ПОРІВНЯННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ПОСТКВАНТОВОГО АЛГОРИТМУ CRYSTALS-KYBER ТА КЛАСИЧНИХ RSA-СХЕМ У ДЕЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМАХ ЗВ'ЯЗКУ

Людмила Зубик; Денис Свинарчук

doi:10.28925/2663-4023.2026.34.1281

Автор(и)

Людмила Зубик Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0000-0002-2087-5379
Денис Свинарчук Київський національний університет імені Тараса Шевченка https://orcid.org/0009-0000-4460-8235

DOI:

https://doi.org/10.28925/2663-4023.2026.34.1281

Ключові слова:

квантові обчислення; криптографія; алгоритм Шора; постквантові алгоритми; CRYSTALS-Kyber-1024; захищені комунікаційні системи

Анотація

Стрімкий розвиток квантових обчислень протягом останнього десятиліття створив безпрецедентні виклики для сучасної криптографії. Поява квантового алгоритму Шора теоретично дозволяє розв'язувати задачі захисту даних у мережі за поліноміальний час, роблячи наявні стандарти захисту вразливими. Запровадження нових стандартів потребує додаткового обґрунтування, яке може бути виконане шляхом порівняння обчислювальної складності та продуктивності постквантових алгоритмів з існуючими аналогами. Завдання особливо актуальне для систем реального часу. Для вирішення поставленого завдання нами ініційовано проведення порівняльного бенчмаркінгу алгоритму CRYSTALS-Kyber-1024 (рівень безпеки 5, найвищий рівень за класифікацією NIST) проти класичних схем RSA-2048 та RSA-1024. Отримані дані спростовують поширене переконання про те, що постквантова криптографія є значно повільнішою за класичну. Навпаки, алгоритм Kyber-1024 виявився у 4.28 рази швидшим за сучасний стандарт RSA-2048. Це означає, що заміна RSA на Kyber у протоколах встановлення сесії не лише підвищує стійкість системи до квантових атак, але й суттєво знижує обчислювальне навантаження на сервер та клієнтські пристрої, економлячи до 76.6% часу на криптографічні операції. Порівняно з застарілим та небезпечним RSA-1024, Kyber-1024 є повільнішим, проте враховуючи катастрофічну вразливість RSA-1024 до сучасних атак, ця характеристика є цілком прийнятною поступкою за забезпечення квантової стійкості. Графіки залежності часу виконання та пропускної здатності від розміру даних показали стабільність роботи алгоритму Kyber. Таким чином, постквантова криптографія досягла рівня зрілості, достатнього для масового впровадження у високопродуктивні системи. Отримані дані дозволяють рекомендувати алгоритм CRYSTALS-Kyber-1024 як основний стандарт для розробки нових децентралізованих месенджерів та захищених комунікаційних систем в Україні.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

National Institute of Standards and Technology. (n.d.). Post-quantum cryptography. https://www.nist.gov/pqcrypto

Abbasi, M., et al. (2025). A practical performance benchmark of post-quantum cryptography across heterogeneous computing environments. Cryptography, 9(2), Article 32. https://doi.org/10.3390/cryptography9020032

Rijneveld, J. C. (2019). Practical post-quantum cryptography [PhD thesis, Radboud Universiteit Nijmegen].

Ahmed, N., Zhang, L., & Gangopadhyay, A. (2025). A survey of post-quantum cryptography support in cryptographic libraries [Preprint]. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.16078

Rodríguez-Alvarez, N., & Rodríguez-Merino, F. (2025). Performance and storage analysis of CRYSTALS-Kyber as a post-quantum replacement for RSA and ECC [Preprint]. arXiv. https://arxiv.org/abs/2508.01694

Demir, E. D., Bilgin, B., & Onbaşlı, M. C. (2025). Performance analysis and industry deployment of post-quantum cryptography algorithms. arXiv. https://arxiv.org/abs/2503.12952

Ji, X., et al. (2023). HI-Kyber: A high-performance implementation of Kyber on GPU. IACR Cryptology ePrint Archive. https://eprint.iacr.org/2023/1194

Bisheh-Niasar, M., et al. (2021). Instruction-set accelerated implementation of CRYSTALS-Kyber. IEEE Transactions on Computers. https://cse.usf.edu/~mehran2/Papers/J49.pdf

Alnaseri, O., et al. (2025). Complexity of post-quantum cryptography in embedded systems and its optimization strategies. arXiv. https://arxiv.org/abs/2504.13537

Dong, B., & Wang, Q. (2025). Epquic: Efficient post-quantum cryptography for QUIC-enabled secure communication. In Proceedings of the GLSVLSI 2025 Conference. https://doi.org/10.1145/3716368.3735199

Fitzgibbon, G., & Ottaviani, C. (2024). Constrained device performance benchmarking with post-quantum cryptography. Cryptography, 8(2), Article 21. https://doi.org/10.3390/cryptography8020021

Renisha, P. S., & Rudra, B. (2025). Quantum-safe threshold cryptography for decentralized group key management via dealerless DKG (CRYSTALS–Kyber). Mathematics, 13(21), Article 3429. https://doi.org/10.3390/math13213429