ランダムなオブジェクトとの光通信を保護する

2023 年 7 月 17 日

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KW Wesselink著、トゥエンテ大学

Complex Photonic Systems (COPS) グループの研究者は、ランダムなマテリアルの 2 つの層を使用して、光通信を介して送信されるメッセージを暗号化および復号化しました。 これにより、送信者と受信者を同時に隠し、光が両方の層を通過したときにのみメッセージが受信されるようになりました。

研究チームは研究結果を学術誌「Optics Express」に発表し、この概念実証は可視光通信システム、光忠実度（LiFi）、光ファイバー通信に応用できると考えている。

デジタル情報が相互接続された世界の生命線である時代においては、そのセキュリティを確保することが最も重要です。 暗号化はデータを保護する上で重要な役割を果たし、単純なメッセージを複雑なパターンに変換してから元に戻し、メッセージが途中で傍受された場合に解読不能にします。

テクノロジーが前例のないペースで進歩するにつれ、コミュニケーションの未来は可視光の領域にあります。 しかし、この最先端の通信形式のセキュリティをどのように保証できるのでしょうか?

驚くべきことに、その解決策は日常の物の中に見つかるかもしれません。 トゥエンテ大学の研究者らは、アイントホーフェン工科大学および革新的な Signify 社 (以前はフィリップス ライティングとして知られていた) の専門家と協力して、絵の具の層、紙、または照明などのランダムな素材が、ガラスディフューザー - メッセージをスクランブルすることで光通信の機密性を高めます。

光がこれらのランダムな素材を通過すると、複数の方向に散乱し、スペックル パターンとして知られる複雑なパターンを作成します。 まさにこのパターンが暗号化の基礎となります。

この暗号化は、物理的複製不可能機能 (PUF) の概念に従っています。 PUF は非常に複雑なオブジェクトであるため、現在のテクノロジーではコピーできません。 PUF が暗号化キーとして使用される場合、複製不可能な正しいキーのみが情報にアクセスできます。 この場合、キーはランダム オブジェクトであり、情報はスペックル パターンです。

Complex Photonic Systems (COPS) グループの研究者は、この概念をさらに推し進めました。 単一のキーを使用してメッセージを暗号化する代わりに、ランダムなメディアの 2 層を二重キーとして使用します。 これにより、送信者と受信者が同時に隠され、光が両方のキーを通過したときにのみメッセージが受信されます。 転送中のメッセージを傍受しようとする悪意のある盗聴者は、元のメッセージとはまったく関係のない、ランダムなパターンの無意味な混合物に直面することになります。

さらに、システムの冗長化により機密性が高まります。 提案されたシステムは、送信側のスクリーンプロジェクター (またはビーマー) に似たデバイスを使用して入射光を変調することに基づいています。 ランダムなマテリアルは非常に複雑であるため、2 つのキー間のランダム パターンを変更しながら、光を変調する方法は何千通りもあり、結果として同じメッセージが得られます。 送信者が異なる変調を常に切り替えている場合、中間の攻撃者はランダム パターンで圧倒されますが、受信者は影響を受けません。

Alfredo Rates、Joris Vrehen、Bert Mulder、Wilbert L. Ijzerman、および Willem L. Vos による論文「複数の散乱層からのスペックルを使用した光通信の機密性の強化」が、Optics Express に掲載されました。 出版に使用されたデータは Zenodo データベースで入手できます。