Analiza și optimizarea algoritmilor de criptografie post-quantum în rețelele de calculatoare

Abstract

Prezenta teză de master abordează problematica securității comunicațiilor în rețelele de calculatoare în contextul dezvoltării accelerate a tehnologiilor cuantice, care amenință algoritmii criptografici clasici. Lucrarea analizează fundamentele criptografiei post-quantum și impactul acesteia asupra infrastructurilor moderne de comunicații, evidențiind necesitatea adoptării unor soluții rezistente la atacuri cuantice. Scopul tezei constă în analiza și optimizarea algoritmilor de criptografie post-quantum, precum CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium și FALCON, în vederea integrării eficiente a acestora în rețelele de calculatoare. Cercetarea este orientată spre evaluarea performanțelor algoritmilor din punct de vedere al timpilor de execuție, consumului de resurse și impactului asupra traficului de rețea. Metodologia de cercetare include analiza literaturii de specialitate și a standardelor internaționale (NIST, ETSI), modelarea matematică a algoritmilor PQC, testarea experimentală în medii de rețea reale și compararea rezultatelor obținute. De asemenea, sunt propuse tehnici de optimizare software și hardware pentru reducerea latenței și a consumului de resurse, precum și strategii de integrare în protocoale de securitate moderne. În urma cercetării a fost demonstrată fezabilitatea implementării algoritmilor de criptografie post-quantum în infrastructuri enterprise și IoT, evidențiindu-se avantajele și limitările fiecărei soluții analizate. Rezultatele obținute confirmă faptul că adoptarea graduală a criptografiei post quantum este esențială pentru asigurarea securității pe termen lung a comunicațiilor digitale. Noutatea și contribuția personală constau în realizarea unei analize comparative detaliate a algoritmilor PQC și în propunerea unor soluții de optimizare adaptate diferitelor tipuri de infrastructuri de rețea, oferind suport decizional pentru tranziția către sisteme de securitate post quantum.

This master’s thesis addresses the issue of communication security in computer networks in the context of the rapid development of quantum technologies, which pose a serious threat to classical cryptographic algorithms. The paper analyzes the fundamentals of post-quantum cryptography and its impact on modern communication infrastructures, highlighting the necessity of adopting cryptographic solutions resistant to quantum attacks. The main objective of the thesis is the analysis and optimization of post-quantum cryptography algorithms such as CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, and FALCON, with the aim of their efficient integration into computer networks. The research focuses on evaluating algorithm performance in terms of execution time, resource consumption, and network traffic impact. The research methodology includes a review of specialized literature and international standards (NIST, ETSI), mathematical modeling of post-quantum cryptographic algorithms, experimental testing in real network environments, and comparative analysis of the obtained results. Furthermore, software and hardware optimization techniques are proposed to reduce latency and resource usage, as well as strategies for integrating these algorithms into modern security protocols. As a result of the research, the feasibility of implementing post-quantum cryptography algorithms in enterprise and IoT infrastructures has been demonstrated, emphasizing the advantages and limitations of each analyzed solution. The results confirm that the gradual adoption of post quantum cryptography is essential for ensuring the long-term security of digital communications. The novelty and personal contribution of this work consist in a detailed comparative analysis of post-quantum cryptography algorithms and in the proposal of optimization solutions tailored to different types of network infrastructures, providing decision-making support for the transition to post-quantum security systems.