МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТА ПРОГРАМНИЙ КАЛЬКУЛЯТОР ДЛЯ ОЦІНКИ ПАРАМЕТРІВ ШИФРУВАННЯ МЕДІАКОНТЕНТУ

Анотація

В умовах стрімкого розвитку цифрових технологій та зростаючого обсягу мультимедійного контенту, що передається відкритими телекомунікаційними каналами, фундаментальні питання захисту інформації набувають критичного значення. Мультимедійні дані регулярно стають об’єктами кібератак та несанкціонованого доступу. Практичне застосування шифрування вимагає врахування численних технічних чинників, оскільки медіаконтент принципово відрізняється від транзакційних даних специфічними характеристиками ентропії та різним потенціалом до стиснення. Незважаючи на наявність теоретичних досліджень, наразі спостерігається дефіцит комплексних математичних моделей, здатних органічно поєднувати оцінку продуктивності, зміну розміру даних та рівень безпеки в єдину предиктивну систему, що адаптується до типу контенту. У статті представлено математичну модель та програмний калькулятор для комплексної оцінки параметрів шифрування мультимедійних даних. Розроблена предиктивна модель охоплює чотири типи медіаданих (відео, аудіо, зображення, документи) та п’ять популярних алгоритмів симетричного шифрування (AES-128, AES-256, ChaCha20, Blowfish, Twofish). Симетричне шифрування розглядається як безальтернативний вибір для масової обробки об’ємних мультимедійних файлів завдяки його високій швидкодії. Запропонований математичний апарат дозволяє точно прогнозувати розмір зашифрованого файлу, час шифрування, рівень безпеки та вимоги до обчислювальних ресурсів із середньою похибкою менш ніж 5 %. Для врахування стохастичної природи процесу обробки у модель було введено відповідну складову, що дозволило сформувати реалістичні довірчі інтервали. Крім того, у дослідженні сформульовано та розв’язано задачу багатокритеріальної оптимізації вибору алгоритму. Із застосуванням методу Парето-оптимальності та нормалізованих зважених сум забезпечено можливість гнучко балансувати між криптографічною безпекою та апаратною швидкодією. Моделі прогнозування були успішно верифіковані шляхом проведення натурних експериментів. Результати валідації довели високу точність розробленого апарату: середня квадратична похибка (RMSE) склала 0.21 с, а максимальна відносна похибка не перевищила 3.2 %. Встановлено, що розмір файлу та апаратна продуктивність мають визначальний вплив на час шифрування, тоді як вплив типу медіаконтенту є вторинним. Практична значущість роботи підтверджується розробкою програмного забезпечення – інтерактивного веб-калькулятора, який інкапсулює математичний апарат під інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом. Цей програмний засіб реалізовано як односторінковий застосунок (SPA), що може генерувати динамічні поради, наприклад, щодо доцільності переходу до алгоритму ChaCha20 на малопотужних пристроях. Створений інструмент призначений для практичного використання фахівцями з інформаційної безпеки і може бути ефективно інтегрований у процеси DevSecOps, а також застосований архітекторами під час проектування систем відеоспостереження, платформ потокової передачі та медичних баз даних PACS.