vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2026-53-2-153-161vdgtu-2102Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGY AND TELECOMMUNICATIONSИерархическая система управления криптографическими ключами для защиты биометрических персональных данных в информационных системах аэропортовHierarchical cryptographic key management system for biometric personal data protection in airport information systemsШевчукП. С.ShevchukP. S.

Петр Сергеевич Шевчук, доктор технических наук, профессор кафедры информационной безопасно-сти в вычислительных системах и сетях

344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

344038, г. Ростов-на-Дону, площадь Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, зд. 2

Petr S. Shevchuk, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department of Information Security in Computing Systems and Networks

Gagarina Square, Rostov-on-Don, 344002

22 Rostovskogo Strelkovogo Polka Narodnogo Opolcheniya Sq., Rostov-on-Don 344038

andstyle@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9455-4079АйдинянА. Р.AydinyanA. R.

Айдинян Андрей Размикович, кандидат технических наук, доцент, доцент, кафедра информационной безопасности в вычислительных системах и сетях

344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Andrey R. Aidinyan, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof., Department of Computing Systems and Information Security

Gagarina Square, Rostov-on-Don, 344002

79081891239@yandex.ruДонской государственный технический университет; Ростовский государственный университет путей сообщенияРоссияDon State Technical University; Rostov State Transport UniversityRussian FederationДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202610082026532153161Copyright © Шевчук П.С., Айдинян А.Р., 20262026Шевчук П.С., Айдинян А.Р.Shevchuk P.S., Aydinyan A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/2102

Цель. Статья посвящена актуальной проблеме обеспечения безопасности биометрических персональных данных, обрабатываемых в информационных системах аэропортов. Цель исследования заключается в разработке иерархической системы управления криптографическими ключами, способной обеспечить криптографическую гибкость (crypto agility), эффективную ротацию ключей и необратимое шифрование биометрических данных в соответствии с требованиями Федерального закона № 152-ФЗ «О персональных данных» и нормативными актами ФСТЭК России.Метод. Методологической основой исследования послужили действующие стандарты в области защиты информации (ГОСТ Р ИСО/МЭК 27001-2021) и методика ФСТЭК России по определению актуальных угроз. Разработка архитектуры базируется на трёхуровневой иерархии ключей (Root Key, KEK, DEK) с разделением ключей по категориям данных. Программная реализация модуля шифрования выполнена на языке Python с использованием криптографической библиотеки PyCryptodome, реализующей алгоритм AES-256-GCM, обеспечивающий конфиденциальность, целостность и аутентичность данных.Результат. Разработана и протестирована трёхуровневая система управления ключами, минимизирующая масштаб ущерба при компрометации за счёт использования уникальных ключей DEK для каждого пассажира. Тестирование производительности показало высокую скорость обработки данных: шифрование 1 МБ биометрической информации выполняется за 6,88 мс, что позволяет системе обрабатывать до 100 регистраций в секунду на одном сервере. Предложенная архитектура обеспечивает возможность ротации ключей без перешифрования всего массива данных.Вывод. Разработанная иерархическая система управления криптографическими ключами полностью соответствует требованиям российского законодательства в области персональных данных и демонстрирует высокую производительность, пригодную для эксплуатации в условиях высоконагруженных систем аэропортов. Направлениями дальнейших исследований являются интеграция с сертифицированными аппаратными модулями безопасности (HSM) российского производства, внедрение постквантовых криптографических алгоритмов и применение технологии распределённых реестров для обеспечения неизменяемости журналов аудита.

Objective. The article is devoted to the urgent problem of ensuring the security of biometric personal data processed in airport information systems. The purpose of the research is to develop a hierarchical cryptographic key management system capable of providing cryptographic flexibility, effective key rotation, and irreversible encryption of biometric data in accordance with the requirements of Federal Law No. 152-FZ "On Personal Data" and the regulations of the FSTEC of Russia.Method. The methodological basis of the study was the current standards in the field of information security (GOST R ISO/IEC 27001-2021) and the FSTEC methodology for identifying current threats. Architecture development is based on a three-level hierarchy of keys (Root Key, KEK, DEK) with keys divided into data categories. The software implementation of the encryption module is made in Python using the PyCryptodome cryptographic library, which implements the AES-256-GCM algorithm, which ensures confidentiality, integrity and authenticity of data.Result. During the study, a three-level key management system was developed and tested, which minimizes the scale of damage caused by compromise by using unique DEK keys for each passenger. Performance testing showed high data processing speed: encryption of 1 MB of biometric information is performed in 6.88 ms, which allows the system to process up to 100 registrations per second on a single server. The proposed architecture provides the ability to rotate keys without reencrypting the entire data array.Conclusion. The hierarchical cryptographic key management system complies with Russian legislation on personal data and demonstrates high performance for use in highload airport environments. Further research includes integration with certified Russian-made hardware security modules (HSMs), the implementation of post-quantum cryptographic algorithms, and the use of distributed ledger technology to ensure the immutability of audit logs.

