Bachelor's Thesis

Quantum-Safe Remote Vehicle Control

Final Thesis 2.81 MB Appendix 56.32 kB

Author of thesis: Bc. Svetozár Ukrop

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D.

Reviewer: Ing. Filip Wagner

Abstract:

This work focuses on cybersecurity in intelligent transportation systems and teleoperated vehicle control, reviews current security threats, and evaluates suitable cryptographic protocols and libraries for secure remote operation, with an emphasis on the possible future threat of quantum computers. The work compares the classical cryptographic approach with post-quantum and hybrid approaches. The main outcome is research and a comparison of protocols that can be implemented in Java for teleoperation, including a test implementation with simulated communication using dual-layer encryption with PQC encryption on the application layer, working over QUIC, DTLS 1.2, and pure UDP as transport protocols.

Keywords:

Bouncy Castle, Cybersecurity, Dilithium, DTLS, Intelligent Transportation Systems, ML-DSA, ML-KEM, Post-Quantum Cryptography, QUIC, TLS, Vehicle Teleoperation

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1. Proč jste se rozhodl pro implementaci v jazyce Java? 2. Vysvětlete kategorizaci SAE Levels of Driving Automation.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Security (BPC-IBE)

Composition of Committee

prof. Ing. Radim Burget, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D. (místopředseda)
Mgr. Jakub Vostoupal, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Zukal, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Jonák, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Švento (člen)
Ing. Willi Lazarov (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Lukáš Malina, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá tematikou kvantově odolného vzdáleného řízení vozidel v rámci inteligentních dopravních systémů (ITS). V práci je představena teorie ve třech kapitolách, kde je uvedeno i srovnání dostupných kryptografických knihoven. Zhodnocení kryptografických knihoven mohlo být podpořeno tabulkou. V kapitolách 4 až 6 je pak představena praktická část zaměřená na vyhodnocení přechodu na postkvantovou kryptografii s využitím navrženého dvojvrstvého šifrování. Celková odborná úroveň práce je dobrá. Duální zabezpečení a popis ustavení klíče se snaží o vyřešení absence PQC u současných verzí knihoven a protokolů. Popis, který je členěn do několika podsekcí v 5. kapitole, je však méně přehledný a kombinuje popis implementace a návrhu. Dosažené výsledky měření výpočetní náročnosti operací, latence (RTT) a propustnosti dat při integraci PQC algoritmů jsou prezentovány formou tabulek a grafů. Zadání práce je tedy splněno a přiložený praktický výstup v podobě klient-server simulace s protokoly UDP, DTLS a QUIC je veřejně dostupný na GitLabu. Nicméně zjištěná nestabilita spojení v tabulce 6.4 mohla být více rozepsána. Aktivita studenta po celou dobu řešení práce byla dobrá. Student konzultoval postup práce a prokázal schopnost samostatně pracovat. Práce obsahuje standardní počet zdrojů literatury (41). Práce vykazuje jen menší formální a jazykové nedostatky. Některé nadpisy jsou poněkud obecné a mohly být upřesněny.

Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením 85 bodů / B. Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Filip Wagner

Bakalářská práce psaná v anglickém jazyce popisuje problematiku zabezpečení komunikace vozidel se zaměřením na jejich vzdálené ovládání. V práci je představena implementace celkově šesti variant propojení server klient s možnostmi dalšího nastavení.

Po formální stránce je práce řádně zpracovaná a obsahuje všechny povinné části. Z hlediska sazby se místy v práci vyskytuje řetězení nadpisů bez úvodních textů do kapitol. Po jazykové stránce je práce na vysoké úrovni.

V teoretické části jsou prvně stručně popsány inteligentní dopravní systémy a princip vzdáleného ovládání vozidla, který je zmatečně zaměňován se systémem autonomního řízení. První polovina strany 18 zmiňuje bez dalšího vysvětlení SAE Levels zavádějícím způsobem, představuje dva obdobné způsoby dělení role vzdáleného operátora a dělí prvky architektury na základě zdroje [3], který se tomuto dělení nevěnuje. V kapitole 2.1 věnované zabezpečovacím mechanismům se student téměř výhradně odkazuje na zdroj [7], ten ale žádná zde zmiňovaná konkrétní řešení nepopisuje a zaměřuje se spíše na hrozby k jejichž popisu byl využit dříve. Kapitola 2.2 v úvodu zmiňuje dřívější popis vektorů útoku, těm se ale práce nikde nevěnuje. Podkapitoly 2.3.1 – 2.3.4 s jednou výjimkou obsahují zdroje vždy až na jejich konci a nelze tak snadno přiřadit informace k jejich původu. Obrázek Fig. 2.1 obsahuje dva kroky s číslem 4 při navazování TLS 1.3 spojení. Zdroje [20] a [21] jsou uváděny s chybným odkazem, ale lze je dohledat a odkaz opravit. Práce ve zbytku sekce 2 poskytuje základní přehled o PQC. V sekci 3 jsou popsány knihovny OpenSSL, Bouncy Castle a základní Java knihovny z hlediska jejich implementace TLS a PQC. Student se rozhodl praktickou část realizovat v jazyce Java a proto se knihovně OpenSSL v práci dále nevěnuje. Pro realizaci síťových spojení v Java je v práci popsán i Netty Framework. Za zdroj k němu je zaznačen již archivovaný modul na místo jeho dokumentace. Student zde také uvádí, že Netty operuje jakožto most pro quiche knihovnu od Cloudflare (nijak nevyplívá ze zdroje), ale později v práci se jedná vždy o BoringSSL knihovnu od Google.

Technická zpráva je rozsáhlá a detailní, oceňuji množství porovnávaných implementací s možnostmi generování vlastních certifikátů. Student v práci navrhuje duální řešení pro případy, kdy PQC není na transportní vrstvě dostupná a umožňuje simulování reálného provozu. V rámci práce byl testován i provoz v omezeném fyzickém prostředí s pomocí limitujícího routeru.

Samotný kód je plně funkční a kvalitně zpracovaný. Nepříjemností jsou překlepy, kdy například třída „JdkPqcServer“ je volána s pomocí příznaku „jdkpqserver“, kde chybí písmeno c. Práce je doplněna generovaným README.md souborem, který je ke spuštění nápomocný, ale uvádí příkazy s fixní LAN IPv4 adresou.

Pro nešťastnou volbu názvu tříd jsou některé výstupy zmatečné. Například Fig. 4.2 porovnává RTT u datových řad TLS, Bouncy Castle, JDK a QUIC. Prezentování výsledků práce je jinak graficky názorné a na dobré úrovni. Hlavními sledovanými metrikami jsou v závěru práce doba navazování spojení, RTT, datový tok a úspěšnost navázání spojení. Vše je měřeno v omezeném i neomezeném prostředí s užitím různých transportních protokolů.

Student své nedostatky při práci se zdroji vyvažuje rozsáhlým praktickým řešením a měřením a navrhuji proto práci k obhajobě s doporučeným hodnocením C (77 bodů). Topics for thesis defence:
  1. Proč jste se rozhodl pro implementaci v jazyce Java?
  2. Vysvětlete kategorizaci SAE Levels of Driving Automation.
Points proposed by reviewer: 77

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová