1

Название прорывного направления научных исследований:

Разработка перспективных вычислительных информационных технологий и систем криптографической защиты информации

2

Обоснование прорывного направления научных исследований, его соответствие требованиям п.5 Методики оценки прорывных направлений научных исследований и разработок:

Представляемое направление охватывает исследования и разработки по фундаментальным и прикладным проблемам, связанным с созданием новых высокопроизводительных вычислительных технологий для систем криптографической защиты информации и её помехозащищенности. Теоретико-методологическую и компьютерно-арифметическую базу развиваемых вычислительных технологий составляет минимально избыточная модулярная арифметика (МИМА), которая впервые была предложена в НИИПФП им. А.Н. Севченко БГУ. В отличие от классических неизбыточных аналогов МИМА обладает гораздо большей эффективностью при выполнении проблемных для модулярной арифметики операций. Это позволило белорусской школе по модулярным вычислительным структурам (МВС) занять приоритетные позиции, как в области компьютерной арифметики и компьютерной алгебры, так и в области информационных технологий для высокоскоростных параллельных вычислений, включая технологию для криптографической защиты информации и контроля её помехозащищенности в процессе хранения, обработки и передачи данных. Базирующиеся на вычислительной МИМА-технологии средства криптографической защиты информации и, в частности, создаваемой в настоящее время криптосистемы RSA по ряду важных показателей, прежде всего, по производительности и сложности компьютерной реализации, превосходят известные модулярные и позиционные аналоги. Достигаемое повышение быстродействия в сравнении с лучшими аналогами модулярного и позиционного типа является соответственно (3-4)- и (10-12)-кратным. Основные результаты проведенных исследований и разработок по развиваемому направлению достаточно полно отражены в печати. Они докладывались на ряде международных конференций и высоко оценены специалистами в области параллельных вычислений и защиты информации.

3

Соответствие приоритетным направлениям научных исследований Республики Беларусь на 2011-2015 годы:

Исследования соответствуют приоритетным направлениям фундаментальных и прикладных научных исследований (постановление Совета Министров Республики Беларусь от 19.04.2010 № 585):
5. Информационно-коммуникационные, авиационные и космические технологии и аппаратура:
5.2. системные решения, архитектура, методологическое и аппаратно-программное обеспечение высокопроизводительных параллельных и распределенных информационно-коммуникационных процессов, сетей и систем, их информационная безопасность;
5.3. информационные ресурсы и сервисы, в том числе электронные библиотеки, интерактивные электронные услуги, системы электронной торговли, информационно-аналитические и справочные системы, программно-аппаратные средства телемедицины и дистанционного обучения;
5.5. методы, средства и технологии обеспечения информационной безопасности при обработке, хранении и передаче данных с использованием криптографии, квантово-криптографические системы;
5.10. методы, средства и технологии обработки данных дистанционного зондирования Земли в целях решения прикладных задач, в том числе анализа и синтеза космических изображений, контроля природопользования и экологической безопасности, методы защиты космической информации.
Исследования соответствуют приоритетным направлениям научно-технической деятельности (Указ Президента Республики Беларусь от 22.07.2010 № 378):
- информационно-коммуникационные и авиакосмические технологии;
- обороноспособность и национальная безопасность.

4

Обоснование соответствия критерию прогнозируемой новизны:

Расширение области применения средств обеспечения информационной безопасности определяет настоятельную необходимость внедрения информационных технологий в систему государственного управления, включая службы социальной защиты, налоговую, таможенную и банковскую системы, системы связи, в финансовую и коммерческую деятельность субъектов хозяйствования, торговлю и т.д. В рамках обозначенного процесса резко увеличивается объем подлежащей шифрованию информации. При этом эффективность используемых вычислительных технологий в системах защиты информации имеет первостепенное значение. Важное место в осуществляемых по данному направлению разработках занимают новые высокоскоростные вычислительные технологии, которые обеспечивают высокую производительность при оперировании в диапазонах больших чисел. Наиболее перспективными представляются модулярные вычислительные технологии. Их внедрение с полным основанием можно квалифицировать как инновационный путь развития средств криптографической защиты информации различного назначения.
Новизна осуществляемых исследований и разработок по представляемому направлению обусловлена применением в системах криптографической защиты информации вычислительной МИМА-технологии на диапазонах больших чисел. Минимально-избыточное мультипликативное расширение кодового пространства модулярной системы счисления открывает принципиально новые возможности для оптимизации базовых немодульных процедур реализуемых криптографических преобразований на диапазонах больших чисел. В частности это относится к алгоритмам умножения и возведения в степень по большим модулям, как базовым алгоритмам используемой оптимизированной мультипликативной МИМА-схемы Монтгомери.

