Учени от Шанхайския университет „Дзяотун“ решиха дългогодишен проблем в областта на телекомуникациите: колкото по-бързо се предава информацията чрез светлинен лъч, толкова по-трудно е тя да бъде запазена в тайна. Те са разработили технология, която използва модулация на светлинните импулси и изкуствен интелект за криптиране на данните. По време на тестовете изследователите предаваха информация със скорост 1 Tbps по оптично влакно с дължина 1200 км, като потенциалните прихващачи улавяха само безсмислен шум. Разработката не изисква допълнителни хардуерни решения и може лесно да бъде включена в съществуващи системи.

Днешните магистрални мрежи прехвърлят данните със скорост стотици гигабити, но използваното от тях криптиране (IPsec, TLS) не защитава от прихващане на оптичния сигнал на физическо ниво. Алтернативните методи за криптиране на физическия слой, като квантово разпределение на ключовете или използване на хаотични лазери, намаляват скоростта на предаване или изискват нестандартен хардуер.

Конвенционалните флаш памети имат друг проблем: те осигуряват абсолютна секретност благодарение на метода на еднократното криптиране (OTP), но работят бавно, на ниво килобайти в секунда. Създадената от учените технология за интегрирано криптиране и комуникация (IEAC) обещава едновременно високоскоростно предаване и силно криптиране, тъй като използва самия формат на модулацията на светлинните импулси в качеството на шифър.

Светлинният сигнал в оптичното влакно може да се сравни с мишена за стрелички – всяка точка върху тази мишена съответства на специфична комбинация от амплитуда и фаза, която кодира цифровите данни. Съвременните телекомуникационни системи със скорост 400 Gbps вече използват специална технология, която оптимално разпределя тези точки, за да се противопостави на смущенията. Китайските учени са отишли по-далеч и са накарали невронна мрежа динамично да променя местоположението на тези точки. За всеки предаден пакет системата генерира уникална псевдослучайна конфигурация, като използва синхронизирани генератори на случайни числа в двата края на канала.

Оторизираните потребители със споделен криптографски ключ могат правилно да интерпретират предаваната информация, докато прихващачът вижда само хаотичен набор от сигнали.

От математическа гледна точка системата осигурява максимална взаимна информация (MI) между оторизираните възли и минимална за всички неоторизирани устройства. Експериментите показват, че стойността на MI за прихващача се намалява от типичните 4 бита на символ до стойности под 0,2 бита, което прави декриптирането принципно невъзможно – прихванатите данни са статистически неразличими от случайния шум.

При демонстрацията са използвани 26 дължини на вълните в C-диапазона, което осигурява общ спектър от 3,9 THz. Всеки канал излъчва сигнал с 32 GBd модулация и двойна поляризация, генериран с помощта на изкуствен интелект. Сигналът се прехвърля през затворен оптичен контур, симулиращ 1200 км влакна с нелинейни изкривявания. В резултат на това бяха регистрирани битови грешки под 2 × 10-², което отговаря на търговските стандарти за корекция на грешките, докато потокът от данни достигна скорост от 1 Tbps.

IEAC се базира на стандартната кохерентна оптика, без квантови технологии, така че може да бъде внедрена като софтуерно подобрение в използваните към днешен ден транспондери. Разработката може да се адаптира към увеличаване на дължината на връзките, сгъстяване на спектралните канали или използване на по-сложни техники за модулация. Според учените технологията е „мост между сигурността на утрешния ден и терабайтовите канали, необходими днес“. Експерименталният прототип доказа, че криптирането на данни не изисква допълнителни хардуерни решения – то може да бъде интегрирано директно в предаването на оптичните сигнали.