Шум вместо данных: как Китай скрывает информацию и передает ее со скоростью 1 ТБ/с

Об этом пишет издание interestingengineering.com.

Технология объединяет секретность одноразового шифрблокнота с пропускной способностью в терабит, оставляя перехватчикам лишь бессмысленный шум. Фокус заключается в программно-определяемом слое "интегрированного шифрования и связи" (IEAC), который скрывает шифр внутри физики самого света.

Почему сложно объединить скорость и секретность передачи данных

Современные магистральные каналы уже передают сотни гигабит, но они полагаются на шифрование IPsec, TLS, которое, тем не менее, не мешает хакерам перехватывать необработанный оптический сигнал. Существуют варианты шифрования физического уровня — квантовое распределение ключей или хаотические лазеры, — однако они замедляют сети до минимума или требуют дорогого оборудования.

У традиционных флэш-накопителей противоположная проблема: секретность одноразового шифра (OTP), но на килобайтных скоростях. IEAC — первая архитектура, которая обещает и то, и другое одновременно, поскольку она позволяет формату модуляции, "алфавиту" световых импульсов, удваиваться в качестве шифра.

Как IEAC превращает каждый символ в одноразовый шифр

Представьте себе свет внутри волокна как точки на мишени для дартса: каждая точка представляет собой комбинацию амплитуды и фазы, которая кодирует несколько битов. Нейронная сеть выбрала новую псевдослучайную схему для каждой такой "мишени", управляемой высокоскоростными генераторами случайных чисел на передатчике и приемнике. В итоге авторизованные пользователи смогли делиться начальным числом, и поэтому они увидели аккуратный шаблон, а вот тот, кто пытался совершить несанкционированный перехват данных, увидел лишь что-то наподобие "снежной бури".

Математически исследователи оптимизировали для максимальной взаимной информации (MI) между двумя законными узлами и минимальной MI для тех, у кого нет ключа. На практике MI перехватчика упал с обычных четырех бит на символ до уровня ниже 0,2, настолько низкого, что восстановленный поток статистически неотличим от фонового шума.

Как передали 1 ТБ данных по оптоволокну

Демонстрация оборудования использовала 26 длин волн, распределенных по всему C-диапазону, что в сумме составляло спектр 3,9 ТГц. Каждый канал работал с 32-гигабитными сигналами с двойной поляризацией, сформированными сгенерированными ИИ созвездиями, затем проходил через рециркуляционный контур, который имитировал 1200 км установленного волокна с нелинейными искажениями. На дальнем конце команда зарегистрировала частоту ошибок по битам ниже 2 × 10⁻² — комфортно в пределах коммерческой коррекции ошибок — при этом все еще тактируя 1 Тбит/с чистой полезной нагрузки.

Почему новая разработка важна для ИИ

Глобальный трафик центров обработки данных удваивается каждые два-три года, подталкиваемый обучением моделей и облачной аналитикой. Операторам нужна большая емкость и гарантированная конфиденциальность для медицинских записей, финансовых сделок или работы ИИ-моделей.

Поскольку IEAC использует стандартную когерентную оптику — ничего квантового, никаких вакуумно-герметичных "черных ящиков" — его можно развернуть как обновление прошивки внутри существующих транспондеров. Конструкция также масштабируема: механизм машинного обучения может переобучаться для более длинных диапазонов, более плотных сеток длин волн или модуляции более высокого порядка по мере улучшения оборудования.

Ученые называют структуру "мостом между безопасностью завтрашнего дня и терабитными каналами". С помощью одного лабораторного прототипа команда показала, что шифрование больше не должно быть дополнительным налогом — его можно встроить в свет, на скорости линии, на континентальных расстояниях.