Квант ачкычтарын бөлүштүрүү, ики узак нокдиагнозн симметриялык шифрлөө анахтарларыны квант физикасынин өзелликлеринден йарарланарак пайлашмасыны сторлар. Анжак гүнүмүзде коммерциялык катары кулланылабмененн QKD системлеринин месафеси жана жашыруун ачкыч өндүрүү ылдамдыгы чектелген. Чок узак колдонуучулар арасында квант ачкычы олуштурулмак истендигинде анахтарын бирден фазла ишенимдүү аралык түйүн үстүндөн актарылмасы керек. Хер аралык түйүнде йапылан шифрлөө, чечмелөө жана ачкыч башкаруу ишлемлери кызматин башламасыны гежиктиребилир.

Бу изилдөөда изилдөөчүлөр, кванттык коопсуз бир кызмат талеби гелмеден мурун белирли түйүн жуптары үчүн анахтар хазырлайан проактиф бир квант ачкычы актарма алгоритмсы өнермкошумчатедир. Алгоритм; актарма йолунун узунлугуну, түйүндөр арасында булунан анахтар сайысыны жана мевжут анахтарларын калган пайдалануу мөөнөтүнү бирге маанилендирмкошумчатедир. Ишлем ики баскычда йүрүтүлмкошумчатедир: Өнже колдонуучу тармагында бирбирине комшу кызмат нокталары үчүн 1-хоп анахтарлары, ардындан даха узак нокталар үчүн н-хоп анахтарлары хазырланмактадыр.

Ыкма, NSFNET жана COST 266 топологияларинден түретмененн ики квант ачкычтарын бөлүштүрүү тармагы үстүндө симүле едилмиштир. NSFNET табанлы сенарйода салттуу талап боюнча актарымын орточо ачкыч жооп кечигүүсү 607,7 миллисекундйкен, йалнызжа 1-хоп проактиф актарымда 91,3 миллисекундйе жана 1-хоп менен н-хоп баскычтарынын бирге кулланылмасында 65,6 миллисекундйе дүшмүштүр. Бу сон маани салттуу ыкмае боюнча болжол менен %89,2 даха төмөн кечигүүйе туура келет. Айны кошулда кванттык коопсуз бичимде камсыздалган кызмат саны 31.665’тен 27.911’е дүшмүш; жалпы салыштырмалуу жоготуу болжол менен %11,9 олмуштур.

COST 266 табанлы сенарйода кечигүү 505,4 миллисекундден 109,1 миллисекундйе дүшеркошумча болжол менен %78,4 азайган. Буна каршылык камсыздалган кызмат саны 33.533’тен 28.156’йа гермененмиш жана болжол менен %16 жоготуу олушмуштур. Натыйжалар, анахтарларын мурунден хазырланмасынын кызмати хызландырабилдигини; бирок талеп гелмеден түкетмененн жана пайдалануу мөөнөтү долан анахтарларын жалпы кызмат кубаттуулугуни азалтабилдигини көрсөтөт.

Изилдөө физикалык бир QKD тест ортамы кулланмамактадыр. Кечигүүлер туруктуу түйүн ишлем мөөнөтлеринден хесапланмыш, анахтар үретими оласылыксал бир модельле темсил едилмиш жана симуляция йалнызжа бир секундйе каршылык гелен 1000 убакыт тилими бойунжа йүрүтүлмүштүр. Ошондуктан өнермененн ыкма, чыныгы торлара актарылмадан мурун физикалык QKD түзмөклары, чыныгы трафик жана даха узун мөөнөтли эксперименттерле текшерилиши керек.

Квант ачкычтарын бөлүштүрүү нейи гүжананже алтына алыр?

Квант ачкычтарын бөлүштүрүү же QKD, ики тараф арасында симметриялык шифрлөөде кулланылажак жашыруун ачкычларын пайлашылмасыны амачлар. Куантум абалдарынын өлчөө сырасында бозулмасы неденийле квант каналына йапылан бир динлеме гиришими илке катары теспит едмененбилир.

QKD түздөн-түз бүтүн колдонуучу жанарисини квант каналы үстүндөн ташымаз. Систем мурун ики уч арасында ортак бир жашыруун ачкыч үретир. Бу анахтар даха кийин ткошумча кулланымлык шифрлөө же AES гиби симетрик криптографик ыкмалерде кулланылабилир. Хаберлешменин гүжананлиги йалнызжа QKD протоколүне дегил; уч түзмөкларын, кимлик текшерүүнын, ачкыч башкаруучуларнин, класик менентишим каналынын жана актарма түйүндөринин гүжананлигине де бторлыдыр.

Изилдөөда кулланылан катманлы тармак архитектурасы

Сайфа 2’дкошумчаи Фигура 1, ITU-T тарафындан диагнозмланан кванттык коопсуз тармак архитектурасыни дөрт катманда көрсөтөт:

Изилдөөда ошол эле конумда булунан анахтар багытетижиси менен она бторлы QKD модульү бирге “QKD түйүнү” катары адландырылмактадыр. Кулланыжы колдонмосынын булундугу хер ноктада бир QKD түйүнү вардыр; бирок узун месафели байланышларда бунларын арасына йалнызжа анахтар актармак үчүн кулланылан кошумча QKD түйүндөри йерлештирилмкошумчатедир.

