La información es uno de los recursos más valiosos de nuestro tiempo. ¿Es útil la información? La pregunta es retórica. Por supuesto que si. Pero caer en las manos equivocadas, puede hacer daño. Es por eso que se utilizan varios métodos, técnicas y algoritmos de cifrado de datos. Después de todo, al comprar algo en la red, no desea que su información de facturación llegue a algún delincuente. Sin embargo, no todos los algoritmos son igualmente buenos. La protección de datos y los hackers (por simplicidad llamaremos a todos los ladrones de datos de esa manera) siempre trabajan uno frente al otro. Con la llegada de un nuevo método de cifrado, también aparecen nuevos métodos para evitarlo. Pero, ¿qué pasa si hay un algoritmo que no se puede descifrar? Esto es ayudado por generadores de números aleatorios cuánticos. Investigadores de la Universidad de Bristol (Reino Unido) han desarrollado un nuevo dispositivo de cifrado: un chip de 1 mm
2 , que utiliza fotones para generar números. Otra característica distintiva del nuevo producto es su velocidad: más de 1 Gbit / s. ¿Qué dificultades tuvo que superar, cuáles son las ventajas de este dispositivo en particular en comparación con otros, y qué tan seguros estarán nuestros datos? Buscaremos respuestas a estas y otras preguntas en el informe de los investigadores. Vamos
El principio de funcionamiento del dispositivo.La base del nuevo dispositivo son los principios de la fotónica de silicio, que se exagera y puede describirse de la siguiente manera: el flujo de señales eléctricas pasa a través del transmisor, donde se convierten en señales ópticas; entonces las señales van al receptor, donde se convierten nuevamente en eléctricas.
Esquemáticamente, se ve así:
Usando esta tecnología, se hizo posible integrar guías de onda en silicio, que dirigirá la luz (señal óptica) a través del chip, y no habrá pérdida de luz en el camino. Como resultado, tales guías de onda se pueden combinar con detectores integrados que funcionan a una velocidad muy alta para convertir una señal óptica en información.
Si es imposible predecir o calcular el algoritmo de cifrado, entonces la información está protegida de manera más confiable. Este dispositivo explota el hecho de que, bajo ciertas condiciones, el láser emitirá fotones al azar. La luz emitida por cualquier láser es una combinación de radiación
inducida * y
espontánea * .
Radiación inducida * : bajo la influencia de un fotón inductor, cuando el sistema pasa de un estado a otro, surge un nuevo fotón. Exagerado se le puede llamar radiación intencional.
Emisión espontánea * : emisión espontánea de ondas electromagnéticas por un sistema que las transfiere excitadas a un estado tranquilo.
A continuación se muestra un diagrama del dispositivo y su descripción.
Se utiliza un láser de diodo para generar radiación. Una pequeña parte de la luz se dirige al controlador de polarización, donde la luz se recoge en una guía de ondas de prueba para verificar las pérdidas. Y el resto del mundo se envía al controlador de polarización, donde se conecta en la cascada
de interferómetros Mach-Zehnder * .
Interferómetro Mach-Zehnder * : se utiliza para modular la intensidad de la luz independientemente de su polarización.
El primer y el último interferómetro desempeñan el papel de un divisor de haz personalizado. La central transforma
las fluctuaciones de fase * en
fluctuaciones de intensidad * .
La fluctuación de fase * es un tipo de distorsión lineal causada por una desviación de la señal de la frecuencia portadora.
Fluctuación de intensidad * : distorsiones en la potencia transportada por la onda.
Además, fuera de la cascada, hay 2 fotodiodos. Uno de ellos se usa como un "regulador" necesario para calibrar la fase de los interferómetros. Este proceso se lleva a cabo aplicando voltaje a los
cambiadores de fase integrados
* .
Phaser * : un dispositivo en forma de un dispositivo de cuatro terminales, en el que se proporciona un cambio de fase predeterminado constante entre el voltaje alterno en la entrada y la salida.
El segundo fotodiodo está conectado a un amplificador operacional con retroalimentación lateral (
OUStOS ), que convierte las fluctuaciones en la intensidad de la luz en fluctuaciones de voltaje (fluctuaciones). Estos últimos, a su vez, son digitalizados por un osciloscopio para generar bits aleatorios.
Velocidad de trabajoPara establecer la
frecuencia óptima de
muestreo * del dispositivo, se midió la
densidad espectral * en presencia de una señal óptica y en su ausencia.
Frecuencia de muestreo * : determinación del número de señales por 1 unidad de tiempo durante el muestreo de la señal.
La densidad espectral * es una característica del espectro de emisión, la relación de intensidad en un intervalo de frecuencia estrecho con el tamaño del intervalo en sí.
El gráfico anterior muestra los resultados de estas mediciones. Aquí puede ver un intervalo muy notable de
ruido oscuro * hasta una velocidad de aproximadamente 500 MHz. Esto está directamente relacionado con el amplificador operacional específico utilizado en el estudio y con la ubicación de la electrónica.