5

Обоснование соответствия критерию принципиальной новизны:

Принципиальная новизна теоретических и экспериментальных результатов научных исследований заключается в следующем:
- разработке принципов построения и экспериментальной реализации криптографически защищенной сети хранения и передачи конфиденциальных данных, обеспечивающей на аппаратно-программном уровне криптографическую защиту информации в распределенных информационно-коммуникационных системах, использующих стандартизованные в Республике криптографические алгоритмы и протоколы;
- создании методик преобразования аэрокосмических и наземных спектральных данных, полученных в ходе исследования тестовых объектов подспутниковых полигонов, для повышения эффективности обработки и уровня защиты данных при их хранении, передаче и использовании в задачах дистанционного мониторинга природных и техногенных систем;
- создании модулярной вычислительной технологии на основе оригинальной минимально избыточной модулярной арифметики для нового класса систем защиты информации при обработке, хранении и передаче данных в распределенных информационно-коммуникационных системах. Предложенные методологические и программные средства быстрого модульного умножения и возведения в степень предназначены для построения криптосистем RSA, Рабина и т.п. Скоростные характеристики таких систем целиком определяются быстродействием применяемых мультипликативных средств. Использование оригинальной вычислительной МИМА-технологии для создания программной версии криптосистемы RSA позволяет повысить ее производительность как минимум в 3-4 раза в сравнении с лучшей известной в мире разработкой модулярного типа (фирмы TOSHIBA) и в 10-11 раз в сравнении с позиционными аналогами;
В настоящее время арифметика в остатках активно применяется в спутниковых и сотовых коммуникационных системах, беспроводных сенсорных сетях, а также при решении проблем множественного доступа с кодовым разделением каналов, криптографической защиты информации, разделения секрета, контроля помехозащищенности данных и сбойных ситуаций в системах, функционирующих в реальном времени, других областях. Это обусловлено тем, что, благодаря кодовому параллелизму, модулярные вычислительные структуры имеют ряд фундаментальных преимуществ над позиционными структурами: независимость длительности арифметических операций от длины кода; высокая скорость вычислений на диапазонах больших чисел; уникальность адаптационных свойств МВС к технологиям электроники, включая технологии наноэлектроники, к табличным реализациям, реализациям на ПЛИС, а также к передовым параллельным вычислительным технологиям и прежде всего к технологиям на основе искусственных нейронных сетей; гибкость базовых механизмов реконфигурирования МВС и др. Несмотря на впечатляющие успехи науки и вычислительной техники последнего десятилетия, для решения многих, в том числе перечисленных выше задач, достигнуты на сегодняшний день уровень производительности явно недостаточен. Совершенствование алгоритмов позиционной арифметики, развитие архитектурных особенностей, применение иных отдельных приемов способствует увеличению производительности, но оставляет её в рамках фон-неймановской возможности. Выход из этой ситуации находится в привлечении новых идей в области организации функционирования ЭВМ в рамках модулярной арифметики, которая обладает естественным кодовым параллелизмом.

6

Обоснование соответствия критерию научного уровня:

Предлагаемое направление научных исследований соответствует разделу 5  Информационно-коммуникационные, авиационные и космические технологии – приоритетных направлений фундаментальных и прикладных исследований в Республике Беларусь на 2011–2015 гг, утв. постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 19.04.2010 г. №585. Это направление является принципиально новой областью фундаментальных и прикладных исследований, полностью соответствует перспективным тенденциям развития науки. Выполняемые работы характеризуются высокой степенью завершенности научно-исследовательских работ, практической реализацией разработанных теоретических моделей.

7

Обоснование соответствия критерию практической реализации:

Разработки данного направления включают:
- системные решения, архитектуру, методологическое и аппаратно-программное обеспечение высокопроизводительных параллельных и распределенных информационно-коммуникационных процессов, сетей и систем, их информационную безопасность;
- методы, средства и технологии обеспечения информационной безопасности при обработке, хранении и передаче данных с использованием криптографии, в том числе технические нормативные правовые акты в области технического нормирования и стандартизации;
- методы математического и компьютерного моделирования, компьютерные технологии и интеллектуальные системы поддержки принятия решений.
Практическая реализуемость сформулированных в данном направлении научно-исследовательских задач гарантируется наличием современной научно-технической базы, а также стабильно работающим коллективом научных работников и специалистов широкого профиля (из них – 5 докторов наук, в том числе 1 академик, и 5 кандидатов наук).

8

Значимость научной и научно-технической продукции, создаваемой в рамках прорывного направления научных исследований, для укрепления национальной безопасности, улучшения качества жизни населения, обеспечения экологической безопасности:

На сегодняшний день выполнены и выполняются ряд программ, проектов и заданий, имеющих общегосударственное значение, результатом выполнения которых является, в том числе, и обеспечение национальной безопасности:
- Разработка алгоритма функционирования и создание Единой Информационной Системы Государственной Статистики (ЕИСГС). Предложенные  решения позволяют строить информационно-аналитические системы, системы анализа и моделирования для различных ведомств и организаций.
- Исследование и разработка аппаратно-программных комплексов криптографической защиты информации, исследование и разработка алгоритмов генерации ключевой информации.
- Исследование и разработка вычислительных технологий для защиты информации в распределенных информационно-коммуникационных системах,  включая аэрокосмические системы.
- Исследование и разработка информационных систем с использованием интеллектуальных микропроцессорных датчиков.

9

Экспортоориентированность, масштабы импортозамещения и другие преимущества достигнутых и (или) ожидаемых конечных результатов реализации прорывного направления научных исследований:

Результаты научных исследований в области перспективных вычислительных информационных технологий и систем криптографической защиты информации направлены на обеспечение высокого уровня информационной безопасности в Республике Беларусь, на развитие производства отечественных аппаратно-программных средств защиты информации, создание и внедрение информационных систем.

10

Секция экспертного совета, в которой целесообразно рассмотрение предложения (отметить знаком «X»):

Х

Секция по физико-математическим наукам и информационным технологиям