Гүжананмененн өткөрүү түйүнү неден зарыл?

Тижари BB84 табанлы QKD системлеринде ткошумча бир куантум байланышсынын еришебмененжеги месафе чектелген. Ики колдонмо түйүнү түздөн-түз QKD анахтары үретемейежкошумча кадар узакса арайа гүжананмененн түйүндөр конулур.

Сайфа 5’ткошумчаи Фигура 2 ики актарма ыкмаини көрсөтөт. Илк ыкмаде комшу ики QKD түйүнү арасында үретмененн анахтарлардан бири узак учлар үчүн кызмат анахтары катары ташыныр. Икинжи ыкмаде баштапкы түйүнү кванттык кокус сан генераторунден көз карандысыз бир растгеле анахтар олуштурур жана бу анахтары хер байланышдаки QKD анахтарыйла XOR операциясы кулланарак аралык түйүнлер үстүндөн менентир.

Өрнегин а, б жана ж түйүндөри үчүн а менен ж арасында түздөн-түз QKD байланышсы йокса а–б анахтары \(к_{а,б}\), б–ж анахтары исе \(к_{б,ж}\) катары гөстермененбилир. Растгеле кызмат анахтары \(к_р\), а түйүнүнде мурун \(к_{а,б}\) менен шифреленир. б түйүнү бу анахтары чөзер, ардындан \(к_{б,ж}\) менен ткошумчарар шифрелейеркошумча ж түйүнүне гөндерир.

Бу ыкмаин критикалык коопсуздук кошулу, б түйүнүнүн гүжананилир олмасыдыр. Ара түйүн кызмат анахтарынын ачык хâлине еришебилдиги үчүн еле кечирилмеси учтан ужа гизлилиги бозабилир. Изилдөө, өлчөө түзмөгүнөн көз карандысыз же түзмөктөн көз карандысыз QKD йаклашымларынын бу божомолы азалтабмененжегини белиртмкошумчале бирге өнермененн симуляцияда коммерциялык BB84 жана гүжананмененн түйүн модельи кулланылмактадыр.

Анахтар йашам мөөнөтси неден маанилүү?

Анахтар багытетижиси хер квант ачкычына белирли бир пайдалануу мөөнөтү атамактадыр. Өмрү долан анахтар, кулланылмамыш олса бменен хавуздан чыкарылыр. Бирден фазла анахтар түкетмененркошумча узак ики түйүн арасында йени анахтар олуштурулдугунда, йени анахтарын ктармак өмрү кулланылан анахтарларын ен кыса ктармак өмрүне ешитленмкошумчатедир.

Өрнегин \(к_{а,б}\), \(к_{б,ж}\) жана \(к_р\) анахтарларынын калган мөөнөтлери сырасыйла \(л_{а,б}\), \(л_{б,ж}\) жана \(л_р\) исе актарма сонунда олушан анахтарын ктармак өмрү:

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

катары белирленмкошумчатедир. Бу курал, мурунден олуштурулан узун месафели анахтарларын хызлы бичимде мөөнөтсинин долабилмесине йол ачар. Демек проактиф актарым кечигүүйи азалтыркен хенүз талеп гелмеден кыт анахтар ресурстарыны түкетебилир.

Квант ачкычы йаныт кечигүүси насыл аныкталган?

Сайфа 7’дкошумчаи Фигура 3, ITU-T Й.3807 стандардына дайанан беш баскычлы анахтар сторлама мөөнөтжини көрсөтөт:

1. Уйгулама түйүнү а, а менен ж арасындаки кызмат үчүн QKDN’ден анахтар истер.
2. QKDN, анахтары жана анахтар кимлигини а түйүнүне жанарир.
3. а колдонмосы анахтар кимлигини ж колдонмосына билдирир.
4. ж колдонмосы ошол эле кимликле QKDN’ден анахтары истер.
5. QKDN, каршылык гелен анахтары ж колдонмосына сторлар.

Квант ачкычы йаныт кечигүүси же KRD, биринчи адымын башлангыжындан бешинчи адымын битимине кадар кечен мөөнөт катары диагнозмланмактадыр:

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

Бурада \(р_{сд}^{т,и}\), т анында с жана д түйүндөри арасында олушан и’нжи кванттык коопсуз кызмат сурамыдир. \(\tau_{мн}\), анахтар сторлама ишлеминин илгили адымлары арасындаки мөөнөтйи темсил едер.

Талап боюнча чалышан салттуу ыкмаде ачкыч өткөрүү биринчи жана экинчи адымлар арасында йапылыр:

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

\(\tau_{21\setminus релай}\), актарма булунмадыгында кечен мөөнөтйи; \(т_{\mathrm{relay}}\{п(р)\}\) исе сечмененн йол үстүндөки анахтар актарма ишлемлеринин жалпы мөөнөтсини гөстерир.

Изилдөөда актарма дышындаки бүтүн анахтар сторлама ишлемлери үчүн жалпы 20 миллисекунд кабул едилмиштир. Ара түйүндкошумчаи хер актарма ишлеми 20 миллисекунд, колдонмо түйүнүйле ошол эле конумдаки QKD түйүнүнде йапылан хер актарма ишлеми исе 40 миллисекунд катары модельленмиштир:

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

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

• \(Н_Q\): Йол үстүндө колдонмо түйүнү булунмайан QKD түйүндөринин сайысыдыр.
• \(Н_{QA}\): Уйгулама түйүнүйле ошол эле конумдаки QKD түйүндөринин сайысыдыр.
• \(Т_Q=20\) мс жана \(Т_{QA}=40\) мс катары кабул едилмиштир.

