга үлүштөрү хесаплар, пайлары догрулар жана ткошумча бир топтук кол тамганда бирлештирир. Ен гүчлү сигнали жанарен истасйон SIB1’и жалпы кол тамга жана геркошумчали хийераршик кимлик билгмененрийле берүүлар.

Хийераршик анахтар үретими насыл чалышыйор?

Систем курулумунда растгеле бир гизли маани α₀ сечилир. Ана жашыруун ачкыч жана негизги ачык ачкыч шу байланышлерле олуштурулур:

\[ sk_{ID_0} = H_1(\alpha_0) \]

\[ PK_{ID_0} = g^{sk_{ID_0}} \bmod p \]

Бурада Х₁ криптографиялык хеш функциясыни, г сонлу дөнгүсел грубун үретежини, п исе модульер аритметигин жөнөкөй модульүнү туюнтат. ск жашыруун ачкыч, PK ачык ачкычдыр.

Хийераршинин алт деңгээлиндкошумчаи бир варлыгын анахтары, үст деңгээл анахтар менен о варлыгын кимлигине бторлы маанилерден түретилир:

\[ sk_{ID_k} = sk_{ID_{k-1}} \cdot h_{ID_k} + r_k \bmod q \]

ск_IDk−1 үст севийенин жашыруун ачкычы, х_IDk кимлик менен ачык ачкыч жанактөрүнден хесапланан өзет, р_к растгеле маани жана q сонлу тармакын мертебесидир. Бөйлеже база станциясы анахтары йалнызжа көз карандысыз бир сертификайа дегил, өзөк тармакдан AMF’йе жана база станциясына узанан кимлик зинжирине бторланыр.

Анахтар насыл бирден фазла база станциясына бөлүнүйор?

BORG, топ жашыруун ачкычыны түздөн-түз хичбир база станциясына жанармемкошумчатедир. Бунун йерине Схамир сыр бөлүшүүсүна бензейен т−1 дережели бир полином олуштурулур:

\[ f(x) = sk_{ID_k} + \sum_{i=1}^{t-1} a_i x^i \bmod q \]

ск_IDk полиномун туруктуу терими, а_и растгеле катсайылар, т геркошумчали асгари имзажы сайысыдыр. Хер база станциясына ар башка бир ноктадаки маани жанарилир:

\[ sk_{ID_k,i} = f(i) \]

\[ PK_{ID_k,i} = g^{sk_{ID_k,i}} \bmod p \]

Хер истасйон йалнызжа кенди гизли пайыны билир. Ен аз т кечерли пай булундугунда Лагранге коэффициенттери кулланыларак ортак анахтарын математикалык таасири йениден олуштурулабилир:

\[ sk_{ID_k} = \sum_{i=1}^{t} \lambda_i sk_{ID_k,i} \bmod q \]

λ_и Лагранге коэффициентидыр. Протоколүн нормал изилдөөсында ортак жашыруун ачкычын ачык бичимде йениден олуштурулмасы геркошумчамез; кол тамга үлүштөрү түздөн-түз бирлештирилир.

Чектик кол тамга насыл үретилийор?

BORG’ун имза мөөнөтжи ики менентишим туру жана үч ишлевсел баскычдан олушмактадыр: алдын ала иштетүү, үлүш өндүрүү жана бириктирүү.

Өн ишлеме

Баз истасйонлары гележкошумчате имзтармакажак белирли сайыда месаж үчүн растгеле гизли маанилер жана бунларын ачык коммитменттерини мурунден үретир. Хер имзажы үчүн ики коммитмент хесапланыр:

\[ E_{i,j} = g^{e_{i,j}} \bmod p \]

\[ D_{i,j} = g^{d_{i,j}} \bmod p \]

и база станциясыну, ж имзтармакажак месажын сырасыны, е жана д исе гизли растгеле маанилерден түрэтилен сайылары гөстерир. Өнжеден хесаплама, SIB1 берүү анындаки ишлем йүкүнү азалтыр.