Ruido oscuro * : cambios estadísticos en el número de electrones generados térmicamente dentro de un píxel de manera independiente de los fotones. El ruido oscuro es el equivalente electrónico del ruido fraccional de fotones * .
Ruido de disparo * : distorsión de voltaje y corrientes en el circuito de un dispositivo eléctrico y electrónico.
Para verificar el funcionamiento del sistema, la ganancia del OTSTOS se estableció en 5 kΩ, ya que se utilizó el amplificador operacional del modelo LT6268-10 de Linear Technology. Su funcionamiento es estable a 5 kOhm o más.
Además, las mediciones mostraron que los fotodiodos son más de un orden de magnitud más rápido que OSTOS. Por lo tanto, las propiedades espectrales de la señal de voltaje analógica están determinadas casi por completo por la velocidad del OTSTOS.
El gráfico anterior también muestra algunos picos, principalmente en la región de 100 MHz, que son ruido ambiental que de ninguna manera afecta la generación de bits aleatorios.
Las mediciones mostraron que la tasa de generación potencial es de aproximadamente 2.8 Gbit / s. Si usa OSTOS más rápido, esta cifra se puede aumentar hasta 10 Gb / s.
Estabilidad laboralEl funcionamiento de cualquier sistema está plagado de ciertas dificultades y, más precisamente, de factores que pueden afectar negativamente su estabilidad. Por ejemplo, cuando se trabaja con fibras ópticas, cualquier cambio leve de temperatura puede cambiar la longitud de la fibra, lo que puede interrumpir la interferencia.
El uso de la fotónica integrada ofrece ciertas ventajas: el tamaño potencialmente pequeño del dispositivo y su monoliticidad. La compacidad le permite combinar todos los detalles necesarios en un pequeño chip. Pero la solidez evita muchos tipos de inestabilidad. Tales propiedades positivas son especialmente útiles cuando se trabaja con interferómetros desequilibrados, como es el caso con el chip descrito.
Este gráfico demuestra claramente un alto nivel de estabilidad del sistema durante 1 hora de operación continua. Este resultado se logró mediante la calibración de fase simple de un interferómetro desequilibrado cada 2-3 minutos (
línea roja en el gráfico). Si no se realiza la calibración, la señal (
línea azul ) se mantuvo estable durante varios minutos.
La línea amarilla en el gráfico representa la señal obtenida al normalizar la distorsión, dados los cambios en la polarización de la luz fuera del dispositivo de trabajo.
Por lo tanto, este dispositivo no solo muestra excelentes resultados de generar números aleatorios verdaderos, sino también un funcionamiento estable, no susceptible a la influencia de factores externos e internos.
La apariencia del chip (a la derecha de la moneda es 1 centavo, cuyo diámetro es solo 20.3 mm)Para familiarizarse con las pruebas de otras características del dispositivo, así como con los métodos para su implementación, recomiendo leer el informe de los científicos.EpílogoA veces la información se llama la moneda más valiosa del mundo. Si alguien robó una billetera, es molesto, pero no fatal (como regla). El robo de información puede conducir a enormes pérdidas financieras, e incluso a muertes. Esto no se puede permitir, por lo tanto, las tecnologías de cifrado no se detienen y se desarrollan, acumulando nuevos descubrimientos en varios campos de la ciencia.
Pero cualquier protección se puede eludir, ¿verdad? Quizás debido a este sorprendente invento descrito anteriormente, esta declaración no será tan inequívoca. Combinando un tamaño increíblemente pequeño, una alta velocidad de generación y la aleatoriedad absoluta del algoritmo, los científicos lograron crear un dispositivo que sea realmente capaz de proteger la información de cualquier intento de tomar posesión ilegal de ellos. Cuán pronto esta tecnología alcanzará su máximo potencial y se volverá omnipresente en el futuro cercano. Solo el tiempo y la prueba "en el campo" mostrarán si este chip en miniatura es tan bueno como dicen sus creadores.
Gracias por quedarte con nosotros. ¿Te gustan nuestros artículos? ¿Quieres ver más materiales interesantes?
Apóyenos haciendo un pedido o recomendándolo a sus amigos, un
descuento del 30% para los usuarios de Habr en un análogo único de servidores de nivel de entrada que inventamos para usted: toda la verdad sobre VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 núcleos) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps de $ 20 o cómo dividir el servidor? (las opciones están disponibles con RAID1 y RAID10, hasta 24 núcleos y hasta 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 veces más barato? ¡Solo tenemos
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV desde $ 249 en los Países Bajos y los Estados Unidos! Lea sobre
Cómo construir un edificio de infraestructura. clase utilizando servidores Dell R730xd E5-2650 v4 que cuestan 9,000 euros por un centavo?