Бу модельде кечигүү, йол үстүндөки өткөрүү түйүнү сайысыйла сызыктуу бичимде артмактадыр. Проактиф ыкмаин темел амажы, исткошумча гелмеден актарым йапарак исткошумча анындаки \(Н_Q\) жана \(Н_{QA}\) маанилерини азалтмактыр.

Кечигүү модельинин камтууы

Денклемде колдонмолор арасындаки үчүнчү месажын менентим кечигүүси хесаба катылмамыштыр. Изилдөөчүлөр бу мөөнөтнин кулланылан криптографик колдонмойа бторлы олдугуну жана QKDN’нин кызмат калитесини түздөн-түз темсил етмедигини белиртмкошумчатедир.

Меркези көзөмөлчүнин тор абалуну жалпыа, йол хесаплама жана контрол месажы гөндерме мөөнөтлери де мурунден чыныгылештирилдиги варсайыларак KRD дышында быракылмыштыр. Бөйлеже модель есас катары ачкыч башкаруучуларндкошумчаи актарма ишлем чыгымини өлчмкошумчатедир. Герчкошумча учтан ужа кызмат башлатма кечигүүси бундан даха жогорку олабилир.

Проактивдүү ачкыч өткөрүүнын темел фикри

Талап боюнча ыкмаде узун месафели анахтар, колдонуучу истеги гелдиктен кийин олуштурулур. Проактиф ыкмаде исе торын бош же ресурс жагынан уйгун олдугу анда гележкошумчате кулланылабмененжкошумча анахтарлар хазырланыр.

Бу ишлем байланыш деңгээлиндкошумчаи ачкыч бассейндерины, мурунден актарылмыш чок атламалы ачкыч бассейндерина дөнүштүрмкошумчатедир. Кулланыжы талеби гелдигинде уйгун бир мурунден хазырланмыш анахтар булунурса узун актарма зинжири йениден чалыштырылмаз жана кызмат даха кыса мөөнөтде башлар.

Сайфа 10’даки Фигура 5, ики проактиф баскычйы айырмактадыр:

• 1-хоп проактиф актарым: Кулланыжы торында түздөн-түз комшу колдонмо түйүндөрүне бторлы QKD түйүндөри үчүн мурунден анахтар олуштурур.
• н-хоп проактиф актарым: Кулланыжы торында бирден фазла байланышйла айрылан даха узак колдонмо түйүндөрү үчүн анахтар олуштурур.

Бурадаки “хоп” ифадеси QKD торындаки физикалык өткөрүү түйүнү сайысыны дегил, колдонуучу тармагындаки колдонмо түйүндөрү арасындаки узаклыгы көрсөтөт. Кулланыжы торында 1-хоп олан бир чифтин QKDN йолунда чок сайыда ара QKD түйүнү булунабилир.

Хер убакыт тилиминдкошумчаи ишлем сырасы

Сайфа 11’дкошумчаи Фигура 6, бир убакыт тилиминдкошумчаи ачкыч башкарууни шу сырайла көрсөтөт:

1. Мевжут анахтарларын ктармак кулланым өмүрлеринин азалтылмасы,
2. Сүреси долан анахтарларын силинсультси,
3. QKD байланышларында йени анахтарларын үретилмеси,
4. 1-хоп проактивдүү ачкыч өткөрүүнын чалыштырылмасы,
5. н-хоп проактивдүү ачкыч өткөрүүнын чалыштырылмасы,
6. Кванттык коопсуз кызмат сурамдарынин алынмасы,
7. Исткошумчалере анахтар сторланмасы.

Айны убакыт тилиминде бирден фазла кызмат сурамы булунурса исткошумчалер илк гирен илк чыкар сырасыйла ишленмкошумчатедир. Уйгун QKD анахтары булунамайан истегин кванттык коопсуз кызмат катары каршыланмадыгы, бунун йерине кванттан кийинки криптография гиби башка бир корума ыкмаийле еле алынабмененжеги варсайылмыштыр.

1-хоп проактиф анахтар алгоритмсы

Сайфа 12’дкошумчаи Алгоритм 1, колдонуучу тармагында түздөн-түз комшу олан бүтүн түйүн жуптарыни маанилендирмкошумчатедир. Хер чифт үчүн QKDN үстүндөки эң кыска жол белирленмкошумчатедир.

Проактиф актарымын йапылабилмеси үчүн ики ана кошул уйгуланмактадыр:

1. Йол үстүндөки хер байланышда булунан анахтар сайысы, хедеф түйүн чифти арасында мурунден хазырланмыш анахтар сайысындан фазла олмалыдыр.
2. Йол үстүндө кулланылажак анахтарларын ен узун жана ен кыса калган мөөнөтлери арасындаки фарк \(тх_1\) ешигинден кичине олмалыдыр.

Икинжи кошул:

\[ л_{\max}-л_{\min}

шкошумчалиндедир. Ктармак өмүрлери бирбирине йакын анахтарларын бирге түкетилмеси, узун өмүрлү бир анахтарын чок кыса өмүрлү бир анахтар йүзүнден эрте кечерсиз хâле гелмесини азалтмайы амачламактадыр.

Кошуллар сторланырса йол үстүндөки байланышлардан бирер анахтар чыкарылыр жана хедеф 1-хоп түйүн чифтинин хавузуна йени бир анахтар кошумчаленир. Йени анахтарын өмрү йол үстүндө түкетмененн анахтарларын ен төмөн ктармак өмрүне ешитленир.

н-хоп проактиф анахтар алгоритмсы

Сайфа 14’ткошумчаи Алгоритм 2, 1-хоп баскычсынын чыктысыны кулланарак даха узак түйүн жуптары үчүн анахтар хазырлар. Хер уч чифт үчүн колдонуучу тармагындаки ен кыса байланыш сайысы хесапланмакта жана шу салмак кулланылмактадыр:

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

• \(К(с,д)\), с жана д арасында хâлихазырда булунан проактиф анахтар сайысыдыр.
• \(дист(с,д)\), колдонуучу тармагындаки эң кыска жолун байланыш сайысыдыр.

Дүгүм чифтлери торырлыга боюнча кичинетен бүйүге сыртармакыр. Бөйлеже даха аз анахтары булунан жана боюнчаже даха йакын олан чифтлере мурунлик жанарилмеси амачланыр.

1-хоп хавузларында хедеф н-хоп чифтинден даха фазла анахтар булунмасы жана анахтар өмүрлери арасындаки фаркын \(тх_н\) ешигини ашмамасы хâлинде актарма чыныгылештирилир:

\[ л_{\max}-л_{\min}

н-хоп анахтары үретмкошумча үчүн биркач 1-хоп проактиф анахтар түкетилдигинден, мөөнөтү бүткөн бир н-хоп анахтарынын ресурс чыгыми даха жогоркутир. Изилдөөчүлөр ошондуктан:

[ th_n\leq th_1 \]

куралыны өнермкошумчатедир.

Ешиклер кечигүү менен кубаттуулук арасындаки денгейи насыл дегиштирир?

\(тх_1\) жана \(тх_н\) йүкселдикче калган мөөнөтлери даха ар башка анахтарларын бирге кулланылмасына изин жанарилир. Бөйлеже проактиф актарым даха сык чалышыр жана даха фазла узак уч анахтары мурунден хазырланыр.

Бүйүк босого:

• Исткошумча анындаки актарма ишлемлерини азалтыр.
• Орточо KRD’йи дүшүрүр.
• Талеп гелмеден даха фазла байланыш анахтары түкетир.
• Кулланылмадан мөөнөтү бүткөн анахтар сайысыны артырабилир.
• Кванттык коопсуз кызмат камсыздоо катышыны дүшүребилир.

Күчүк босого исе анахтарлары корур, бирок даха фазла истегин талап боюнча узун актарма йолларындан кечирилмесине неден олур.

Симүласйонда кулланылан торлар

Сайфа 16’даки Фигура 7’де NSFNET жана COST 266 омурга топологиялари гөстерилмкошумчатедир. Хер колдонуучу тармагы байланышсына болжол менен 100 километреде бир гүжананмененн QKD өткөрүү түйүнү кошумчаленмиштир.

NSFNET даха аз колдонуучу түйүнүне сахип олмакла бирге базы байланышлары 2800 километрейе улашан даха узун йоллар ичермкошумчатедир. COST 266 даха фазла колдонуучу түйүнү жана даха йогун бир байланыш йапысы сунмактадыр. Бу фарклар алгоритмнын тор өлчеги жана байланыш йогунлугу каршысындаки давранышыны салыштыруук үчүн колдонулган.

Симүласйон параметрелери

Нормал дторылым негатиф сонуч үретирсе о убакыт тилиминде анахтар үретилмемиштир. Ошону менен бирге кесирли натыйжаларын там анахтар сайысына насыл дөнүштүрүлдүгү түшүндүрүлгөн эмес.

Анахтар хавузунун 100.000 катары белирленмесине ртормен бир байланышда 20 убакыт дилимлик өмүр бойунжа бкошумчаленен анахтар миктары болжол менен 200’дүр. Ошондуктан билдирмененн кошулларда хавуз кубаттуулукси пратикте бторлайыжы бир сыныр олуштурмамактадыр. Изилдөө туруктуу хавуз кубаттуулуксини моделье кошумчалемиш олса да натыйжалардаки темел чектөө анахтарын кыса йашам мөөнөтсидир.

1-хоп алгоритмсынын кечигүү натыйжалары

Сайфа 18’дкошумчаи Фигура 8, \(тх_1\) маании 0’дан 20’йе йүкселдигинде KRD’нин хер ики топологияде де азалдыгыны көрсөтөт. \(тх_1=0\), проактиф актарым йапылмайан салттуу талап боюнча ыкмае туура келет.

NSFNET’те %50 исткошумча йүкүнде талеп анында геркошумчаен орточо актарма ишлеми 28,8’ден 2,8’е дүшмүштүр. COST 266’да ошол эле йүк астында маани 24,4’тен 5,5’е гермененмиштир. KRD денклеминде кечигүү түздөн-түз актарма сайысыйла байланышлы олдугундан бу азаюу натыйжалара йансымыштыр.

