Verschlüsselung mit Chaos

Sie kennen Ihren eBay-Kauf? Die von Ihnen gesendete Online-Kreditkartenzahlung? Der Kontoauszug, den Sie am Computer überprüft haben? Diese Transaktionen enthielten sensible Informationen über Sie, die dank einer Verschlüsselungssoftware, die die Nachricht vor dem Senden verschlüsselt (und sie entschlüsselt, sobald sie von der beabsichtigten Partei empfangen wurde), größtenteils privat gehalten werden.

Aber Software ist nicht die einzige Möglichkeit, digitale Informationen zu schützen. Jetzt suchen Forscher nach Möglichkeiten, Laser mit chaotisch fluktuierenden Signalen auszunutzen, um Nachrichten, die über Glasfaserleitungen gesendet werden, eine zusätzliche Privatsphäre zu verleihen. Durch das Einfügen einer Nachricht in einen solchen Laserstrahl erfordert die Entschlüsselung der Nachricht einen nahezu identischen Laser, um sie zu empfangen – ein Prozess, der für die meisten Menschen nicht ohne weiteres zugänglich ist.

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Um die Machbarkeit der Technologie zu demonstrieren, Claudio Mirasso der Universitat de les Illes Balears in Palma de Mallorca, Spanien, und sein Team haben kürzlich gezeigt, dass chaotische Laser über 120 Kilometer kommerziell verlegter Glasfasern eine Nachricht senden und empfangen können. Noch beeindruckender: Die Übertragungsrate betrug ein Gigabyte Chaos-verschlüsselter Informationen pro Sekunde – vergleichbar mit der der meisten kommerziellen Datenübertragungen. Es war ein großer Schritt, diese exotische Verschlüsselungstechnik erstmals in die reale Welt zu übertragen.

Um eine Nachricht innerhalb eines chaotischen Lichtstrahls zu senden, erklärt Mirasso, muss die Nachricht zunächst in ein optisches Signal umgewandelt werden. Es wird dann einem Laser zugeführt, der es im Laserstrahl weiterleitet. Die Forscher verstärken dann das natürlich auftretende Chaos im Strahl und füttern ihn mit der Botschaft. Diese Nachricht plus Chaos wird an einen fast identischen Laser gesendet, der sie in seinem Laserhohlraum empfängt – dem Inneren eines Lasers, in dem Photonen stimuliert und emittiert werden.

An diesem Punkt, sagt Mirasso, tritt ein Phänomen ein, das als chaotische Synchronisation bezeichnet wird. Dieser von Wissenschaftlern zugegebenermaßen nicht ganz verstandene Prozess lässt die Leistung des empfangenden Lasers dem Message-Plus-Chaos des sendenden Lasers entsprechen. Um die ursprüngliche Nachricht zu entschlüsseln, wird das Chaos – ein bekanntes Signal des sendenden Lasers – vom Strahl des empfangenden Lasers abgezogen, wodurch die verborgenen Informationen enthüllt werden.

Lichtgeschwindigkeit und Zeit

Bevor die chaotische Nachrichtenverschlüsselung jedoch erfolgreich wird, muss sie als ebenso robust wie herkömmliche optische Signale nachgewiesen werden. In der 1. Januar-Ausgabe von IEEE Photonic Technology Letters , hat eine Gruppe bekannt gegeben, dass sie die Qualität einer durch Chaos verschlüsselten Nachricht getestet haben, indem sie sie über einen zwischengeschalteten Laser weiterleitet. Dieser Schritt ist entscheidend, erklärt Alan Shore der University of Wales in Bangor, da kommerzielle Systeme Relaisstationen verwenden, um die Reichweite einer Nachricht zu erhöhen, und durch Chaos verschlüsselte Nachrichten genauso stark sein müssen wie andere Informationen, die über ein Netzwerk gesendet werden. Shores Forschung zeigt auch, dass es möglich ist, Nachrichten an mehr als einen Empfänger zu senden und Nachrichten in einer Zwischenstufe zu extrahieren, was in optischen Standardnetzen üblich ist.

Mirassos nächstes Projekt beinhaltet die Entwicklung kompakter Geräte für die Chaos-basierte optische Kommunikation. Dennoch müssen einige Probleme mit der Technologie angegangen werden, stellt er fest. Zum Beispiel müssen Forscher immer noch das Sicherheitsniveau quantifizieren, das sie im Vergleich zu anderen [Techniken] wie softwarebasierter Verschlüsselung oder Quantenkryptografie bieten können, sagt er.

Mirasso schätzt, dass der Einsatz von Lasern zur Geheimhaltung von Informationen ungefähr fünf Jahre von der kommerziellen Durchführbarkeit entfernt ist.

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