Команда профессора Лилин Йи из Шанхайского университета Цзяо Тун успешно решила сложную проблему в области телекоммуникаций. В результате проведенных экспериментов, о которых сообщалось на этой неделе в National Science Review, им удалось передать один терабит информации в секунду через стандартный оптоволоконный кабель на расстояние 1200 км. Это приблизительно эквивалентно 40 потокам Netflix в формате Ultra-HD. При этом, подслушивающие устройства услышали лишь шум, не смогли перехватить передаваемую информацию.
Скрытность заключается в использовании программного обеспечения «Интегрированное шифрование и связь» (IEAC), в котором шифр воплощен в физическую сущность света. Существующие магистральные линии связи уже способны передавать огромные объемы данных, но они опираются на более высокий уровень шифрования (IPSec, TLS), который не обеспечивает надежной защиты в случае перехвата необработанного оптического сигнала хакером. Существуют альтернативы на физическом уровне, такие как квантовое распределение ключей или использование хаотических лазеров, но они либо сильно замедляют работу сетей, либо требуют применения нестандартного оборудования.
IEAC - новейшая технология, которая решает проблему одноразового пароля и скорости передачи данных у традиционных флеш-накопителей. Эта архитектура позволяет использовать модуляцию световых импульсов в качестве шифра, превращая каждый символ в блокнот с одноразовыми данными.
Вообразите, что оптоволокно подобно мишени для дартса, где каждая точка представляет собой уникальную комбинацию амплитуды и фазы, кодирующую несколько бит информации. Современные коммерческие каналы с высокой скоростью передачи данных используют геометрическое формирование созвездий (GCS) для преобразования этих точек в устойчивые узоры, минимизируя воздействие дисперсии и шума.
Исследователи группы профессора Йи разработали новый метод передачи данных для дротиков с использованием глубокого обучения. Нейронная сеть теперь создает уникальную схему для каждой порции информации с помощью случайных чисел на передатчике и приемнике. Пользователи с доступом видят четкую структуру, в то время как для прослушивающих устройств она выглядит как снежная буря.
Математические исследования позволили ученым оптимизировать обмен информацией между законными узлами и уменьшить доступную информацию для нелегальных пользователей. Практически это означает, что для потенциальных подслушивающих количество информации сократилось с четырех бит на символ до менее чем 0,2, что делает передаваемые данные практически неотличимыми от фонового шума.
В ходе демонстрации в аппаратной среде были использованы 26 длин волн, распределенных по всему диапазону C, образующие в совокупности спектр объемом 3,9 ТГц. Сигналы двойной поляризации со скоростью 32 ГБ/с передавались через каждый канал, созданные с применением искусственного интеллекта, после чего они проходили по замкнутому контуру, имитирующему 1200 км оптического волокна с нелинейными искажениями. В конце пути команда отметила частоту ошибок в битах ниже 2 × 10−2, что соответствует коммерческим стандартам коррекции ошибок при передаче, и при этом сохраняла скорость передачи данных на уровне 1 Тб/с.
Важность использования данных искусственного интеллекта в цунами
Обучение моделей и облачная аналитика способствуют удвоению глобального трафика в центрах обработки данных примерно каждые два-три года. Операторам требуются большие вычислительные мощности и обеспеченная конфиденциальность для обработки медицинских записей, финансовых операций и собственных алгоритмов искусственного интеллекта.
IEAC использует стандартную когерентную оптику, и не имеет ничего квантового или герметичных "черных ящиков", что позволяет его легко встроить в существующие транспондеры в качестве обновления прошивки. Конструкция обладает масштабируемостью: механизм машинного обучения может быть переобучен для обработки более длинных диапазонов, более густых сеток длин волн и более сложной модуляции по мере совершенствования оборудования.
Сегодняшние терабитные каналы стали мостом к безопасному завтрашнему дню, как считает профессор Йи. Одним лабораторным прототипом команда продемонстрировала, что шифрование можно интегрировать в световые сигналы, передаваемые на огромные расстояния между континентами, и больше не обязательно добавлять его как дополнительную функцию.