Хакеры против 6G: 0-1. Физический хаос убивает все пароли и ключи

Быстрое развитие беспроводных технологий и повсеместное подключение устройств к интернету усиливают необходимость надёжной защиты передаваемых данных. Современные методы шифрования, хоть и эффективны, требуют значительных вычислительных ресурсов и энергозатрат. Это особенно критично для небольших устройств с ограниченными возможностями, таких как датчики, дроны и носимая электроника.

Научные коллективы из Пекинского университета, Юго-Восточного университета, Университета Саннио и других учреждений предложили радикально новый способ защиты беспроводных коммуникаций, который не нуждается в паролях, ключах и сложных алгоритмах. Их решение основано на использовании реконфигурируемой метаповерхности, свойства которой изменяются с помощью хаотических сигналов. Главная цель работы состояла в том, чтобы исключить саму необходимость обмена секретными ключами, поскольку этот процесс уязвим, особенно в быстро меняющихся сетях или при масштабных развертываниях.

Вместо того чтобы шифровать уже созданные сообщения, авторы проекта переосмыслили подход к защите с самого начала. Система делает радиосигнал неразборчивым для всех, кто не находится в строго определённой точке пространства. Это достигается благодаря метаповерхности — тонкой инженерной структуре, которая действует как программируемое зеркало для радиоволн. Управляется она с помощью небольшого чипа, который генерирует уникальный хаотичный узор при каждой передаче сигнала.

Метаповерхность направляет чёткий сигнал только в одну точку — к получателю. Во всех остальных направлениях он искажается и превращается в бессмысленный шум. При этом не требуется менять ни передатчик, ни приёмник, ни протокол передачи данных. Получатель просто должен находиться в нужной точке, чтобы «услышать» сообщение.

Особенность метода в том, что хаос, лежащий в его основе, обеспечивает высокую степень непредсказуемости. В отличие от псевдослучайных генераторов, которые могут быть уязвимы при частичном раскрытии алгоритма, физический хаос крайне сложно воспроизвести или предсказать, особенно при попытке перехвата сигнала.

Команда создала и протестировала рабочий прототип, используя стандартные частоты и доступные компоненты. Результаты показали, что приёмник, расположенный в правильной позиции, получает сообщение с минимальными ошибками, тогда как устройства, даже немного смещённые по направлению, фиксируют только шум.

Алиса, отправитель, передаёт обычный беспроводной сигнал на программируемую метаповерхность. Метаповерхность создаёт уникальный шаблон для каждого сообщения. Она направляет сигнал чётко назначенному получателю, Бобу, одновременно шифруя его во всех остальных направлениях. В результате только Боб может декодировать сообщение, в то время как другие, такие как Eve1, Eve2 и Eve3, принимают только шум. (Nature.com)

Новая система совместима с существующими стандартами беспроводной связи и может быть внедрена в реальные устройства без значительных затрат энергии или переработки аппаратной части. Особенно полезной она может стать в ситуациях, где традиционные методы шифрования слишком громоздки или медленны — например, в интернета вещей, носимых гаджетах или беспилотных летательных аппаратах.

Следующий этап исследований направлен на уменьшение размера оборудования и работу с более высокими частотами, включая миллиметровые волны, которые станут основой связи шестого поколения. Учёные также стремятся адаптировать систему к подвижным условиям, чтобы она эффективно функционировала даже при перемещении передатчиков и приёмников — как в случае с дронами, автомобилями или носимой электроникой.

Долгосрочной целью проекта является создание устройств, изначально защищённых на физическом уровне — не за счёт паролей или программных протоколов, а благодаря самой природе их сигнала. Это может привести к фундаментальным изменениям в области безопасности беспроводных сетей.