Экономическая оценка целесообразности внедрения квантовых коммуникаций в энергетической отрасли

Цель – оценка экономической целесообразности проведения квантовой трансформации функции информационной безопасности на примере объектов энергетической отрасли.

Методы. В работе применяется авторская модель оценки экономической эффективности проведения квантовой трансформации функции информационной безопасности, основанная на подходах к анализу вероятности реализации рисков, связанных с созданием квантового компьютера, а также к оценке инвестиций, необходимых для внедрения инновационных решений в области квантовых коммуникаций. Расчет проведен на примере ПАО «Русгидро», данные по компании собраны в открытых источниках и годовых отчетах.

Результаты работы. Проведена апробация модели оценки экономической эффективности проведения квантовой трансформации функции информационной безопасности. Улучшена «теорема Моска» в области прогнозирования сроков квантовой трансформации с учетом фактора экономической эффективности инвестиционного проекта. Разработаны рекомендации по внедрению оборудования квантового распределения ключей и постквантовых алгоритмов в долгосрочной перспективе.

Выводы. Предложенная оригинальная модель позволяет оценить экономическую эффективность внедрения технологий квантовых коммуникаций, а обновленная «теорема Моска» – определить экономически обоснованные сроки реализации квантовой трансформации. Исследование показало, что квантовые коммуникации могут представлять наибольший интерес для компаний-владельцев ключевых объектов критической информационной инфраструктуры, обеспечивающих высокие показатели выручки. Чем выше децентрализация инфраструктурных объектов и ниже риск финансовых потерь в результате простоя, тем менее экономически эффективны проекты по внедрению квантовых коммуникаций. Так, для защиты множества интеллектуальных подстанций в рамках Smart Grid рекомендуется применять постквантовые математические алгоритмы, не требующие значительных капитальных вложений. Полученные результаты могут представлять практическую пользу для участников квантового рынка в России: регулятора, научно-исследовательских центров, коммерческих разработчиков решений, потенциальных клиентов.

1. Cao Y., Zhao, Y., Wang, Q., Zhang J., Ng S.X., Hanzo L. The evolution of quantum key distribution networks: on the road to the qinternet // IEEE Communications Surveys and Tutorials. 2022. Vol. 24. Iss. 2. P. 839–894. https://doi.org/10.1109/comst.2022.3144219

2. Evans P.G., Alshowkan M., Earl D., Mulkey D.D., Newell R., Peterson G. Trusted node QKD at an electrical utility // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 105220–105229. https://doi.org/10.1109/access.2021.3070222

3. Prateek K., Maity S., Amin R. An unconditionally secured privacy-preserving authentication scheme for smart metering infrastructure in smart grid // IEEE Transactions on Network Science and Engineering. 2022. Vol. 10. Iss. 2. P. 1085–1095. https://doi.org/10.1109/tnse.2022.3226902

4. Alshowkan M., Evans P.G., Starke M., Earl D., Peters A.N. Authentication of smart grid communications using quantum key distribution // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. P. 12731. https://doi.org/10.1038/s41598-022-16090-w

5. Zhao B., Zha X., Chen Z., Shi R., Wang D., Peng T., Yan L. Performance analysis of quantum key distribution technology for power business // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. Iss. 8. P. 2906. https://doi.org/10.3390/app10082906

6. Jawad T.A., Mahmood A.N., Hameed A.N. Detecting man-in-the-middle attacks via hybrid quantum-classical protocol in software-defined networks // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2023. Vol. 31. Iss. 1. P. 205–211. https://doi.org/10.11591/ijeecs.v31.i1.pp205-211

7. Stergiopoulos G., Gritzalis D.A., Limnaios E. Cyber-attacks on the oil & gas sector: a survey on incident assessment and attack patterns // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 128440–128475. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3007960

8. Sharma M., Choudhary V., Bhatia R.S., Malik S., Raina A., Khandelwal H. Leveraging the power of quantum computing for breaking RSA encryption // Cyber-Physical Systems. 2021. Vol. 7. Iss. 2. P. 73–92. https://doi.org/10.1080/23335777.2020.1811384

9. Bonnetain X., Naya-Plasencia M., Schrottenloher A. Quantum security analysis of AES // IACR Transactions on Symmetric Cryptology. 2019. Vol. 2019. Iss. 2. P. 55–93. https://doi.org/10.46586/tosc.v2019.i2.55-93

10. Ismail S., Sitnikova E., Slay J. SCADA systems cyber security for critical infrastructures: case studies in the transport sector // In: Cyber Warfare and Terrorism: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications. Edited by Information Resources Management Association. Hershey, PA: IGI Global, 2020. P. 446–464. https://doi.org/10.4018/978-1-7998-2466-4.ch028

11. Ghosh S., Sampalli S. A survey of security in SCADA networks: current issues and future challenges // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 135812–135831. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2926441

12. Malina L., Dzurenda P., Ricci S., Hajny J., Srivastava G., Matulevičius R. Post-quantum era privacy protection for intelligent infrastructures // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 36038–36077. https://doi.org/10.1109/access.2021.3062201

13. Naz M.T., Elmedany W., Ali M. Securing SCADA systems in smart grids with iot integration: a self-defensive post-quantum blockchain architecture // Internet of Things. 2024. Vol. 28. P. 101381. https://doi.org/10.1016/j.iot.2024.101381