персональные данныебиометриякриптографическая защитаиерархия ключейAES-256-GCMуправление ключамиаэропортинформационная безопасностьpersonal databiometricscryptographic protectionkey hierarchyAES-256-GCMkey managementairportinformation securityReferencesРоскомнадзор. Отчёт о деятельности Федеральной службы по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций за 2024 год. – М., 2024. – 156 с.Roskomnadzor. Annual Report on the Activities of the Federal Service for Supervision of Communications, Information Technology, and Mass Media for 2024. Moscow, 2024; 156 p. (In Russ)Крамаров С.О., Митясова О.Ю., Соколов С.В., Тищенко Е.Н., Шевчук П.С. Криптографическая защита информации: учебное пособие. – М., 2025.Kramarov S.O., Mityasova O.Yu., Sokolov S.V., Tishchenko E.N., Shevchuk P.S. Cryptographic Protection of Information: A Tutorial. Moscow, 2025. (In Russ)Шевчук П.С., Зверев А.П., Пазин М.С. Обеспечение информационной и кибербезопасности военнослужащих в цифровую эпоху при проведении специальной военной операции // Инженерный вестник Дона. – 2025. – № 11 (131). – С. 934–945.Shevchuk P.S., Zverev A.P., Pazin M.S. Ensuring Information and Cybersecurity of Military Personnel in the Digital Age During a Special Military Operation. Engineering Bulletin of the Don. 2025;11(131):. 934-945. (In Russ)Добот Ю.Н., Шевчук П.С. Ботнет-атаки и защита телекоммуникационных систем с использованием криптографических методов // Инновационный потенциал развития науки в современном мире: достижения и инновации: сб. науч. ст. по материалам XV Междунар. науч.-практ. конф. – Уфа, 2024. – С. 11–18.Dobot Yu.N., Shevchuk P.S. Botnet Attacks and Protection of Telecommunication Systems Using Cryptographic Methods. Innovative Potential for Science Development in the Modern World: Achievements and Innovations: Collection of Scientific Articles Based on the Proceedings of the XV Int. Res. and Pract. Conf. – Ufa, 2024:11–18. (In Russ)Добот Ю.Н., Шевчук П.С. Обнаружение и устранение DDoS-атаки на основе SIEM // Инновационные идеи молодых исследователей: сб. науч. ст. по материалам XV Междунар. науч.-практ. конф. – Уфа, 2024. – С. 29–34.Dobot Yu.N., Shevchuk P.S. Detection and Mitigation of DDoS Attacks Based on SIEM // Innovative Ideas of Young Researchers: Collection of Scientific Articles Based on the Materials of the XV International Scientific and Practical Conf. – Ufa, 2024; 29–34. (In Russ)Федеральный закон от 27.07.2006 №152-ФЗ (ред. от 06.02.2023) «О персональных данных». – URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_61801/ (дата обращения: 10.01.2026).Federal Law of the Russian Federation No. 152-FZ of 27.07.2006 (as amended on 06.02.2023) “On Personal Data”. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_61801/ (accessed: 10.01.2026) (In Russ).Плоткин А.С., Кесель С.А., Репин М.М., Федоров Н.В. Анализ уязвимостей систем управления ключами в распределенных реестрах на примере блокчейн IBM // Вопросы кибербезопасности. – 2021. – № 2 (42). – С. 61–70.Plotkin A.S., Kesel S.A., Repin M.M., Fedorov N.V. Analysis of Vulnerabilities in Key Management Systems in Distributed Ledgers: The IBM Blockchain Case Study. Cybersecurity Issues. 2021; 2(42):61–70. (In Russ)Петров И.В., Сидоров А.А. Анализ уязвимостей систем управления криптографическими ключами // Вопросы кибербезопасности. – 2023. – № 4 (56). – С. 45–52. DOI: 10.21681/2311-3456-2023-4-45-52.Petrov I.V., Sidorov A.A. Analysis of Vulnerabilities in Cryptographic Key Management Systems. Cybersecurity Issues. 2023; 4 (56):45–52. DOI: 10.21681/2311-3456-2023-4-45-52. (In Russ)Иванова М.С., Козлов Д.Н. Проблемы защиты биометрических персональных данных в транспортной инфраструктуре // Информационная безопасность регионов. – 2024. – № 2 (47). – С. 18–25.Ivanova M.S., Kozlov D.N. Challenges in Protecting Biometric Personal Data in Transport Infrastructure . Information Security of Regions. 2024;2 (47):18–25. (In Russ)Лившиц И.И. Оценка рисков утечки персональных данных от атак по каналам поставщиков // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2025. – Т. 52. – № 1. – С. 97–104.Livshits I.I. Risk Assessment of Personal Data Leakage from Supply-Chain Attacks. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2025; 52(1):97–104. (In Russ)Грунтович М.М., Семкин А.Н. Криптографическая защита в системе сопровождения и управления наземными транспортными средствами // Безопасность информационных технологий. – 2012. – Т. 19. – № 1. – С.65–69.Gruntovich M.M., Semkin A.N. Cryptographic Protection in the Support and Control System for Ground Vehicles. Information Technology Security. 