Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille

Salausmenetelmät, joita nykyään käytetään viestinnän turvaamiseen, voivat olla haastavia skaalata sellaisiin nopeisiin ja erittäin alhaisen latenssin järjestelmiin kuten 5G:lle ja muille millimetri- ja terahertsiaalloille.

Tämä johtuu siitä, että salauksen luonne edellyttää tietojen vaihtoa lähettäjän ja vastaanottajan välillä sekä laskentaa mikä lisää viivettä. Tästä johtuva latenssi on taas keskeinen haitta sellaisissa tehtävissä kuin autonominen ajaminen ja teollisuusautomaatio.

Vaihtoehtoinen lähestymistapa on käyttää fyysisen kerroksen tekniikoita, jotka perustuvat signaalin etenemisen fysiikkaan sisällyttämään turvaominaisuuksia ilman nimenomaista avainten vaihtoa. Princetonin yliopiston tutkijat ovatkin kehittäneet menetelmän, joka yhdistää turvallisuuden signaalin fyysiseen luonteeseen.

Nature Electronicsissa julkaistussa raportissa tutkijat kuvailevat kehittämäänsä millimetriaaltoista menetelmää, joka mahdollistaa turvallisen langattoman tiedonsiirron estämään sieppauksen vähentämättä verkon latenssia, tehokkuutta ja nopeutta.

Ajatuksen selittämiseksi auttaa kun hahmottelee langattomia lähetyksiä antenniryhmästä. Yhdellä antennilla radioaallot säteilevät antennista aaltoina. Kun useita antenneja toimii ryhmänä, niiden aallot häiritsevät toisiaan.

Antenniryhmä pystyy hyödyntämään tätä häiriötä/interferenssiä ohjattaessa lähetystä määrättyyn suuntaan. Pääsuunnan lisäksi syntyy toissijaisia suuntia jotka ovat heikompia kuin pääsuunta. Mutta tyypillisessä järjestelmässä ne sisältävät täsmälleen saman signaalin kuin pääsuunta. Näitä sivusuuntia hyödyntäen mahdolliset salakuuntelijat voivat vaarantaa viestisi.

Vanhemman tutkijan Kaushik Senguptan vetämä tiimi ymmärsi, että he voisivat estää salakuuntelun saamalla sivusuunnan signaalin näyttäytymään melkein kohinalta. He tekevät tämän pilkkomalla viestin satunnaisesti ja osoittamalla viestin eri osia antenniryhmän eri osiin. Tutkijat pystyivät koordinoimaan lähetystä siten, että vain aiotussa suunnassa oleva vastaanotin, pystyisi kokoamaan signaalin oikeaan järjestykseen. Kaikkialla muualla katkenneet signaalit saapuvat tavalla, joka näyttää kohinalta.

Kyseessä on avaruus-aika moduloitu lähestymistapa jossa hyödynnetään fyysisesti staattista kanavaa. Sen mahdollistaa korkeataajuisten sähkömagneettisten kenttien tarkka tila- ja aikamodulaatio.

Lisäksi jos salakuuntelija yrittäisi siepata viestin häiritsemällä päälähetystä, se aiheuttaisi lähetyksessä ongelmia joka olisi sitten havaittavissa. Vaikka olisi teoriassa mahdollista, että useat salakuuntelijat voisivat työskennellä yhdessä kerätäkseen kohinan kaltaiset signaalit ja yrittää koota ne uudelleen koherentiksi lähetykseksi mutta tähän tarvittavien vastaanottimien määrä olisi "epätavallisen suuri", selvittää Sengupta

Lisäksi tutkijat kokeilivat mikropiireille rakentamassaan järjestelmissä erilaisia vastatoimia tekoälyllä toimivia salakuuntelijoita vastaan erilasisin kohinan lisäominaisuuksin. ”Ja osoitimme myös tekniikoita, kuinka lähetin voi huijata salakuuntelijoita. Kyseessä on kuitenkin kissa- ja hiiri -leikki, Sengupta toteaa yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Metapinnat manipuloivat

Vuotaa ja eivuoda

Turvallista ja käytännöllistä viestintää