Method for adaptive cryptographic protection management in computer networks based on dynamic risk assessment and post-quantum algorithms
DOI:
https://doi.org/10.34121/1028-9763-2026-3-31-48Keywords:
cryptographic protection, management, post-quantum cryptography, risk assessment, computer networks, information securityAbstract
The article addresses the problem of ensuring adaptive cryptographic protection in computer networks under conditions of increasing cyber threats, a growing number of attacks on information resources, and the need to transition to post-quantum cryptographic algorithms. It is established that traditional approaches to the selection of cryptographic mechanisms are predominantly static and insufficiently consider risk dynamics, the state of network infrastructure, traffic characteristics, and resource constraints, which may result in inefficient resource utilization or a reduced level of information protection. A method for cryptographic protection management based on dynamic risk assessment is proposed. It provides adaptive selection of cryptographic algorithms depending on the current state of the system, threat level, and data security requirements. Within the proposed method, an integrated risk assessment model is developed that takes into account threat intensity, vulnerability level, asset criticality, and the probability of attack realization. An adaptive performance indicator for cryptographic algorithms is introduced, considering both the risk component and computational resource consumption. A mechanism for the dynamic selection of cryptographic solutions is implemented, enabling the use of classical, hybrid, and post-quantum algorithms depending on the risk level and the current state of the information environment. A distinctive feature of the proposed approach is the introduction of a cryptographic protection intensity function, which enables the formalization of the security level as a time-varying parameter and adapt protection settings to changing network operating conditions. The results demonstrate that the proposed method improves the efficiency of cryptographic protection, optimizes resource utilization, and enhances the resilience of information systems against current and emerging cyber threats. Таbl.: 1. Figs.: 4. Refs.: 29 titles.
References
1. Hasan K.F., Simpson L.R., Rezazadeh Baee M., Islam C., Rahman Z., Armstrong W., Gauravaram P., McKague M. A framework for migrating to post-quantum cryptography: Security dependency analysis and case studies. IEEE Access. 2023. Vol. 12. P. 23427–23450.
2. Yesina M., Ostrianska Y.V., Gorbenko I.D. Status report on the third round of the NIST post-quantum cryptography standardization process. Radiotekhnika. 2022. P. 75–86. DOI: https://doi.org/10.30837/rt.2022.3.210.05.
3. Liu T., Ramachandran G.S., Jurdak R. Post-quantum cryptography for Internet of Things: A survey on performance and optimization. arXiv. 2024. URL: https://arxiv.org/abs/2401.17538 (дата звернення: 19.06.2026).
4. Näther C., Herzinger D., Gazdag S., Steghöfer J., Daum S., Loebenberger D. Migrating software systems toward post-quantum cryptography: A systematic literature review. IEEE Access. 2024. Vol. 12. P. 132107–132126.
5. Tasopoulos G., Dimopoulos C., Fournaris A., Zhao R.K., Sakzad A., Steinfeld R. Energy consumption evaluation of post-quantum TLS 1.3 for resource-constrained embedded devices. P. 366–374. DOI: https://doi.org/10.1145/3587135.3592821.
6. Scalise P., Garcia R., Boeding M., Hempel M., Sharif H. An applied analysis of securing 5G/6G core networks with post-quantum key encapsulation methods. Electronics. 2024. Vol. 13, N 21. Article 4258. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics13214258.
7. Härting R.-C., Bueechl J., Anderlohr P., Betz L. The impact of effective risk management on the cyber performance of enterprises. Procedia Computer Science. 2025. Vol. 270. P. 4343–4352. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procs.2025.09.559.
8. Костюк Ю., Складанний П., Мазур Н., Рзаєва С., Гнатченко Д., Гончаренко І. Формальна модель адаптивного вибору криптографічних параметрів захисту каналів у корпоративних комп’ютерних мережах на основі динамічної оцінки довіри. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2026. Т. 4, № 32. С. 20–44. DOI: https://doi.org/10.28925/2663-4023.2026.32.1111.
9. Костюк Ю., Складанний П. Криптографічна модель довіри до подій безпеки в SIEM для інтелектуального формування мережевих інцидентів. Сучасний захист інформації. 2026. Т. 1, № 65. С. 103–118. DOI: https://doi.org/10.31673/2409-7292.2026.011393.
10. Костюк Ю., Хорольська К., Бебешко Б., Довженко Н., Коршун Н., Пазинін А. Інструментальні засоби забезпечення інформаційної безпеки від прихованих загроз в інфраструктурі хмарних обчислень. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2025. Т. 4, № 28. С. 633–655. DOI: https://doi.org/10.28925/2663-4023.2025.28.857.
11. Довженко Н., Іваніченко Є., Костюк Ю. Методика виявлення та локалізації кіберзагроз у хмарних середовищах з інтегрованими IoT-компонентами на основі графових моделей. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2025. Т. 1, № 29. С. 762–776. DOI: https://doi.org/10.28925/2663-4023.2025.29.938.
12. Carannante M., Mazzoccoli A. An analytical review of cyber risk management by insurance companies: A mathematical perspective. Risks. 2025. Vol. 13, N 8. Article 144. DOI: https://doi.org/10.3390/risks13080144.
13. Mizrak F. Integrating cybersecurity risk management into strategic management: A comprehensive literature review. Research Journal of Business and Management. 2023. Vol. 10, N 3. P. 98–108. DOI: https://doi.org/10.17261/Pressacademia.2023.1807.
14. Костюк Ю., Бебешко Б., Гулак Г., Складанний П., Рзаєва С., Хорольська К. Забезпечення кібербезпеки та швидкодії передачі даних у безпровідних мережах. Безпека інформації. 2024. Т. 30, № 3. С. 365–375. DOI: https://doi.org/10.18372/2225-5036.30.20357.
15. Demir E., Bilgin B. E., Onbasli M. Performance analysis and industry deployment of post-quantum cryptography algorithms. 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.1295.
16. Pise A.A., Singh S., Hemachandran K., Gadilkar S., Esther Z.B., Pise G.S., Imuede J. Adapting to evolving cyber threat landscapes with dynamic security protocol management in large-scale IoT sensor networks. International Journal of Wireless & Ad Hoc Communication. 2023. Vol. 7, N 2. P. 25–40.
17. Ashley C., Preiksaitis M. Strategic cybersecurity risk management practices for information in small and medium enterprises. Business Management Research and Applications. 2022. Vol. 1, N 2. P. 109–157.
18. Khan Q., Purification S., Chang S.-Y. Post-quantum key exchange and subscriber identity encryption in 5G using ML-KEM (Kyber). Information. 2025. Vol. 16, N. 7. Article 617. DOI: https://doi.org/10.3390/info16070617.
19. Pablos J.I., Vasco M.I. Secure post-quantum group key exchange: Implementing a solution based on Kyber. IET Communications. 2023. Vol. 17. P. 758–773. DOI: https://doi.org/10.1049/cmu2.12561.
20. Sosnowski M., Wiedner F., Hauser E., Steger L., Schoinianakis D., Gallenmüller S., Carle G. The performance of post-quantum TLS 1.3. P. 19–27. DOI: https://doi.org/10.1145/3624354.3630585.
21. Giron A.A., do Nascimento J.P.A., Custódio R., Perin L.P., Mateu V. Post-quantum hybrid KEMTLS performance in simulated and real network environments / Aly A., Tibouchi M. (eds.). Progress in Cryptology — LATINCRYPT 2023. Vol. 14168. Cham: Springer, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-44469-2_15.
22. Astrizi T.L., Custódio R. Seamless transition to post-quantum TLS 1.3: A hybrid approach using identity-based encryption. Sensors. 2024. Vol. 24, N 22. Article 7300. DOI: https://doi.org/10.3390/s24227300.
23. Montenegro J., Rios R., López-Cerezo J. A performance evaluation framework for post-quantum TLS. Future Generation Computer Systems. 2025. Vol. 175. Article 108062. DOI: https://doi.org/10.1016/j.future.2025.108062.
24. Ojetunde B., Kurihara T., Yano K., Sakano T., Yokoyama H. A practical implementation of postquantum cryptography for secure wireless communication. Network. 2025. Vol. 5, N 2. Article 20. DOI: https://doi.org/10.3390/network5020020.
25. Складанний П.М., Гулак Г.М., Костюк Ю.В. Генератор хаотичних чисел із нечітким керуванням для криптографічних систем із динамічною довірою. Телекомунікаційні та інформаційні технології. 2025. Т. 4, № 89. С. 137–147. DOI: https://doi.org/10.31673/2412-4338.2025.048916.
26. Костюк Ю., Складанний П., Рзаєва С., Мазур Н., Черевик В., Аносов А. Особливості реалізації мережевих атак через TCP/IP-протоколи. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2025. Т. 1, № 29. С. 571–597. DOI: https://doi.org/10.28925/2663-4023.2025.29.915.
27. Складанний П., Костюк Ю., Рзаєва С. Безперервна оцінка доступу в Zero Trust Access Management на основі подієвих сигналів безпеки та динамічного керування сесіями. Математичні машини і системи. 2026. № 1. С. 29–46. DOI: https://doi.org/10.34121/1028-9763-2026-1-29-46.
28. Raavi M., Wuthier S., Chandramouli P., Balytskyi Y., Zhou X., Chang S.-Y. Security comparisons and performance analyses of post-quantum signature algorithms. Applied Cryptography and Network Security. Vol. 12727. Cham: Springer, 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-78375-4_17.
29. Костюк Ю., Бебешко Б., Крючкова Л., Литвинов В., Оксанич І., Складанний П., Хорольська К. Захист інформації та безпека обміну даними в безпроводових мобільних мережах з автентифікацією і протоколами обміну ключами. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2024. Т. 1, № 25. С. 229–252. DOI: https://doi.org/10.28925/2663-4023.2024.25.229252.
89
61