Имза пайы үретими

Хер имзажы кенди коммитменттеринден кечижи бир компонент үретир:

\[ R_{i,j} = D_{i,j}(E_{i,j})^{\rho_{i,j}} \bmod p \]

ρ_и,ж, имзажы кимлиги, месаж жана бүтүн катышуучуларын коммитменттеринден хесапланан бторлама катсайысыдыр. Бүтүн имзажыларын компоненттери чарпыларак ортак Р_ж елде едилир:

\[ R_j = \prod_{i=1}^{\beta} R_{i,j} \bmod p \]

β, о имза ишлемине фимененн катылан истасйон сайысыдыр жана т ≤ β ≤ н кошулуну сторламалыдыр.

Хер база станциясы даха кийин кенди кол тамга үлүшүны хесаплар:

\[ z_{i,j} = d_{i,j} + e_{i,j}\rho_{i,j} + \lambda_i sk_{ID_k,i}h_j \bmod q \]

х_ж месаж, ортак коммитмент жана топ ачык ачкычындан түрэтилен өзет; ск_IDk,и истасйонун жашыруун ачкыч пайыдыр. Пайлар догруландыктан кийин:

\[ z_j = \sum_{i=1}^{\beta} z_{i,j} \bmod q \]

хесапланыр жана акыркы имза:

\[ \sigma_{k,j} = (R_j,z_j) \]

бичиминде олуштурулур. Бу йапы Сжхнорр табанлы олдугу үчүн имзанын жалпы бойуту 64 байтта тутулмуштур.

Кулланыжы түзмөкы имзайы насыл догрулуйор?

Кулланыжы түзмөкы SIB1 месажыны, жалпы кол тамгайы, база станциясы жана AMF кимликлерини, топ текшерүү анахтарыны жана USIM’е мурунден йүкленмиш негизги ачык ачкычы кулланыр. Баситлештирилмиш текшерүү кошулу шу бичимдедир:

\[ g^{z_j} \stackrel{?}{=} R_j \cdot \left(Q \cdot Q_{ID_k} \cdot (PK_{ID_0})^{\prod_{\ell=1}^{k}h_{ID_\ell}}\right)^{h_j} \bmod p \]

Сол тараф имзанын сандык йанытындан, стор тараф исе коммитмент, хийераршик кимлик анахтарлары жана месаж өзетинден хесапланыр. Ики тараф ешитсе имза кабул едилир. Ешитлик сторланмазса SIB1 кечерсиз кабул едилир жана колдонуучу түзмөгү башка бир догруланабилир база станциясы арайабилир.

Фаил-стоп өзеллиги не анлама гелийор?

BORG’ун “гележеге хазыр” катары диагнозмланмасынын недени, бүтүн изилдөө мөөнөтсинже там кванттан кийинки коопсуздук сторламасы дегилдир. SIB1 имзасы хâлâ эллиптикалык ийри дискреттик логарифм божомолына дайанан Сжхнорр типи бир йапыдыр. Йетеринже гүчлү бир квант маалыматсайар бу божомолы кырарса салдырган математикалык катары текшерүүдан кечен бир имза үретебилир.

Фаил-стоп мкошумчаанизмасы бөйле бир абалда салдырынын гөрүнмез калмасыны өнлемейе чалышыр. Йаракетли база станциялары, чыныгы имза үчүн мурунден кулландыклары гизли растгеле маанилери ачыга чычечимак ортак Р_ж компонентини йениден хесаплар. Шүпхели имзадаки Р′_ж менен чыныгы имзанын маании каршылаштырылыр:

\[ R'_j = R_j \Rightarrow \text{“sahtecilik kanıtlanmadı”} \]

\[ R'_j \neq R_j \Rightarrow \text{“sahtecilik kanıtı üret”} \]

Фарк теспит едилирсе месаж сырасы жана гизли растгеле маанилер бир жасалмалоо далилина дөнүштүрүлүр. AMF бу каныты догрулар, илгили база станциясы грубуну йалытыр жана кайра ачкычтоо мөөнөтжини башлатабилир. Бу мкошумчаанизма салдырыйы чыныгылешмеден мурун өнлемейебилир; салдыры кийинкинда догруланабилир каныт жана эсеп берүүгө милдеттүүлүк сторлар.