14. Satrya G.B., Agus Y.M., Mnaouer A.B. A comparative study of post-quantum cryptographic algorithm implementations for secure and efficient energy systems monitoring // Electronics. 2023. Vol. 12. Iss. 18. P. 3824. https://doi.org/10.3390/electronics12183824

15. Ahn J., Kwon H.-Y., Ahn B., Park K., Kim T., Lee M.-K., Kim J., Chung J. Toward quantum secured distributed energy resources: adoption of post-quantum cryptography (PQC) and quantum key distribution (QKD) // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 3. P. 714. https://doi.org/10.3390/en15030714

16. Fakhruldeen H.F., Al-Kaabi R.A., Jabbar F.I., Al-Kharsan I.H., Shoja S.J. Post-quantum techniques in wireless network security: an overview // Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences. 2023. Vol. 19. Iss. 3. P. 337–344. https://doi.org/10.11113/mjfas.v19n3.2905

17. Al Natsheh A., Gbadegeshin S.A., Rimpiläinen A., Imamovic-Tokalic I., Zambrano A. Identifying the challenges in commercializing high technology: a case study of quantum key distribution technology // Technology Innovation Management Review. 2015. Vol. 5. P. 26–36. https://doi.org/10.22215/timreview864

18. Cavaliere F., Prati E., Poti L., Muhammad I., Catuogno T. Secure quantum communication technologies and systems: from labs to markets // Quantum Reports. 2020. Vol. 2. Iss. 1. P. 80–106. https://doi.org/10.3390/quantum2010007

19. Azuma K., Economou S.E., Elkouss D., Hilaire P., Jiang L., Lo H.-K., Tzitrin I. Quantum repeaters: from quantum networks to the quantum internet // Reviews of Modern Physics. 2023. Vol. 95. Iss. 4. P. 045006. https://doi.org/10.1103/revmodphys.95.045006

20. Minbaleev A., Zenin S., Evsikov K. Prospects for legal regulation of quantum communication // BRICS Law Journal. 2024. Vol. 11. Iss. 2. P. 11–54. https://doi.org/10.21684/2412-2343-2024-11-2-11-54

21. Shahrul N.S., Hanefah M.M., Masruki R., Yaakub N.A., Mohamad N. Awareness and readiness on quantum communication technology among the regulators, industry players and academicians in Malaysia // Journal of Information System and Technology Management. 2024. Vol. 9. Iss. 35. P. 21–37. https://doi.org/10.35631/JISTM.935002

22. Shaji K.M., Dudhe R., Raina R. Quantum communication technologies: future trends and prospects for innovation // In: 2023 9th International Conference on Optimization and Applications (ICOA). IEEE, 2023. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/icoa58279.2023.10308831

23. Mamiya A., Tanaka K., Yokote S., Sasaki M., Fujiwara M., Tanaka M. Satellite-based QKD for global quantum cryptographic network construction // In: 2022 IEEE International Conference on Space Optical Systems and Applications (ICSOS). Kyoto City, Japan, 2022. P. 47–50. https://doi.org/10.1109/icsos53063.2022.9749727

24. Aguado A., López V., López D., Peev M., Poppe A., Pastor A., Folgueira J., Martín V. The engineering of software-defined quantum key distribution networks // IEEE Communications Magazine. 2019. Vol. 57. Iss. 7. P. 20–26. URL: https://oa.upm.es/67027/1/INVE_MEM_2019_319360.pdf (дата обращения: 22.02.2025)

25. Kim I., Ju J. Trends in quantum communication testbeds // Electronics and Telecommunications Trends. 2024. Vol. 39. Iss. 5. P. 86–97. https://doi.org/10.22648/ETRI.2024.J.390509

26. Purohit A., Kaur M., Seskir Z.C., Posner M.T., Venegas-Gomez A. Building a quantum‐ready ecosystem // IET Quantum Communication. 2024. Vol. 5. Iss. 1. P. 1–18. https://doi.org/10.1049/qtc2.12072

27. Ермакова Е.О., Ерохина А.А. Применение квантовых коммуникаций в ОАО «РЖД»: логистические аспекты // В сб.: Потенциал логистики XXI века: молодежное измерение. Вып. 3. СПб.: Санкт-Петербургский государственный экономический университет, 2022. C. 86–93. EDN: https://elibrary.ru/tmjflf

28. Раткин Л.С. Квантово-коммуникационные системы распределенных реестров для хранения и обработки данных о технических характеристиках и финансово-экономических параметрах инвестиционных проектов по разработке перспективных моделей автотранспорта // Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. 2021. № 5. С. 61–64. EDN: https://elibrary.ru/oxiuii. https://doi.org/10.36535/0236-1914-2021-05-10

29. Hötte K. Demand-pull, technology-push, and the direction of technological change // Research Policy. 2023. Vol. 52. Iss. 5. P. 104740. https://doi.org/10.1016/j.respol.2023.104740

30. Kiviharju M. Refining Mosca’s theorem: risk management model for the quantum threat applied to IoT protocol security // In: Cyber Security. Computational Methods in Applied Sciences. Vol. 56. Cham: Springer International Publishing, 2022. P. 369–401. https://doi.org/10.1007/978-3-030-91293-2_16