امنیت

استفاده از امواج آشوبناك برای انتقال محرمانه داده‌ها

"آشوبناكی" معمولا از نام و اعتبار خوبی در ذهن و تصور افراد برخوردار نیست، در حوزه ارتباطات نیز تنها می‌توان انتظار داشت كه علایم آشوبناك منجر به اخلال در ارتباطات و مخابرات شوند.


اما روش جدیدی كه در آن از امواج و علایم آشوبناك برای انتقال خصوصی و محرمانه اطلاعات استفاده می‌شود، می‌تواند در ترسیم چهره بهتری از این پدیدار نقش ایفا كند.


یك گروه از محققان در حوزه "تله كمونیكاسیون" (ارتباط از راه دور) آموزه تازه‌ای را مطرح كرده‌اند مبنی بر اینكه "هم‌زمانی منجر به برقراری ارتباط می‌شود - حتی هنگامی كه علایم مورد استفاده آشوبناك باشد." ‪Synchronization leads to communication ؟ even when the signals used‬ ‪" .are chaot‬
این آموزه را گروهی از پژوهشگران یونانی به سرپرستی محققی به نام "آرگیریس" در تازه‌ترین شماره نشریه "نیچر" ارایه كرده‌اند.


این محققان اعلام كردند توانسته‌اند با موفقیت اطلاعات دیجیتالی را با سرعت گیگا بایت با پرتو آشوبناك یك لیزر در مسیری از فیبرهای نوری به طول صد كیلومتر در اطراف شهر آتن، انتقال دهند.


در این روش فرستنده و گیرنده به صورت هم زمانی آشوبناك "‪chaotic‬ ‪ "synchrony‬با یكدیگر هماهنگ می‌شوند. این امر امكان می‌دهد تا اطلاعات مورد نظر به طور مطمئن از یك سو به سوی دیگر ارسال شود.


به این ترتیب در این شیوه به جای تلاش برای حذف پدیده آشوبناكی از ویژگیهای آن برای انتقال امن اطلاعات بهره گرفته شده است.


پدیده هم زمانی در سامانه‌های متناوب از قرن هفدهم و سال ‪ ۱۶۶۵‬به بعد شناخته شده است. در این سال "كریستیان هویگنس" مشاهده كرد آونگ ساعتهایی كه در آغاز با یكدیگر هماهنگ نیستند هنگامی كه در نزدیك هم قرار گیرند و یا به رابط مشتركی متصل شوند پس از مدتی هماهنگ می‌شوند و همراه با هم نوسان می‌كنند.


كرمهای شب تاب آسیایی كه به گونه‌ای هماهنگ برق بدن خود را در هنگام شب آشكار می‌سازند و غازهای وحشی كه در هنگام پرواز در آسمان هیئت هماهنگی به خود می‌گیرند و نیز حركت هماهنگ عابران بر روی پل هزاره در لندن كه موجب برهم خوردن تعادل پل شد، همگی نمونه‌هایی از حركات هم‌زمان هستند.


اما هم زمانی در عین حال در ماده بی‌جان نیز ظاهر می‌شود: لیزرها و میزرها هر دو از توانایی توده‌های بزرگ اتمها و مولكولها كه به طور هم زمان و هماهنگ نوسان می‌كنند و نور خود را به صورت منسجم منتشر می‌كنند بهره می‌گیرند.


نكته اصلی در سیستمهای هم زمان آن است كه اجزای سامانه به نحوی به یكدیگر متصل یا كوپله باشند. این امر در نهایت منجر به پیدایش الگوهایی موزون در زمان و مكان می‌شود.


اما می‌توان این پرسش را مطرح كرد كه آیا امكان رویت هم زمانی در سامانه‌های آشوبناك وجود دارد؟ یكی از علایم مشخصه سامانه‌های آشوبناك آن است كه اجزای آن از یكدیگر مجزا و منفصل هستند و تطور خود را به صورت جدای از دیگر اجزا انجام می‌دهند.


به این ترتیب در جریان تطور هر بخش اجزای سامانه رفتارهای این اجزا به نحو "اكسپونانسیل" از یكدیگر دور می‌شود، ولو آنكه شرایط اولیه این اجزا دقیقا نظیر هم باشد.


به همین علت است كه پیش بینی شرایط جوی تا این اندازه مشكل است و به همین علت است كه مشكل می‌توان شرایط جوی را از بیش از پنج روز قبل پیش بینی كرد.


 با این تفاصیل كشف نكته‌ای كه دانشمندان در حدود دو دهه قبل در مورد سامانه‌های آشوبناك به آن پی‌بردند همگان را حیرت‌زده كرد. نكته مورد اشاره از این قرار بود كه اگر بتوان دو سامانه آشوبناك را به نحو مناسب و در شرایط مطلوب به یكدیگر متصل و كوپله كرد ، آنگاه هرقدر هم شرایط اولیه این دو سامانه از یكدیگر دور و با هم بیگانه باشد، پس از گذشته مدتی دو سامانه به نحو هماهنگ با هم عمل خواهند كرد ولو آنكه هر یك در حد خود سامانه‌ای آشوبناك به شمار می‌آید.


اكتشاف بعدی در این خصوص كه لیزرها می‌توانند پرتوهای خود را در قالب الگوهایی انتشار دهند كه در زمان و مكان حالت آشوبناكی دارد این نكته را به ذهن دانشمندان القا كرد كه لیزرهای دور از هم را می‌توان با یكدیگر هم زمان و هماهنگ كرد به شرط آنكه بتوانند نور یكدیگر را، خواه از طریق هوا و خواه از طریق فیبر نوری، دریافت كنند.