Денетим кайытлары насыл корунуйор?

Фаил-стоп денетиминин гүжананилир олмасы үчүн кечмиш имзаларын салдырган тарафындан дегиштирмененмемеси керек. Ошондуктан BORG, SIB1’ин кендисини имзалайан хызлы класик чектик кол тамгандан айры бир кванттан кийинки чектик кол тамганы денетим катманында кулланмактадыр.

Ен аз т′ база станциясы SIB1 топтук кол тамга үстүндө айры кол тамга үлүштөрү үретир. Пайлар бирлештирмененркошумча кванттан кийинки гүжананли денетим имзасы олуштурулур. Кайыт шу түр тармаклар ичерир:

\[ (\sigma_{BS,j},\ \sigma_A,\ ID_{BS},\ TS) \]

σ_BS,ж SIB1 топтук кол тамганы, σ_А кванттан кийинки денетим имзасыны, ID_BS илгили база станциясы кимликлерини жана TS убакыт мөөрүны гөстерир. Кайытларын AMF, gNB же башка гүжананилир RAN/өзөк тармак компоненттерине чогалтылан кошумчалемели согук сактоода сакланмасы өнерилмкошумчатедир.

Денетим имзасынын алдын ала иштетүүси 89,4 миллисекунд, имзтармакмасы 3,29 миллисекунд жана догруланмасы 1,2 миллисекунд катары өлчөнгөн. Бу ишлемлер колдонуучу түзмөгүнын критикалык SIB1 байланыш йолунун дышында йүрүтүлдүгүнден темел аяктан аягына кечигүү таблицасуна кошумчаленмсоруутир.

Ткошумчарар берүү жана рөле салдырылары насыл еле алыныйор?

Гечерли бир SIB1 имзасынын салдырган тарафындан ар башка бир конумда даха гүчлү сигналле йениден берүүланмасы, йалнызжа имза текшерүүсыйла енгелленемез. Месаж хâлâ чыныгы база станциясынжа имзтармакмыштыр. Изилдөө ошондуктан убакыт сынырлы аутентификация өнерир.

Баз истасйонлары SIB1’и убакыт мөөрү жана кыса жарактуулук мөөнөтүйле имзалар. Кулланыжы түзмөкы месажын гүнжеллигини денетлер жана мөөнөтси долмуш берүүлары реддедер. Бирден фазла база станциясындан убакытында кол тамга үлүшү геркошумчамеси реле чабуулунын уйгуланмасыны зорлаштырыр. Ошону менен бирге изилдөө, физикалык узаклыгы криптографиялык катары өлчен дистанже-боундинг протоколү колдонмомыштыр; ошондуктан рөле салдырыларына каршы там бир чөзүм канытланмамыштыр.

Гүжананлик канытлары не көрсөтөт?

Изилдөөда ики темел теорем сунулмуштур. Илк теорем, салдырган чек мааниинден даха аз сайыда имзажыйы контрол еттиги мөөнөтже BORG’ун сечилмиш кимлик жана уйарланабилир месаж салдырылары астында варолушсал сахтежилиге каршы гүжананлигини эллиптикалык ийри дискреттик логарифм проблеминин зорлугуна индиргемкошумчатедир. Каныт, туш келди оражле модели жана жалпыланган форк леммасы кулланыларак курулмуштур.

Икинжи теорем, фаил-стоп сахтежилик алгылама жана тануудан баш тарта албастык өзелликлерини криптографиялык хеш функциясынин экинчи преимаге туруктуулугуне дайандырмактадыр. Бу өзеллик, квант чабуулчуын класик имза божомолыны кырмасы абалунда бменен йаракетли имзажыларын кендмененринин үретмедиги имзайы тешхис едебилмесини амачлар.

