پژوهشگران چینی دانشگاه شانگهای جیاتونگ موفق به ثبت رکوردی تازه در ارسال دادههایی با نرخ یک ترابیت بر ثانیه (معادل حدود ۴۰ استریم همزمان از نتفلیکس با کیفیت Ultra-HD) تا فاصله ۱۲۰۰ کیلومتری با استفاده از فیبر نوری استاندارد بدون امکان شنود برای افراد غیرمجاز شدند.
به گزارش تکناک، این رکورد تازه یکی از مشکلات دیرینه دنیای مخابرات را برطرف میکند، که انتقال سریع داده از طریق نور بدون به خطر افتادن امنیت آن است.
رمز موفقیت این پروژه، لایهای نرمافزاری با نام «رمزنگاری و ارتباط یکپارچه» (IEAC) است، که رمزگذاری را درون فیزیک نور انجام میدهد. در حالی که روشهای رایج رمزنگاری در سطوح بالاتر شبکه (مانند IPsec و TLS) پس از شنود سیگنال نوری بیاثر میشوند، اما فناوری IEAC رمز را به سطح فیزیکی سیگنال منتقل میکند و امکان شنود را به کلی از بین میبرد. روشهای دیگر مانند: توزیع کلید کوانتومی یا لیزرهای آشوبی با محدودیتهای جدی مانند سرعت پایین یا نیاز به سختافزارهای خاص مواجه هستند.
در این روش جدید انتقال داده با فیبر نوری استاندارد، هر پالس نوری به صورت ترکیبی از دامنه و فاز عمل میکند و چندین بیت را در خود جای میدهد. سیستمهای تجاری فعلی با نرخ ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه از الگوهای هندسی پایدار استفاده میکنند، اما تیم چینی با استفاده از موتور یادگیری عمیق توانست الگویی شبهتصادفی و جدید برای هر بسته داده تولید کند. این الگوها از طریق مولدهای عدد تصادفی در دو طرف ارتباط همگام میشوند و فقط کاربر مجاز میتواند الگوی صحیح را مشاهده کند. شنودکننده فقط با آشفتگی داده مواجه خواهد شد.
محققان با بهینهسازی ریاضی، حداکثر اطلاعات متقابل میان کاربران مجاز و حداقل اطلاعات برای شنودکننده را طراحی کردند. در عمل، میزان اطلاعات قابل استخراج توسط شنودکننده از مقدار طبیعی ۴ بیت به کمتر از ۰.۲ بیت در هر نماد کاهش یافت؛ این مقدار در حدی پایین است که دادهها را غیرقابل تفکیک از نویز میکند.
در این پروژه از ۲۶ طول موج مختلف در طیف کامل C-band استفاده شد، که در مجموع طیف ۳.۹ تراهرتزی را پوشش میدادند. هر کانال با سیگنالهای دو قطبی ۳۲ گیگابود کار میکرد، که توسط الگوریتمهای هوش مصنوعی شکل میگرفتند و از طریق حلقهای بازچرخشی با مشخصات شبکه واقعی فیبر نوری با طول ۱۲۰۰ کیلومتر منتقل شدند. نتایج نشان داد که نرخ خطای بیت، کمتر از ۲×۱۰⁻² بود؛ که در محدوده قابل قبول برای سیستمهای تصحیح خطای تجاری قرار دارد و نرخ خالص انتقال به ۱ ترابیت بر ثانیه رسید.
با توجه به اینکه ترافیک مراکز داده در حال دو برابر شدن در هر دو تا سه سال است، نیاز به ظرفیت بالا و امنیت مطلق در انتقال دادهها اهمیت روزافزونی یافته است. اطلاعاتی مانند: سوابق پزشکی، معاملات مالی و وزنهای اختصاصی مدلهای هوش مصنوعی از جمله دادههایی هستند که به امنیت فیزیکی نیاز دارند. مزیت کلیدی IEAC در این است که میتوان آن را تنها با یک بهروزرسانی نرمافزاری در تجهیزات فعلی پیادهسازی کرد و نیاز به سختافزارهای کوانتومی یا تجهیزات پیچیده ندارد.
