Шанхайский университет Цзяо Тун только что решил одну из старейших проблем телекоммуникаций. Чем быстрее вы передаёте информацию по световому лучу, тем сложнее сохранить её в тайне. Но новая китайская сеть обеспечивает скорость до 1 Тбит/с и надёжное шифрование на 1200 км.
В лабораторных и полевых испытаниях, команда под руководством профессора Лилинь И (Lilin Yi) передала данные со скоростью 1 терабит в секунду (Тбит/с) — это примерно 40 потоков видео в формате Ultra HD — по стандартному оптоволокну длиной 1200 км, оставив потенциальным перехватчикам лишь помехи.
Секрет заключается в программно-определяемом уровне «интегрированного шифрования и связи» (IEAC — integrated encryption and communication), который скрывает шифр внутри самой физики света.
Читайте: Первая в мире 10G – Китай запустил сверхскоростную сеть в городе будущего Сюнъань
Почему скорость и секретность обычно мешают друг другу
Современные магистральные каналы связи уже передают сотни гигабит в секунду (Гбит/с), но они полагаются на шифрование более высокого уровня (например, IPsec [Internet Protocol Security, набор протоколов для защиты данных] или TLS [Transport Layer Security, криптографический протокол для безопасной связи]), которое не обеспечивает защиты, если хакер получит доступ к необработанному оптическому сигналу.
Существуют варианты защиты на физическом уровне — квантовое распределение ключей (QKD — quantum key distribution) или хаотические лазеры — но они сильно замедляют работу сетей или требуют специфичного оборудования.
У традиционных подходов противоположная проблема: например, метод одноразового блокнота (OTP — one-time pad, система шифрования, где ключ используется только один раз) обеспечивает высокую секретность, но работает на скоростях порядка килобайт в секунду.
IEAC — это первая архитектура, которая обещает и то и другое одновременно, поскольку она позволяет формату модуляции, «алфавиту» световых импульсов, одновременно служить и шифром.
Как IEAC превращает каждый символ в одноразовый блокнот
Представьте свет внутри оптоволокна как точки на мишени для дартса: каждая точка представляет собой комбинацию амплитуды и фазы, кодирующую несколько бит.
Коммерческие каналы связи 400 Гбит/с уже используют геометрическое формирование сигнальных созвездияй (GCS — geometric constellation shaping, метод повышения эффективности передачи сигнала путём изменения формы созвездия точек модуляции) для организации этих точек в паттерны, устойчивые к дисперсии и шуму.
Группа профессора И передала управление этой «мишенью для дартса» системе сквозного глубокого обучения. Нейронная сеть выбирает новую, псевдослучайную схему расположения точек для каждой порции данных, управляемая высокоскоростными генераторами случайных чисел на передатчике и приёмнике.
Авторизованные пользователи знают начальное число (seed), поэтому видят упорядоченную схему; перехватчик же видит «набор непонятных символов».
Математически исследователи оптимизировали систему для достижения максимальной взаимной информации (MI — mutual information, мера зависимости между двумя случайными величинами) между двумя легальными узлами и минимальной MI для любого, у кого нет ключа.
На практике MI для перехватчика упала с обычных 4 бит на символ до значения ниже 0,2 — настолько низкого, что восстановленный поток статистически неотличим от фонового шума.
1 терабит по реальному оптоволокну
Во время аппаратной демонстрации использовалось 26 длин волн, распределённых по всему C-диапазону (стандартный диапазон длин волн для оптической связи), что составило в общей сложности спектр 3,9 ТГц.
Каждый канал передавал сигналы с двойной поляризацией со скоростью 32 Гбод (GBd — гигабод, миллиард символов в секунду), сформированные с помощью сгенерированных ИИ сигнальных созвездий, а затем проходил через рециркуляционную петлю, имитирующую 1200 км проложенного оптоволокна, включая нелинейные искажения.
На принимающей стороне команда исследователей зафиксировала частоту битовых ошибок ниже 2 × 10⁻² — что с запасом укладывается в пределы коммерческих систем прямой коррекции ошибок — при этом обеспечивая чистую полезную нагрузку в 1 Тбит/с.
Почему это важно для потока данных ИИ
Глобальный трафик центров обработки данных удваивается каждые 2–3 года, что обусловлено обучением моделей ИИ и облачной аналитикой.
Операторам необходима как высокая пропускная способность, так и гарантированная конфиденциальность для медицинских записей, финансовых транзакций или проприетарных весов моделей ИИ.
Поскольку IEAC надстраивается над стандартной когерентной оптикой — без квантовых технологий или запечатанных «чёрных ящиков» — её можно внедрить как обновление прошивки в существующих транспондерах.
Архитектура также масштабируема: система машинного обучения может переобучаться для больших расстояний, более плотных сеток длин волн или модуляции более высокого порядка по мере совершенствования оборудования.
Профессор И называет эту разработку «мостом между безопасностью завтрашнего дня и терабитными каналами, которые нам нужны сегодня». С помощью одного лабораторного прототипа китайская команда показала, что шифрование больше не должно быть дополнительной «надстройкой» — его можно встроить в сам свет, на линейной скорости, на континентальных расстояниях.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU