Оптическая передача данных

Квантовый шум защищает данные: новая система оптической связи усложняет перехват

Исследователи создали систему беспроводной связи через видимый свет, в которой защита данных работает на физическом уровне — прямо в оптическом сигнале, а не только в сетевых протоколах. Экспериментальная передача шла со скоростью 100 мегабит в секунду — скромным по нынешним меркам показателем, но достаточным для объектов, где важна устойчивость к радиопомехам.
Автор Наука Mail
Передача данных через видимый свет
Передача данных через видимый свет давно привлекает внимание инженеров, но у технологии есть слабое место: сам оптический сигнал остается незащищенным при передаче по открытому каналуИсточник: Unsplash

Передача данных через видимый свет давно привлекает внимание инженеров, но у технологии есть слабое место: сам оптический сигнал остается незащищенным при передаче по открытому каналу. В исследовании, опубликованном в International Journal of Sensor Networks, предложено решение — шифрование на физическом уровне, при котором защита встроена прямо в световой сигнал, а не только в сетевые протоколы верхних уровней.

В основе системы лежит квантовый потоковый шифр Y-00, ранее применявшийся в оптоволоконных сетях и впервые адаптированный для передачи данных в видимом свете. Принцип работы таков: данные преобразуются в сигнал с множеством возможных уровней интенсивности света от светодиодов, а затем на сигнал накладывается квантовый шум — случайные флуктуации, обусловленные фундаментальными свойствами света. Общий секретный ключ определяет способ представления данных, и когда уровень шума достаточно высок, третья сторона без ключа не может достоверно отделить полезный сигнал от случайных колебаний.

Экспериментальная демонстрация показала скорость передачи 100 Мбит/с — эквивалент Fast Ethernet середины 1990-х годов. Это скромный по нынешним меркам показатель, но приемлемый базовый уровень для исследовательской демонстрации, и он достаточно высок для широкого спектра практических применений.

Оптическая беспроводная связь такого типа рассматривается как специализированное дополнение к Wi-Fi и оптоволоконным соединениям в ситуациях с ограниченным радиопокрытием. Она может оказаться востребованной там, где доступен большой объем оптического спектра и критически важна устойчивость к радиопомехам — в больницах, на борту самолетов и на промышленных объектах.

Оптическая беспроводная связь такого типа рассматривается как специализированное дополнение к Wi-Fi и оптоволоконным соединениям в ситуациях с ограниченным радиопокрытием
Оптическая беспроводная связь такого типа рассматривается как специализированное дополнение к Wi-Fi и оптоволоконным соединениям в ситуациях с ограниченным радиопокрытиемИсточник: interestingengineering.com

Принципиальное преимущество подхода в том, что он устраняет ключевую уязвимость оптической беспроводной связи. При использовании только сетевого шифрования более высокого уровня сам сигнал остается открытым при передаче по открытому каналу, и злоумышленник может его скопировать для последующего анализа. Защита на физическом уровне работает как дополнительный механизм безопасности: перехватчик без секретного ключа видит не данные, а хаотичный квантовый шум, в котором невозможно выделить полезную информацию.

Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые создали первую сеть квантовых датчиков для космоса с рекордной точностью.