Кузнецов Сергей Борисович — кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий нженер-исследователь, Научный центр информационных технологий и искусственного интеллекта
Сочи
Sergey B. Kuznetsov — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Leading Research Engineer, Scientific Center for Information Technology and Artificial Intelligence
Sochi
Исследование, представленное в статье, направлено на разработку и анализ гибридного протокола цифровых подписей QDS-Hybrid, сочетающего квантовую верификацию и постквантовый алгоритм Dilithium. К задачам, решаемым в работе, относятся обеспечение стойкости к квантовым атакам и классическим угрозам, оптимизация скорости генерации и проверки подписей при сохранении безусловной безопасности на основе квантовой механики, определение путей решения проблем квантовой памяти, декогеренции и масштабируемости существующих QDS-протоколов. В исследовании используется гибридный подход, основанный на квантово-классическом синтезе. В статье также дано доказательство стойкости в модели qCMA (Quantum Chosen Message Attack) и универсальной композиционной безопасности (UC). Протокол обеспечивает защиту от подмены состояний и атак типа «Man-in-the-Middle» (MITM) за счет QZKP (Quantum Zero-Knowledge Proof). При этом доказано, что взлом требует одновременного нарушения Dilithium и QKD. Предложены решения для устранения зависимости от квантовой памяти через динамическую генерацию состояний и одноразовые ключи. Показаны пути децентрализации через блокчейн и квантовые византийские соглашения. Ключевой инновацией, полученной в исследовании, является гибридная архитектура, которая интегрирует Dilithium с квантовой верификацией через фазовое кодирование. Проведена QZKP-верификация, которая позволяет подтверждать подлинность подписи без раскрытия секретного ключа, используя свойства квантовой запутанности и теорему о запрете клонирования. QDS-Hybrid демонстрирует практический компромисс между безопасностью и эффективностью, устраняя ключевые недостатки чисто квантовых протоколов.
This research aims to develop and analyze a hybrid digital signature protocol, QDS-Hybrid, which combines quantum verification and the post-quantum Dilithium algorithm. The objectives of the research include ensuring resistance to quantum attacks and classical threats, optimizing the speed of signature generation and verification while maintaining unconditional security based on quantum mechanics, and identifying solutions to the problems of quantum memory, decoherence, and scalability of existing QDS protocols. The research proposes a hybrid approach based on quantum-classical synthesis. The paper also provides a proof of security using the qCMA (Quantum Chosen Message Attack) model and universal compositional security (UC). The protocol provides protection against state substitution and man-in-the-middle (MITM) attacks through QZKP (Quantum Zero-Knowledge Proof). It is proven that a hack requires simultaneously breaking Dilithium and QKD. The paper proposes solutions for eliminating dependence on quantum memory through dynamic state generation and one-time keys. The paper demonstrates paths to decentralization through blockchain and quantum Byzantine agreements. The key innovation obtained in the study is a hybrid architecture that integrates Dilithium with quantum verification via phase encoding. Implemented QZKP verification helps for signature authenticity confirmation without revealing the secret key, using the properties of quantum entanglement and the no-cloning theorem. QDS-Hybrid demonstrates a practical compromise between security and efficiency, addressing the key shortcomings of purely quantum protocols.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.