Сегодняшние магистральные сети передают данные со скоростью в сотни гигабит, но используемое ими шифрование (IPsec, TLS) не защищает от перехвата оптического сигнала на физическом уровне. Альтернативные методы шифрования на физическом уровне, например, квантовое распределение ключей или хаотические лазеры, снижают скорость передачи или требуют применения нестандартного оборудования.
У обычных флеш-накопителей другая проблема: они обеспечивают абсолютную секретность благодаря методу одноразового шифрования (OTP), но работают медленно, на уровне килобайтов в секунду. Созданная учеными технология интегрированного шифрования и связи (IEAC) обещает одновременно и высокую скорость передачи, и надежное шифрование, поскольку использует сам формат модуляции световых импульсов в качестве шифра.
Световой сигнал в оптоволокне можно сравнить с мишенью для дартса — каждая точка на такой мишени соответствует определённой комбинации амплитуды и фазы, кодирующей цифровые данные. Современные телекоммуникационные системы со скоростью 400 Гбит/с уже применяют особую технологию, которая оптимально распределяет эти точки для устойчивости к помехам. Китайские ученые пошли дальше и заставили нейросеть динамически изменять расположение этих точек. Для каждого передаваемого пакета система генерирует уникальную псевдослучайную конфигурацию с помощью синхронизированных генераторов случайных чисел на обоих концах канала.
Авторизованные пользователи с общим криптографическим ключом могут корректно интерпретировать передаваемую информацию, в то время как перехватчик видит лишь хаотичный набор сигналов.
С математической точки зрения, система обеспечивает максимальную взаимную информацию (MI) между авторизованными узлами и минимальную — для любых несанкционированных устройств. Эксперименты показали, что величина MI для перехватчика снижается с типичных 4 бит на символ до значений ниже 0,2 бит, что делает расшифровку принципиально невозможной — перехваченные данные статистически неотличимы от случайного шума.
В демонстрации использовались 26 длин волн в C-диапазоне, обеспечивающих общий спектр 3,9 ТГц. Каждый канал передавал сигнал с модуляцией 32 GBd и двойной поляризацией, сформированный с помощью ИИ. Сигнал проходил через замкнутый оптоволоконный контур, имитирующий 1200 км волокна с нелинейными искажениями. В итоге были зафиксированы битовые ошибки ниже 2 × 10⁻², что соответствовало стандартам коммерческой коррекции ошибок, при этом поток данных достиг скорости 1 Тбит/с.
IEAC базируется на стандартной когерентной оптике, без применения квантовых технологий, поэтому ее можно реализовать как обновление ПО в уже используемых транспондерах. Разработка адаптируется к увеличению протяженности линий связи, уплотнению спектральных каналов или использованию более сложных методов модуляции. По словам ученых, технология — «мост между безопасностью завтрашнего дня и терабитными каналами, которые нужны сегодня». Экспериментальный прототип доказал, что шифрование данных не требует дополнительных аппаратных решений — оно может быть интегрировано непосредственно в передачу оптического сигнала.