Хизмет сторлама катышындаки жоготуу

Проактиф актарым анахтарлары мурунден түкеттиги үчүн \(тх_1\) йүкселдигинде кванттык коопсуз бичимде каршыланан исткошумчалерин катышы генелликле азайган.

Өрнегин NSFNET’ин %50 йүк сенарйосунда KRD болжол менен %85 азалыркен сторлама катышы %70,0’тан %62,5’е дүшмүштүр. Бу маани 7,5 йүзде пуан же боюнчали катары болжол менен %10,7 жоготуу анламына гелир. Йүзде пуан дүшүшү менен баштапкы мааниине боюнча салыштырмалуу жоготуу бирбиринден айрылмалыдыр.

Проактиф анахтарларын не кадары кулланылмадан сона ермиштир?

Сайфа 20’дкошумчаи Фигура 9, COST 266 топологиясинде %10 исткошумча йүкү астында \(тх_1\) йүкселдикче үретмененн проактиф анахтар сайысынын хызла арттыгыны көрсөтөт.

\(тх_1=20\) кошулунда:

• 4353 адет 1-хоп проактиф анахтар түзүлгөн.
• Йаклашык 3098 анахтар кызматлерде колдонулган.
• Йаклашык 1249 анахтар кулланылмадан убакыттан өтүүна уграмыштыр.
• Таблица 5’е боюнча кызматте кулланым катышы %71, сона ерме катышы %29’дур.

\(тх_1=18\) мааниинде сона ерме катышы %9 икен \(тх_1=20\) мааниинде %29’а чыкмыштыр. Бу сонуч, даха салдырган проактиф актарымын кечигүүйи азалтыркен анахтар исрафыны хызла артырдыгыны көрсөтөт.

н-хоп баскычсынын кошумча каткысы

Сайфа 22’дкошумчаи Фигура 10’да н-хоп баскычсынын таасири, \(тх_1=15\) жана \(тх_1=20\) үчүн айры айры гөстерилмиштир. \(тх_1=15\) олдугунда йетерли сайыда 1-хоп анахтары хазырланмадыгы үчүн н-хоп ешигинин артырылмасы KRD’йи чок аз дегиштирмиштир.

\(тх_1=20\) олдугунда исе н-хоп баскычсынын кулланабмененжеги даха фазла 1-хоп анахтары бар:

NSFNET’те н-хоп баскычсы камсыздалган кызмат саныны 28.245’тен 27.911’е дүшүрмүш; кошумча жоготуу болжол менен %1,2 олмуштур. COST 266’да исе сайы 30.321’ден 28.156’йа гермененмиш жана болжол менен %7,1 кошумча жоготуу олушмуштур. Демек н-хоп баскычсынын кубаттуулук чыгыми топологияйе боюнча белиргин бичимде дегишмкошумчатедир.

Геленкошумчасел, 1-хоп жана н-хоп ыкмалеринин түздөн-түз салыштыруусы

Сайфа 24’ткошумчаи Фигура 11 үч ыкмаин сечилмиш кошуллардаки салыштыруусыны жанармкошумчатедир.

NSFNET сенарйосунда там проактиф ыкмаин кечигүүси салттуу ыкмае боюнча болжол менен %89,2 азалмыш, камсыздалган кызмат саны болжол менен %11,9 дүшмүштүр. COST 266 сенарйосунда кечигүү болжол менен %78,4 азалыркен кызмат сайысындаки жоготуу болжол менен %16 олмуштур.

Бу ики сонуч, “кечигүүде болжол менен %89 азаюу” мааниинин хер топология үчүн кечерли олмадыгыны көрсөтөт. Ен жогорку казанч сечмененн NSFNET кошулунда алынган.

н-хоп анахтарларын кулланым катышы

Сайфа 25’ткошумчаи Фигура 12, COST 266 топологиясинде \(тх_1=20\) жана %10 исткошумча йүкү үчүн проактиф анахтарларын кулланымыны көрсөтөт.

\(тх_н=20\) олдугунда:

• 4351 адет 1-хоп проактиф анахтар түзүлгөн.
• Бунларын 2511’и н-хоп анахтары үретмкошумча үчүн түкетилмиштир.
• 1391’и түздөн-түз кызмат сурамдарынде колдонулган.
• 447’си мөөнөтси долдугу үчүн силинмиштир.
• 1155 адет н-хоп анахтары түзүлгөн.
• 810 н-хоп анахтары кызматлерде колдонулган.
• 345 н-хоп анахтары кулланылмадан сона ермиштир.

Таблица 7’йе боюнча \(тх_н=20\) кошулунда н-хоп анахтарларынын %70’и кызматте кулланылмыш, %30’у мөөнөтси долдугу үчүн кайбедилмиштир. Проактиф анахтар олуштурма агресифлештигинде кулланылан мутлак анахтар сайысы артса да жоготуу ресурс миктары да бүйүмкошумчатедир.

Натыйжаларын догру йорумланмасы

Изилдөө, торын бүтүн исткошумчалерини хем даха хызлы хем де ошол эле башары катышыйла каршылайан чыгымсиз бир ыкма гөстермемкошумчатедир. Ортайа чыкан сонуч бир дегиш токуштур:

• Өнжеден анахтар хазырланырса башарыйла каршыланан исткошумчалер даха кыса бкошумчалер.
• Фазла анахтар хазырланырса бунларын бир бөлүмү кулланылмадан сона ерер.
• Анахтар хавузлары геркошумчасиз йере түкетилирсе базы йени исткошумчалер QKD анахтары буламаз.
• Ешиклер төмөн тутулурса ресурс корунур факат KRD йениден йүкселир.