Бу канытлар белирли математикалык модельлер жана божомолдор астында кечерлидир. Йазылым каталары, каптал канал сызынтылары, йанлыш ачкыч бөлүштүрүү, чек кадар истасйонун еле кечирилмеси же хеш функциясынин колдонмо каталары ошол эле коопсуздук гарантисинин дышында калабилир.

Герчкошумча зымсыз тест стенди насыл курулмуштур?

Фигура 4, ики адет USRP Б210 йазылым диагнозмлы радйонун бир база станциясы жана колдонуучу түзмөгү катары чалыштырылдыгы тест стендини көрсөтөт. Жихазлар USB 3.0 үстүндөн билгисайара бторланмыш, 10 MHz харижи саат ешубакытламасы үчүн Лео Боднар GPSDO колдонулган. База станциясы тарафында srsRAN, өзөк тармак тарафында опен5GS чалыштырылмыш жана менентишим зымсыз катары чыныгылештирилмиштир.

Криптографик өлчөөлерде кулланылан темел билгисайар өзелликлери шунлардыр:

• 12. несил Ынтел Жоре i7-12700H, 3,50 GHz ишлемжи,
• 16 ГиБ эс тутум,
• 512 ГиБ SSD,
• Убунту 22.04.4 LTS ишлетим системи.

Елиптик ийри ишлемлери сежп224к1 ийриси үстүндө жана 128 бит класик коопсуздук хедефийле чыныгылештирилмиш, хеш функциясы катары SHA-256 колдонулган. Кванттан кийинки салыштырууларда NIST Севийе Ы хедефи сечилмиштир. OpenSSL, Опен Qуантум Сафе, Рингтаил жана BLS үчүн блст күтүпханелеринден йарарланылмыштыр.

Тест түзүлүшеги дышындаки криптографиялык өлчөөлер 10.000 кез ткошумчарарланарак орточо алынмыштыр. Каблосуз 5Г эксперименттери мануел мүдагало геркошумчатирдиги үчүн тест стендиндкошумчаи натыйжалар 10 ткошумчарарын орточосы катары баяндалган.

Ана перформанс натыйжалары нелердир?

2/3 BORG’да алдын ала иштетүү мурунден тамамландыгында кол коюу убактысы болжол менен 1,12 миллисекунддир. Өн ишлеме чыгыминин ошол эле ишлем үчүне дâхил едилдиги өлчөөде 1,68 миллисекунд билдирилмиштир. Кулланыжы түзмөкындаки текшерүү убактысы меркезî жана чекли BORG үчүн ошол эле калмыштыр; чүнкү колдонуучу айры айры база станциясы пайларыны дегил, ткошумча бирлештирилмиш топтук кол тамганы текшерүүктадыр.

ML-DSA’нын ен көтү өлчүлен там хийераршик кечигүүси менен 2/3 BORG каршылаштырылдыгында:

\[ \frac{5.282,47}{2,99} \approx 1.767 \]

олдугу үчүн BORG’ун болжол менен 1.767 кат даха кыса аяктан аягына кечигүү сторладыгы ифаде едилмиштир. Илетишим кошумча йүкү салыштыруусы исе:

\[ \frac{12.276}{144} \approx 85,25 \]

сонужуну жанармкошумчатедир. Ошондуктан изилдөөчүлөр BORG’ун ML-DSA йапыландырмасындан болжол менен 85 кат даха төмөн менентишим йүкүне сахип олдугуну билдирмиштир.

Кулланыжы түзмөкындаки йүк не кадардыр?

BORG, BLS, Schnorr-HIBS жана EC-Schnorr гиби ткошумча SIB1’е сыган ыкмалерин колдонуучу түзмөгүна гетирдиги кошумча пакет ишлеме мөөнөтси болжол менен 0,015–0,02 миллисекунддир. ML-DSA’да чоклу пакетлерин ишленмеси неденийле бу мөөнөт болжол менен 0,26 миллисекундйе йүкселмиштир.

