Το χάος προστατεύει τα δίκτυα στην Αθήνα

Πηγή: PhysicsWeb - 17 Νοεμβρίου 2005

Μια ομάδα ευρωπαϊκών επιστημόνων έχει δείξει ότι το χάος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κρυπτογραφήσει και να στείλει δεδομένα με τη βοήθεια ενός εμπορικού δικτύου οπτικών ινών, χωρίς το φόβο να αποκτυπτογραφηθούν. Αν και η χαοτική επικοινωνία έχει αποδειχθεί στο εργαστήριο, αυτή είναι η πρώτη φορά που έχει αποδειχθεί στην πράξη με ένα πραγματικό δίκτυο οπτικών ινών (Nature 437 343).

Δεξιά: Ένας χάρτης της Αθήνας με το μητροπολιτικό δίκτυο που χρησιμοποιήθηκε για την πειραματική δοκιμή των χαοτικών επικοινωνιών.

Ο Claudio Mirasso του πανεπιστημίου των Βαλεαρίδων Νήσων στην Ισπανία, μαζί με συναδέλφους του στην Ελλάδα (ο καθηγητής Δημήτρης Συβρίδης του Τμήματος Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών του Πανεπιστημίου Αθηνών), τη Γαλλία, την Ιταλία, την Ισπανία, τη Γερμανία και τη Βρετανία, έδειξε ότι είναι δυνατό να ενσωματωθούν δεδομένα μέσα σε ένα χαοτικό σήμα, να τα στείλει σε μια μια απόσταση 120 χιλιομέτρων, και να αποκρυπτογραφηθούν εν συνεχεία στην άλλη άκρη.

Η επιστημονική ομάδα, που εργάζεται σε ένα πρότζεκτ της ΕΕ με το όνομα OCCULT, διαβίβασε τα στοιχεία με ένα ρυθμό 2,4 gigabits ανά δευτερόλεπτο στο μητροπολιτικό δίκτυο οπτικών ινών Αττικές Τηλεπικοινωνίες στην Αθήνα. Το σήμα ξεκίνησε από το εργαστήριο των ερευνητών στην Πανεπιστημιούπολη Ζωγράφου και κατέληξε πάλι εκεί έχοντας διανύσει συνολική απόσταση 120 χιλιομέτρων

Ο Mirasso και οι συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν ένα ζεύγος διόδων λέιζερ οδηγούμενα από μια μη γραμμική ανατροφοδότηση έτσι ώστε τα αποτελέσματά τους να γίνουν χαοτικά. Το στοιχείο ενσωματώθηκαν στην έξοδο του λέιζερ σε μια συσκευή αποστολής σημάτων, που είναι πολύ δύσκολο κάποιος να κρυφακούσει τα δεδομένα. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα χαοτικά σήματα περιέχουν ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, είναι δύσκολο να γίνει παρέμβαση.

Στο δέκτη, η χαοτική παραγωγή από το δεύτερο λέιζερ - που είναι συγχρονισμένο με το πρώτο λέιζερ - αφαιρείται για να μείνουν τα χρήσιμα δεδομένα. Αυτή η συσκευή είναι ουσιαστικά το κλειδί για την αποκρυπτογράφηση, καθώς η λειτουργία της εξαρτάται από τα μοναδικά φυσικά της χαρακτηριστικά.

Ακόμα και αν κάποιος κατάφερνε να υποκλέψει τη μετάδοση, χωρίς το κλειδί, το μόνο που θα μπορούσε να διαβάσει θα ήταν χάος.

Τα λέιζερ, που χρησιμοποιούνται ως οπτικοί πομποί στις τηλεπικοινωνίες, κανονικά είναι αρμονικοί ταλαντωτές, δηλαδή παράγουν ένα σύμφωνο, μονοχρωματικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Στο πείραμα αυτό το λέιζερ έγινε ασταθές δηλαδή μετατράπηκε σε χαοτικό ταλαντωτή, που παρήγαγε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεγάλου φασματικού εύρους.

Στην τελευταία έρευνα οι επιστήμονες μπόρεσαν να κρύψουν την πληροφορία μέσα σε αυτή την χαοτική ταλάντωση, αξιοποιώντας ένα πολύ μικρό, δυσδιάκριτο τμήμα του φάσματός της. Αλλά τα δεδομένα δεν χάνονται, καθώς το χάος εμπεριέχει οργάνωση και δεν είναι θόρυβος. Το λέιζερ-δέκτης αντιστρέφει τη διαδικασία και έτσι ο παραλήπτης του μηνύματος μπορεί να αφαιρέσει το χάος από το σήμα και να ανακτήσει την αρχική πληροφορία.

Σύμφωνα με το Mirasso, που είναι ο συντονιστής του προγράμματος, η προσέγγιση που βασίζεται στο χάος είναι ελκυστική επειδή είναι συμβατή και με την εγκατεστημένη οπτική ίνα και με τη δημοφιλή τεχνική μετάδοσης, γνωστή ως Wavelength Division Multiplexing (WDM).

"Τα προκαταρκτικά αποτελέσματά προτείνουν ότι η ασφάλεια μπορεί να είναι υψηλή, αλλά δεν έχουμε ακόμα βρει πόσο είναι", λέει ο Mirasso. "Αυτός είναι ο κύριος στόχος που πρέπει να καθορίσουμε για το μέλλον, να εξετάσουμε και να βαθμολογήσουμε την ασφάλεια που μπορεί να προσφέρει το σύστημά μας." 

"Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι πληροφορία μπορεί να μεταδοθεί σε υψηλούς ρυθμούς χρησιμοποιώντας ντετερμινιστικό χάος", ανέφερε ο υποψήφιος διδάκτορας Απόστολος Αργύρης - ένας από τους ερευνητές. Ενώ το επόμενο βήμα είναι η ανάπτυξη ολοκληρωμένων φωτονικών κυκλωμάτων χαοτικής κρυπτογράφησης, δηλαδή να ενσωματώσουν την τεχνολογία στις συσκευές της βασικής υποδομής του Διαδικτύου.