Ошондуктан тармак операторунин йалнызжа ен төмөн KRD’йи хедефлемеси уйгун дегилдир. Кабул едмененбилир кечигүү, исткошумча енгеллеме катышы, анахтар үретим кубаттуулукси жана кызмат мурунликлери бирге маанилендирилмелидир.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

• KRD, ITU-T’нин беш баскычлы анахтар сторлама мөөнөтжине бторланарак математикалык бичимде аныкталган.
• Талап боюнча актарым менен проактиф актарым ошол эле симуляция түзүлүшинде салыштырылган.
• Сонлу анахтар өмрү хесаба катылмыш жана кулланылмадан сона ерен анахтарлар изленмиштир.
• Анахтар үретими туруктуу дегил, стокастик катары модельленмиштир.
• Анахтар миктары менен ктармак анахтар өмрү ошол эле актарым чечимында колдонулган.
• 1-хоп жана н-хоп баскычтары айры айры маанилендирмененркошумча хер баскычнын кошумча каткысы гөстерилмиштир.
• Фарклы чоңлүк жана байланыш йапысына сахип NSFNET жана COST 266 топологиялари колдонулган.
• Кечигүүнин йанында кызмат камсыздоо катышы жана анахтар кулланым жанаримлилиги де баяндалган.
• Проактиф актарымын хер кошулда йарарлы олмадыгы ачыкча гөстерилмиштир.

Башлыжа чектөөлөр

• Изилдөө рецензиядан өтө элек бир препринттир.
• Физиксел QKD түзмөкы, чыныгы анахтар багытетижиси же саха торы кулланылмамыштыр.
• Актарма башына 20 жана 40 мс мөөнөтлери туруктуу кабул едилмиш; түзмөк, ишлемжи жана колдонмойа боюнча дегишим модельленмемиштир.
• Йайылым, куйрук, тор көзөмөлчүси, йол хесаплама жана контрол сигналлешмеси кечигүүлери KRD дышында быракылмыштыр.
• Симүласйон йалнызжа 1000 мс сүрмкошумчатедир; узун мөөнөтли денге давранышы гөстерилмемиштир.
• Бторымсыз симуляция ткошумчарарлары, кокустук уруктары, стандарттык четтөөлар жана ишеним интервалдары билдирилген эмес.
• Хер түйүн чифтинин хер миллисекундде %10–%50 оласылыкла исткошумча олуштурмасы чыныгы бир кызмат трафигийле калибре жасалган эмес.
• Хер QKD байланышсына ошол эле анахтар үретим дторылымы уйгуланмыш; байланыш месафеси, оптикалык жоготуу, ката катышы жана түзмөк ар башкалыгы хесаба катылмамыштыр.
• Үретмененн анахтарларын бит узунлугу белиртилмемиштир; “анахтар сайысы” чыныгы гизли ачкыч бит ылдамдыгына бторланмамыштыр.
• Нормал дторылымдан чыкан кесирли анахтар сайыларынын насыл там сайыйа чеврилдиги түшүндүрүлгөн эмес.
• 100.000 анахтарлык хавуз, кыса анахтар өмрү неденийле симуляцияда таасирн бир чектөө дегилдир.
• Орточо KRD йалнызжа башарыйла сторланан исткошумчалерден эсептелген; енгелленен исткошумчалерин кечигүү чыгыми йок сайылмыштыр.
• Орточо маанилер жанарилмиш; кечигүүнин йүзде 95 же йүзде 99 куйрук маанилери билдирилген эмес.
• Өнермененн ыкма йалнызжа салттуу талап боюнча актарымла каршылаштырылмыш; гүнжел пре-релай жана анахтар пре-флоодинг ыкмалери экспериментсел темел ыкма катары уйгуланмамыштыр.
• \(тх_1\) жана \(тх_н\) босоголори таранмыш, бирок трафик дегишимине чеврим ичи уйум сторлайан бир босого көзөмөлчүсү гелиштирилмемиштир.
• Гүжананмененн өткөрүү түйүнүнүн еле кечирилмеси, кызмат редди салдырылары жана ачкыч башкаруу катмары гүжананлиги инжеленмемиштир.
• Натыйжалардаки “%88”, “%89” жана хесапланан болжол менен “%89,2” ифаделери кичине бир рапорлама тутарсызлыгы олуштурмактадыр.
• Код, симуляция бетиклери, үретмененн олай акышлары жана кокустук уруктары үчүн ачык еришим байланышсы берилген эмес.

Изилдөө эмнени колдойт?

Натыйжалар, гүжананмененн актарма түйүндөри кулланан жана анахтар актарма мөөнөтси түйүн сайысыйла бүйүйен бир QKD торында, базы уч чифтлери үчүн анахтарларын мурунден хазырланмасынын башарыйла каршыланан исткошумчалерин орточо йаныт кечигүүсини белиргин бичимде азалтабмененжегини колдойт.

Изилдөө айрыжа проактиф актарымын анахтар өмрү диккате алындыгында үжретсиз олмадыгыны көрсөтөт. Анахтарларын талеп олушмадан түкетилмеси жана йени анахтарын ен кыса ктармак өмрү девралмасы, кулланылмадан сона ерен ресурс миктарыны артырабилмкошумчатедир.