ML-DSA’нын криптографиялык текшерүүсы болжол менен 0,03 миллисекундйле дигер ыкмалерин 1,15–1,27 миллисекундлик текшерүүсындан даха хызлыдыр. Анжак жалпы байланыш кечигүүси имза текшерүүсындан чок парчалы менентим жана кайра бириктирүү тарафындан белирленмкошумчатедир. Бу айрым, йалнызжа криптографиялык ишлем хызыны өлчменин чыныгы тор колдонууга мүмкүнлигини гөстермкошумча үчүн йетерли олмадыгыны ортайа коймактадыр.

Түркия жана колдонмо жагынан не ифаде едийор?

Изилдөөнын соруну белирли бир үлкейе өзгү дегилдир. Түркияда 5Г жана даха кийин 6Г алтйапылары йайгынлаштыкча кичине ячейкалер, йазылым диагнозмлы база станциялары, ачык RAN компоненттери жана чоклу байланыш архитектуралари даха гөрүнүр хâле гележкошумчатир. Бу алтйапыларда ткошумча бир физикалык же санал база станциясынун гүжанан көкү катары кабул едилмеси, еле кечирмененн бир түйүнүн гениш масштабте йанылтыжы берүү йапмасына имкâн жанаребилир.

BORG’ун Түркия жагынан ткошумчаник маании, база станциясы берүүларыны ткошумча бир мекемесал сертификайа бторламак йерине бирден фазла шебкошумчае компонентинин ортак онайына дайандырмасыдыр. Бу йаклашым жасалма база станциялары, йаса дышы абоне излеме түзмөклары, йанлыш ажил абал дуйурулары жана еле кечирилмиш кичине ячейкалер гиби тобокелдиклерин маанилендирилмесинде изилдөө багытү сунмактадыр.

Ошону менен бирге изилдөө Түркиядаки оператөр өзөк тармаклары, Маалымат технологиялары жана байланыш мекемеси жөнгө салуулери, йерли база станциясы аппаратлары, коммерциялык USIM/eSIM алтйапысы же улусал долашым сенарйоларыйла тест жасалган эмес. Ошондуктан Түркияда түздөн-түз колдонууга мүмкүн бир үрүн же стандарт катары дегил, жергиликтүү тест жана стандардизасйон изилдөөлары үчүн изилдөө прототипи катары гөрүлмелидир.

Изилдөөнүн күчтүү жактары нелердир?

• Кванттан кийинки имзалары йалнызжа ишлем мөөнөтсийле дегил, чыныгы SIB1 бойуту, фрагментация жана берүү аралыкларыйла бирге маанилендирмкошумчатедир.
• Криптографик протоколү чыныгы зымсыз srsRAN/опен5GS тест стендине колдонмоктадыр.
• Ткошумча база станциясына бторлы гүжанани 2/3 гиби йапыландырылабилир чектик кол тамгайла дторытмактадыр.
• Сертифика зинжирини калдырарак жалпы криптографиялык жанарийи 144 байтта тутмактадыр.
• Кванттан кийинки там имзайы критикалык SIB1 йолуна кошумчалемкошумча йерине аудит жазууларында кулланарак перформанс жана узун дөнем эсеп берүүгө милдеттүүлүк арасында кечиш чөзүмү өнермкошумчатедир.
• Сахтежилик алгылама, тануудан баш тарта албастык жана класик текшерүү гүжананлиги үчүн бичимсел диагнозмлар жана индиргеме табанлы канытлар сунмактадыр.
• Криптографик чкошумчаирдкошумча жана зымсыз тест колдонмосыны ачык булактуу катары йайымламактадыр.

Изилдөөнын чектөөлөры нелердир?

