Защита легкого общения со случайными объектами

17 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

К.В. Весселинк, Университет Твенте

Исследователи из группы сложных фотонных систем (COPS) использовали два слоя случайных материалов для шифрования и дешифрования сообщения, отправленного посредством световой связи. При этом они одновременно скрывали отправителя и получателя, и только когда свет проходил через оба слоя, сообщение было получено.

Исследовательская группа опубликовала свои выводы в журнале Optics Express и полагает, что это доказательство концепции может найти применение в системах связи видимого света, точности освещения (LiFi) и оптоволоконной связи.

В эпоху, когда цифровая информация является источником жизненной силы нашего взаимосвязанного мира, обеспечение ее безопасности имеет первостепенное значение. Шифрование играет жизненно важную роль в защите наших данных, превращая простое сообщение в сложный шаблон, а затем преобразуя его обратно, делая его нерасшифрованным, если сообщение будет перехвачено в середине.

Поскольку технологии развиваются беспрецедентными темпами, будущее коммуникаций лежит в сфере видимого света. Но как мы можем гарантировать безопасность этой передовой формы связи?

Удивительно, но решение можно найти в предметах повседневного обихода. Исследователи из Университета Твенте в сотрудничестве с экспертами Технического университета Эйндховена и инновационной компанией Signify (ранее известной как Philips Lighting) показали, что случайные материалы, такие как слой краски, лист бумаги или стеклянный рассеиватель — повышает секретность световой связи за счет шифрования сообщения.

Когда свет проходит через эти случайные материалы, он рассеивается в нескольких направлениях, создавая сложный узор, известный как спекл. Именно этот шаблон становится основой шифрования.

Это шифрование соответствует концепции физической неклонируемой функции (PUF). ППУ — объект настолько сложный, что его невозможно скопировать с помощью современных технологий. Если PUF используется в качестве ключа шифрования, только правильный ключ, который не клонируется, может получить доступ к информации. В этом случае ключом является случайный объект, а информацией — спекл-паттерн.

Исследователи из группы сложных фотонных систем (COPS) пошли еще дальше в этой концепции. Вместо использования одного ключа для шифрования сообщения они используют два слоя случайных носителей в качестве двойных ключей. При этом они одновременно скрывают отправителя и получателя, и сообщение будет получено только тогда, когда свет пройдет через обе клавиши. Любой злонамеренный перехватчик, пытающийся перехватить сообщение в пути, столкнется с бессмысленной смесью случайных шаблонов, совершенно не связанных с исходным сообщением.

Кроме того, секретность повышается за счет резервирования системы. Предлагаемая система основана на модуляции падающего света с помощью устройства, подобного экранному проектору (или проектору) на отправителе. Поскольку случайные материалы настолько сложны, существуют тысячи различных способов модулировать свет, в результате чего создается одно и то же сообщение, но при этом меняется случайный рисунок между двумя клавишами. Если отправитель постоянно переключается между различными модуляциями, злоумышленник посередине перегружен случайными шаблонами, в то время как получатель не затрагивается ими.

Статья «Повышенная секретность в оптической связи с использованием спеклов из слоев многократного рассеяния» Альфредо Рейтса, Йориса Фрехена, Берта Малдера, Уилберта Л. Айзермана и Уиллема Л. Воса опубликована в журнале Optics Express. Данные, использованные для публикации, доступны в базе данных Zenodo.