Ики баскычлы йапы, кыса месафели чифтлер үчүн хазырланан анахтарларын даха узак чифтлерин анахтар үретиминде кулланылабмененжегини көрсөтөт. Анжак н-хоп баскычсынын кошумча йарары, йетерли миктарда 1-хоп анахтары хазырланмасына бторлыдыр.

Изилдөө эмнени далилдебейт?

Изилдөө, чыныгы бир улусал QKD торында кечигүүнин так катары %88 же %89 азалажторыны далилдебейт. Билдирмененн катышлар сечмененн топологиялар, туруктуу ишлем мөөнөтлери, 20 миллисекундлик анахтар өмрү жана белирли трафик модельлери астында алынган.

Изилдөө проактиф ыкмаин гүжананлиги артырдыгыны да гөстермемкошумчатедир. Ыкма анахтар сторлама кечигүүсини багытетмкошумчатедир; QKD протоколүнүн коопсуздук далилины, ишенимдүү өткөрүү түйүнү божомолыны же колдонмо катманындаки шифрлөө гүжананлигини дегиштирмемкошумчатедир.

Айрыжа ен чоң босоголорин хер тор үчүн ен ийи бизнес политикасы олдугу сөйленемез. Ен жогорку босоголор KRD’йи дүшүрүркен базы сенарйоларда камсыздалган кызмат саныны %16’йа варан катышда азалтмыштыр.

Түркия жагынан оласы өнеми

Изилдөөнын йаклашымы; Түркияда кванттык байланыш, критикалык инфраструктура байланышлары, мамлекеттик маалымат борборлору, коргонуу байланышы, каржылык тармактар жана оператор магистралдары үчүн гележкошумчате гелиштирмененбмененжкошумча QKD торларында колдонууга мүмкүн бир ресурс багытетими сорусуну еле алмактадыр.

Түркия гиби гениш жографйайа йайылан бир торда түздөн-түз QKD байланышларынын месафе сыныры неденийле гүжананмененн актарма түйүндөри геркошумчаебилир. Бөйле бир йапыда йалнызжа куантум оптик донанымын анахтар үретим хызы дегил, ачкыч башкаруучуларнин узун йоллар бойунжа олуштурдугу ишлем кечигүүси де кызмат калитесини таасирлейебилир.

Ыкмаин Түркияда кулланылабилмеси үчүн улусал була-оптикалык маршруттар жана чыныгы байланыш жоготууларыйла йени бир топология олуштурулмалы; QKD түзмөкларынын өлчүлен жашыруун ачкыч бит хызлары, анахтар саклама политикалары, ар башка кызмат сыныфлары жана гүжананмененн меркезлерин физикалык гүжананлиги моделье кошумчаленмелидир.

Каму, савунма же финанс гиби критикалык тармакларда ткошумча бир босого йерине кызмат мурунлигине боюнча ар башка политикалар кулланылабилир. Дүшүк кечигүүли критикалык байланышлар үчүн даха салдырган проактиф хазырлык, даха төмөн мурунликли кызматлер үчүн исе ресурс коруйан талап боюнча актарым тержих едмененбилир.

Изилдөөнүн методу жана жыйынтыктары

Ен өнемли сандык натыйжалар

• NSFNET’те салттуу ыкмаин KRD маании сечилмиш кошулда 607,7 мс’дир.
• Йалнызжа 1-хоп проактиф актарым бу маании 91,3 мс’йе дүшүрмүштүр.
• н-хоп баскычсынын кошумчаленмеси KRD’йи 65,6 мс’йе индирмиштир.
• NSFNET’те жалпы кечигүү азаюусы болжол менен %89,2’дир.
• Айны сенарйода камсыздалган кызмат саны 31.665’тен 27.911’е дүшмүштүр.
• NSFNET’те жалпы кызмат кайбы болжол менен %11,9’дур.
• COST 266’да KRD 505,4 мс’ден 109,1 мс’йе дүшмүштүр.
• COST 266’даки жалпы кечигүү азаюусы болжол менен %78,4’түр.
• COST 266’да кызмат сайысы 33.533’тен 28.156’йа гермененмиштир.
• COST 266’даки жалпы кызмат кайбы болжол менен %16’дыр.
• \(тх_1=20\) кошулундаки 1-хоп проактиф анахтарларын %29’у кулланылмадан сона ермиштир.
• \(тх_н=20\) кошулундаки н-хоп проактиф анахтарларын %30’у кулланылмадан сона ермиштир.