• Бу изилдөө рецензиядан өтө элек бир препринттир.
• BORG там кванттан кийинки SIB1 аутентификациясы сторламаз; куантум салдырысыйла үрэтилен сахте имзайы олай кийинкинда канытламайы амачлар.
• Герчкошумча убакытлы салдыры өнлеме менен пост-мортем жасалмалоо далили ошол эле коопсуздук өзеллиги дегилдир.
• Денейлер коммерциялык оператор торында же дегиштирмененмейен коммерциялык телефон басебанднда йапылмамыштыр.
• 5Г тест стендиндкошумчаи өлчөөлер йалнызжа 10 ткошумчарарын орточосына дайаныр; стандарттык четтөө, ишеним аралыгы жана ката тилкелери билдирилген эмес.
• Изилдөө гениш масштабдуу йүзлерже же бинлерже база станциясы астында ачкыч бөлүштүрүү жана денетим сактоосынын операсйонел чыгымини өлчмсоруутир.
• Ешик мааниине ешит же даха фазла сайыда база станциясы еле кечирилирсе дторытык имза гарантиси корунмаз.
• Йан канал салдырылары, физикалык анахтар чыкарма жана аппарат арка капылары камтуу дышындадыр.
• Пасиф динлеме, зымсыз тоскоолдук, көлөкөлөө/ожанарсхадоwинг, физикалык катман салдырылары жана колдонуучу гизлилиги чөзүлмемкошумчатедир.
• Рөле салдырылары үчүн убакыт мөөрү өнерилмиш олса да месафе сынырлама протоколү уйгуланмамыш жана экспериментсел катары сынанмамыштыр.
• Долашым сенарйосу үчүн ар башка оператөрлер арасында гүжананилир ачык ачкыч бөлүштүрүү керек; бу ентеграсйон тест стендинде ырасталган эмес.
• Кимлик текшерүү башарысыз олдугунда коопсуздук йерине байланышйы сечен истеге бторлы изилдөө моду, колдонуучуйы кечижи катары догруланмамыш база станциясына бторлайабилир.
• Фаил-стоп мкошумчаанизмасынын башарысы дторытык аудит жазууларынын бүтүнлүгүне, гизли алдын ала иштетүү маанилеринин догру корунмасына жана гүжананилир AMF ишлемине бторлыдыр.
• Натыйжалар сечмененн аппарат, йазылым, күтүпхане жана SIB1 йапыландырмасы үчүн кечерлидир; ар башка колдонмолорда кечигүүлер дегишебилир.

Изилдөө эмнени колдойт?

Изилдөө, SIB1 үчүн түздөн-түз жана там сертифика зинжирли NIST-PQC имзаларынын инжеленен 5Г берүү кошулларында жидди фрагментация жана кечигүү үреттигини колдойт. Айрыжа иерархиялык идентификацияга негизделген 2/3 чектик кол тамганын ткошумча SIB1’е сыгабмененжкошумча кадар кичине тутулабилдигини жана контроллү зымсыз тест стендинде биркач миллисекундлик аяктан аягына кечигүүйле чалышабилдигини көрсөтөт.

Натыйжалар, хызлы класик чектик кол тамга менен кванттан кийинки гүжананли аудит жазуусунын айрылмасынын, 5Гнин анлык байланыш геркошумчасинимлери менен гележкошумчаткошумчаи эсеп берүүгө милдеттүүлүк хедефлери арасында колдонууга мүмкүн бир кечиш архитектураси олуштурабмененжегини колдойт.

Изилдөө эмнени далилдебейт?

• BORG’ун там кванттан кийинки гүжананли бир база станциясы имзасы олдугуну далилдебейт.
• Куантум салдырганын үреттиги сахте берүүларын колдонуучулары аракетлемеден мурун енгелленежегини гөстермемкошумчатедир.
• BORG’ун бүтүн 5Г оператөр торларына стандарт дегишиклиги олмадан түздөн-түз уйгуланабмененжегини далилдебейт.
• Тижари телефонлар, коммерциялык USIM’лер же жабык ресурслы база станциясы йазылымларыйла уйумлулук каныты сунмамактадыр.
• Рөле, карыштырма, көлөкөлөө, пассивдүү тыңшоо же колдонуучу гизлилиги сорунларына там чөзүм гетирмемкошумчатедир.
• ML-DSA’нын генел катары кулланышсыз олдугуну гөстермемкошумчатедир; сонуч йалнызжа SIB1’ин кичине жана периоддук берүү йапысындаки түздөн-түз кулланымыны хедефлемкошумчатедир.
• BORG’ун стандардизасйон, мевзуат, чыгым жана чоң масштабдуу бизнес жагынан хазыр бир коммерциялык үрүн олдугуну гөстермемкошумчатедир.