آزمایشهایی كه در این زمینه صورت گرفت بزودی این نكته را مورد تایید قرار داد. این مساله نیز مشاهده شد كه برای هم زمان كردن این لیزرها كافی است تنها مقدار اندكی اطلاعات نوری میان آنها مبادله شود.


هم زمانی میان این گونه سامانه‌های آشوبناك به حد كافی پابرجا هست كه امكان انتقال اطلاعات مورد نظر را بین آنها فراهم آورد: اگر به یك سامانه لیزری آشوبناك كه كار فرستنده را انجام می‌دهد پیامی داده شود تا آن را انتقال دهد، این لیزر می‌تواند آن را در پوشش یا شكل موج آشوبناك خود جای دهد و همراه این امواج آشوبناك به سمت گیرنده بفرستد.


در این حال، گیرنده كه تا این زمان با فرستنده هم زمان شده بود و بنابراین خروجی آن درست همان ورودی آشوبناك فرستنده بود، در لحظه دریافت مجموعه جدید از فرستنده (حاوی پیام مندرج در امواج آشوبناك قبلی) واجد دو اطلاع مفید است كه اگر آنها را از یكدیگر تفاضل كند حاصل پیامی خواهد بود كه در درون امواج آشوبناك لیزر گیرنده مخفی شده بود.


یك گیرنده رادیو كه بر روی یك ایستگاه تنظیم شده، به همین ترتیب اطلاعات ارسالی از ایستگاه را كه بر روی دامنه امواج فرستنده سوار شده، از این امواج كه صرفا حامل هستند جدا و آنها را به صورت صوتی پخش می‌كند.


آگیریس و همكارانش گام بلندی در زمینه نشان دادن این امر برداشته‌اند كه انتقال اطلاعات به شیوه‌ای كه توضیح داده شد در جهان واقعی و دور از شرایط با ثبات آزمایشگاه نیز امكان پذیر است.


اعمال توانایی سامانه‌های آشوبناك برای انتقال اطلاعات امری مسحور كننده و نوید بخش است زیرا برای افرادی كه بخواهند به طور غیر مجاز به پیامی كه به این شیوه ارسال می‌شود، دست بیابند كار را بسیار دشوار می‌سازد.


به گفته محققانی كه آزمایشهای اخیر را انجام داده‌اند، انتقال اطلاعات با استفاده از سامانه‌های آشوبناك كاملا هماهنگ و مكمل روشهای متعارف رمزنگاری و یا سامانه‌های رمزنگار كوانتومی است.


نكته مهم در كار محققان یونانی سادگی شیوه‌ای است كه برای دستیابی به نتیجه مورد اشاره به كار گرفته‌اند. آنها از سامانه‌های لیزر دیودی آشوبناك و ابزارهایی كه در همه جا به نحو وسیع در دسترس است استفاده كرده‌اند و نتایجی كه به دست آورده‌اند كاملا در چارچوب نسبت خطا به اطلاعات مفید كه از طریق خطوط تجاری فیبر نوری انتقال می‌یابد، قابل قبول و معقول است.


شبكه فیبرنوری كه محققان در آتن مورد استفاده قرار داده‌اند به طور موقت خالی از ترافیك مخابراتی بود، اما همچنان به نقاط مختلف شبكه مخابرات اتصال داشت.


محققان با اندازه‌گیری مشخصه‌های مختلف شبكه فیبرنوری نظیر میزان كاهندگی علایم در آن و نرخ پراش نور، كوشیدند این جنبه‌های منفی را با استفاده از وسایل مناسب نظیر قرار دادن سه آمپلی فایر در ابتدای خط در ‪۵۰‬ كیلومتری فرستنده و درمحل گیرنده، جبران كنند.


فیلترهای نوری با پهنای باند یك نانومتر نیز در آن واحد هم مانع افت نوری می‌شد و هم از میزان نوفه و پارازیت می‌كاست.


طرح مورد استفاده آرگیریس و همكارانش استفاده از مدار بازخورد با تاخیر زمانی بود. این مدار طول موجهای آشوبناك با ظرفیت و ابعاد بالا با پهنای باند زیاد تولید می‌كند.


این رهیافت در عمل نشان داد از هر نظر ثمربخش است و می‌تواند در سامانه‌های دیگری كه به نحو دقیق طراحی شده‌اند مورد استفاده قرار گیرد.


به طور نمونه راهبرد این محققان با روش موسوم به "مالتی پلكسینگ طول موج" (‪ (wavelength multiplexing‬كاملا سازگار است. این روش اجازه می‌دهد كه از درون تنها یك فیبرنوری چندین طول موج مختلف را به صورت هم زمان انتقال داد.


آزمایش این محققان امكانات تازه و جالب توجهی را در عرصه مخابرات آشكار ساخته است. به طور مثال می‌توان همین نتایج را با استفاده از امواج الكترومغناطیس (به جای امواج نور) به دست آورد و یا از اطلاعات نوری برای انتقال اطلاعات هولوگرافیك استفاده به عمل آورد و به این ترتیب بر میزان محرمانه بودن پیامی كه انتقال می‌یابد، افزود.


به اعتقاد محققان موفقیت پژوهش اخیر نه تنها راه را برای شناسایی امكانات بیشتر در عرصه مخابرات و تله كمونیكاسیون هموار می‌كند بلكه بالاتر از آن می‌تواند زمینه را برای فهم عالیترین شبكه مخابرات و تله كمونیكاسیون، یعنی مغز انسان، فراهم آورد.

 


​​