2012; 19(1):65–69. (In Russ)Грунтовский Д.Р., Суторев И.С. Анализ защищённости контейнерных приложений в средах с особыми требованиями к безопасности данных // Современные научно-технические достижения современности: новые технологии, инновационные решения: сб. науч. ст. – Ульяновск, 2025. – С. 13–15.Gruntovskiy D.R., Sutorev I.S. Security Analysis of Containerized Applications in Environments with Special Data Security Requirements. Modern Scientific and Technical Achievements: New Technologies, Innovative Solutions: Collection of Scientific Papers. Ulyanovsk, 2025: 13–15. (In Russ)Бокова О.И., Канавин С.В., Хохлов Н.С., Гилев И.В., Лекарь Л.А. К вопросу обеспечения защищенного доступа к информационным системам с применением биометрической аутентификации на основе нечеткого образа личности пользователя и нейросетевых преобразований // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50. – № 4. – С. 75–84.Bokova O.I., Kanavin S.V., Khokhlov N.S., Gilev I.V., Lekar L.A. On Ensuring Secure Access to Information Systems Using Biometric Authentication Based on a Fuzzy User Identity Pattern and Neural Network Transformations. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2023;50(4):. 75–84. (In Russ)Черкесова Л.В., Савельев В.А., Ревякина Е.А., Полулях А.Р., Семенцов М.А. Механизм восстановления данных в результате их повреждения, заражения и/или несанкционированного изменения // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2025. – Т. 52. – № 1. – С. 134–146.Cherkesova L.V., Savelyev V.A., Revyakina E.A., Polulyakh A.R., Sementsov M.A. Data Recovery Mechanism in the Event of Data Corruption, Infection, and/or Unauthorized Modification. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2025;52(1):134–146. (In Russ)Васильев А.Э., Газизов А.Р., Шевчук П.С. Криптографические методы в системах контроля и управления доступом: современные подходы и перспективы // Актуальные проблемы науки и техники: материалы Всерос. (нац.) науч.-практ. конф., посвящённой 95-летию Донского гос. техн. ун-та. – Ростов-на-Дону, 2025. – С. 383–384.Vasiliev A.E., Gazizov A.R., Shevchuk P.S. Cryptographic methods in access control systems: modern approaches and prospects. Actual problems of science and technology: materials of the All-Russian (national) scientific and practical conf., dedicated to the 95th anniversary of the Don State Technical University. - Rostov-on-Don, 2025; 383-384. (In Russ)Smith J., Anderson K. Hierarchical Key Management Systems for Cloud Infrastructure // Journal of Cryptographic Engineering. – 2023. – Vol. 13. – No. 3. – P. 245–258. – DOI: 10.1007/s13389-023-00312-5.Smith J., Anderson K. Hierarchical Key Management Systems for Cloud Infrastructure. Journal of Cryptographic Engineering. 2023;13(3):245–258. – DOI: 10.1007/s13389-023-00312-5.Chen L., Wang Y., Zhang H. Hardware Security Modules for Cryptographic Key Protection in Critical Infrastructure // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. – 2024. – Vol. 19. – P. 1234–1247. – DOI: 10.1109/TIFS.2024.1234567.Chen L., Wang Y., Zhang H. Hardware Security Modules for Cryptographic Key Protection in Critical Infrastructure. IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2024;19:1234–1247. – DOI: 10.1109/TIFS.2024.1234567.Johnson M., Brown R. Performance Analysis of AES-GCM for Biometric Data Protection // Computers & Security. – 2023. – Vol. 134. – Article 103421. – DOI: 10.1016/j.cose.2023.103421.Johnson M., Brown R. Performance Analysis of AES-GCM for Biometric Data Protection. Computers & Security. 2023;134: Article 103421. – DOI: 10.1016/j.cose.2023.103421.Смирнов В.И. Правовые аспекты защиты персональных данных в информационных системах: монография. – М.: Юрайт, 2024. – 284 с.Smirnov V.I. Legal Aspects of Personal Data Protection in Information Systems: Monograph. – Moscow: Yurait, 2024; 284 p. (In Russ)Davis P., Miller S. Cryptographic Agility in Post-Quantum Era: Architectural Approaches // ACM Computing Surveys. – 2024. – Vol. 56. – No. 2. – Article 45. – DOI: 10.1145/3625567.Davis P., Miller S. Cryptographic Agility in the Post-Quantum Era: Architectural Approaches. ACM Computing Surveys. 2024;56(2):Article 45. – DOI: 10.1145/3625567.ГОСТ Р ИСО/МЭК 27001-2021. Информационная технология. Методы и средства обеспечения безопасности. Системы менеджмента информационной безопасности. Требования. – М.: Стандартинформ, 2021.GOST R ISO/IEC 27001-2021. Information Technology. Security Techniques. Information Security Management Systems. Requirements. – Moscow: Standartinform, 2021. (In Russ)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.