Изилдөөнүн методу жана жыйынтыктары

Изилдөө дизайны

Тест параметрелери

• Ишлемжи: Ынтел Жоре i7-12700H, 3,50 GHz.
• Беллкошумча: 16 ГиБ.
• Деполама: 512 ГиБ SSD.
• Ишлетим системи: Убунту 22.04.4 LTS.
• Радйо аппараты: Ики USRP Б210.
• Саат кайнторы: 10 MHz Лео Боднар GPSDO.
• 5Г йазылымлары: srsRAN жана опен5GS.
• Елиптик ийри: сежп224к1.
• Өзет ишлеви: SHA-256.
• Класик коопсуздук хедефи: 128 бит.
• Кванттан кийинки салыштыруу деңгээли: NIST Севийе Ы.
• srsRAN SIB1 бойуту: 79 байт.
• Криптографик ткошумчарар сайысы: 10.000.
• Каблосуз тест ткошумчарар сайысы: 10.

Ткошумча имза үчүн идеализе едилмиш натыйжалар

Негизги жыйынтыктар

• ML-DSA’нын хызлы криптографиялык текшерүүсына ртормен чоң имза жана сертифика зинжири, 5Г менентишим кечигүүсини баскын хâле гетирмиштир.
• 2/3 BORG’ун акыркы имзасы ткошумча бир SIB1 месажына сыгмыш жана кошумча SIB1 парчасы геркошумчатирмсоруутир.
• BORG’ун 144 байтлык там хийераршик кошумча йүкү, ML-DSA’нын 12.276 байтлык жалпы менентишим йүкүнден болжол менен 85 кат төмөнтүр.
• 2/3 BORG’ун 2,99 миллисекундлик аяктан аягына кечигүүси, ML-DSA’нын 662,47–5.282,47 миллисекундлик аралыгындан болжол менен 222–1.767 кат төмөнтүр.
• Меркезî BORG менен Schnorr-HIBS’ин перформансы бензердир; BORG’ун фаркы фаил-стоп хесап жанаребилирлиги жана чекли сүрүмде дторытык гүжанан сторламасыдыр.
• Кванттан кийинки денетим имзасы критикалык колдонуучу байланыш йолундан айрылдыгы үчүн SIB1 текшерүү убактысыни түздөн-түз артырмамыштыр.

Истатистиксел жана экспериментсел йорум сыныры

Изилдөөчүлөр криптографиялык ишлемлер үчүн 10.000, зымсыз тестлер үчүн 10 ткошумчарарын орточосыны жанармиштир. Анжак таблицалар стандарттык четтөө, медйан, уч маани, ишеним аралыгы же маанилүүлык тести ичермемкошумчатедир. Ошондуктан ыкмалер арасындаки мөөнөт фарклары ачык жана чоң олса да өлчөөлерин өзгөрмөлиги сандык катары маанилендирмененмемкошумчатедир.

ML-DSA кечигүү аралыгынын гениш олмасынын недени криптографиялык ишлем өзгөрмөлигинден чок SIB1 берүү интервалынын 20–160 миллисекунд арасында дегишебилмеси жана парчаларын арджарык фигураде тамамланма геркошумчасинимидир. Натыйжаларын ар башка база станциясы убакытлайыжылары, ар башка SIB1 долулук катыштары жана ар башка радйо кошулларында йениден өлчүлмеси керек.

Булак жана метод эскертмеси

Изилдөөнын өзгүн ады: Футуре-Проофинг Аутхентижатион Агаинст Ынсежуре Боотстраппинг фор 5Г Нетwоркс: Феасибилитй, Ресилиенжй, анд Ажжоунтабилитй

Авторлор: Салех Дарзи; Мирза Масфиqур Рахман; Ымтиаз Карим; Роузбех Бехниа; Аттила Алтай Йавуз; Елиса Бертино.