Герчкошумча тор колдонмосындан мурун геркошумчаен изилдөөлар

1. Герчкошумча QKD түзмөклары жана ачкыч башкаруучуларйле физикалык тест ортамы курулмасы.
2. Актарма ишлемлеринин чыныгы донаным кечигүүсинин өлчүлмеси.
3. Месафе, фибер кайбы, квант бит ката катышы жана түзмөк түрүне бторлы анахтар үретим хызларынын кулланылмасы.
4. Симүласйонун саатлер же гүнлер мөөнөтн трафик излерийле ткошумчарарланмасы.
5. Бирден фазла растгелелик тохуму жана көз карандысыз ткошумчарар үчүн ишеним интервалдарынын рапорланмасы.
6. Орточо KRD’нин йанында йүзде 95 жана йүзде 99 кечигүүлерин инжеленмеси.
7. Енгелленен кызматлери де хесаба катан бирлбосого кечигүү–кубаттуулук чыгым фонксийону гелиштирилмеси.
8. Ешиклерин трафик йүкүне боюнча чеврим ичи жана отоматик айарланмасы.
9. Талеп тахмини же бекемдөөчү үйрөнүү ыкмалерийле салыштыруу йапылмасы.
10. Гүнжел пре-релай жана кей пре-флоодинг алгоритмларынын ошол эле кошулларда темел ыкма катары уйгуланмасы.
11. Гүжананмененн түйүн арызасы, салдыры жана кызмат редди сенарйоларынын сынанмасы.
12. Код, параметре досйалары жана симуляция олай кайытларынын ачык бичимде йайымланмасы.

Булак жана метод эскертмеси

Изилдөөнын өзгүн ады: Проажтижана Qуантум Кей Релай фор Схорт-латенжй Qуантум-сежуред Нетwоркинг

Авторлор жана догру сыралама: Жханкйун Лее, Хйункйо Лим, Жубонг Ким, Wонхйук Лее.

Еш каткы жана ортак илк йазарлык: Жханкйун Лее менен Хйункйо Лим ешит каткы сунмуштур.

Жооптуу автор: Жханкйун Лее.

Мекемесал байланыш: Кореа Ынституте оф Сжиенже анд Тежхнологй Ынформатион (KISTI), 245 Даехак-ро, Йусеонг-гу, Даежеон 34141, Гүней Коре.

DOI:10.2139/ссрн.7022019

Ресмî изилдөө сайфасы:SSRN ресмî кайды

Жарыялоо платформасы: SSRN.

Платформ бизнесжиси: Елсевиер бүнйесиндкошумчаи SSRN платформу.

Жарыялоо жылы: 2026.

Кесин йүкленме тарихи: Йүкленен сүрүмде так SSRN йүклеме гүнү белиртилмемкошумчатедир.

Журнал: Хакемли бир дерги йайыны же кабул едилмиш акыркы дерги сүрүмү догруланамамыштыр.

Рецензия абалы: Изилдөөнын хер сайфасында рецензенттик баалоонден кечмедигине байланышн препринт эскертүүсы бар.

Булак түрү: Куантум анахтар дторытым торлары үчүн математикалык кечигүү модельи, ики баскычлы сезгисел ресурс багытетими алгоритмсы жана салыштыруулы тор симуляциялары ичерен эсептөөчү хаберлешме мүхендислиги препринти.

Каржылоо: Изилдөө, Кореа Ынституте оф Сжиенже анд Тежхнологй Ынформатион тарафындан К26Л1М3Ж5 нумаралы десткошумча алкагында жана Гүней Коре хүкүтекстин Министрй оф Сжиенже анд ICT тарафындан финансе едмененн Ынституте оф Ынформатион &амп; Жоммунижатионс Тежхнологй Планнинг &амп; Евалуатион хибелери алкагында RS-2025-02263666 жана RS-2026-25530181 нумараларыйла десткошумчаленмиштир.

Чыкар чатышмасы: Йүкленен сүрүмде ачык бир кызыкчылыктар кагылышы бейаны жок.

Үреткен жасалма интеллект кулланымы: Изилдөөда үреткен жасалма интеллект кулланымына байланышн бир бейан йер алмамактадыр.

Вери жана код еришими: Симүласйон коду, кокустук уруктары, олай кайытлары жана там сонуч досйалары үчүн ачык бир депо байланышсы берилген эмес.

Бу Түркче ачыклама, изилдөөнын метни, ики алгоритмсы, математикалык денклемлери, йеди таблицасу, тармак архитектурасы чизимлери, NSFNET жана COST 266 топологиялари менен кечигүү жана анахтар кулланым графиклеринин тамамы инжеленеркошумча хазырланмыштыр. Билимсел натыйжалара дыш ресурстардан йени булгу кошумчаленмемиштир. Дыш текшерүү йалнызжа башлык, авторлор, DOI, платформ жана расмий изилдөө шилтемесинын библийографик контролү амажыйла колдонулган.

Изилдөөда өзет бөлүмүнде ен жогорку KRD азаюусы %88, каткылар бөлүмүнде %89 катары йазылмыштыр. Фигура 11’де жанармененн 607,7 мс жана 65,6 мс маанилеринден хесапланан азаюу болжол менен %89,2’дир. Ошондуктан сонуч, “сечмененн NSFNET симуляцияунда болжол менен %89” бичиминде актарылмалыдыр.

Билдирмененн кечигүүлер чыныгы учтан ужа талаа өлчөөлөрү дегилдир. Сабит түйүн ишлем мөөнөтлери жана сечмененн симуляция божомолдорындан хесапланан модель натыйжаларыдыр. Өнермененн алгоритм чыныгы телекоммуникация же критикалык инфраструктура торында кулланылмадан мурун физикалык QKD түзмөкларыйла, чыныгы трафик астында жана коопсуздук тестлерийле текшерилиши керек.

Мета Етикетлер

квант ачкычтарын бөлүштүрүү, проактивдүү ачкыч өткөрүү, кванттык коопсуз торлар, QKD кечигүүси, кванттык байланыш