Автор сыраламасы: Инжеленен изилдөөда йер алдыгы бичимде корунмуштур.

Еш каткы же еш биринчи йазарлык: Белиртилмсоруутир.

Жооптуу автор: Йүкленен изилдөөда өзел бир байланыш автору ишарети жок. SSRN кайдында Салех Дарзи байланыш автору катары листеленмкошумчатедир.

Мекемелар: Беллини Жоллеге оф Артифижиал Ынтеллигенже, Жйберсежуритй анд Жомпутинг, Унижанарситй оф Соутх Флорида; Департмент оф Жомпутер Сжиенже, Пурдуе Унижанарситй; Департмент оф Жомпутер Сжиенже, Унижанарситй оф Теxас ат Даллас; Сжхоол оф Ынформатион Сйстемс, Унижанарситй оф Соутх Флорида.

арXив кимлиги: арXив:2510.23457в3.

DOI:10.48550/арXив.2510.23457

SSRN кайды:SSRN өзет нумарасы 6900315

Ресмî арXив байланышсы:арXив изилдөө сайфасы

Ачык ресурс колдонмо:BORG-Scheme ГитХуб депосу

Жарыялоо жылы: Илк арXив сүрүмү 2025; инжеленен гүнжел в3 сүрүмү 7 Хазиран 2026 тарихлидир.

Булак түрү: Криптографик протокол тасарымы, бичимсел коопсуздук анализи жана чыныгы зымсыз 5Г тест стенди ичерен препринт.

Рецензия абалы: Бу изилдөө рецензиядан өтө элек бир препринттир; натыйжалары бу сынырлылык диккате алынарак окунмалыдыр.

Журнал жана берүүеви: Хакемли жана кабул едилмиш бир дерги берүүы ырасталган эмес. Йүкленен сүрүм йалнызжа “Препринт субмиттед то Елсевиер” ифадесини ташымактадыр. Изилдөөчүнын кишисел сайфасы Елсевиер Жомпутер Нетwоркс башвурусуну, ГитХуб ачыкламасы исе IEEE Трансажтионс он Депендабле анд Сежуре Жомпутинг башвурусуну белиртмкошумчатедир. Кайнаклар арасындаки бу челишки неденийле так дерги же берүүеви билгиси берилген эмес.

Десткошумча билгиси: Изилдөө CNS 2350213, NSF 2112471, Унижанарситй оф Теxас Сйстем Рисинг STARs Аwард 40071109 жана Унижанарситй оф Теxас ат Даллас баштапкы фонуйла десткошумчаленмиштир.

Бу Түркче макала, йүкленен изилдөөнын метни, формүллери, алгоритмлары, таблицалары, 5Г протокол шемалары, техдит визуаллери жана тест стенди инжеленеркошумча хазырланмыштыр. Дыш ресурстар йалнызжа башлык, йазар сырасы, арXив сүрүмү, DOI, код репозиторийи жана берүү абалу гиби библийографик кимлик билгмененринин догруланмасы үчүн колдонулган. Йүкленен изилдөөда булунмайан билимсел сонуч кошумчаленмсоруутир.

Изилдөөнын темел ыкмасел сынырлары; рецензенттик баалоонин булунмамасы, коммерциялык оператор сахасында сынанмамасы, там кванттан кийинки чыныгы убакытлы аутентификация сторламамасы, зымсыз тестлерде йалнызжа 10 ткошумчарар кулланылмасы, өлчөө белирсизлигинин рапорланмамасы жана чок чоң тор өлчегинин экспериментсел катары маанилендирилмемесидир. BORG’ун сундугу фаил-стоп өзеллиги, куантум салдырысыны мурунден енгеллейен там бир кванттан кийинки имза дегил; олай кийинкинда догруланабилир жасалмалоо далили үретмейи амачлайан кечиш дөнеми коопсуздук мкошумчаанизмасыдыр.