Proteger la comunicación luminosa con objetos aleatorios.

17 de julio de 2023

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por KW Wesselink, Universidad de Twente

Los investigadores del grupo de Sistemas Fotónicos Complejos (COPS) utilizaron dos capas de materiales aleatorios para cifrar y descifrar un mensaje enviado mediante comunicación luminosa. Con eso, ocultaron al remitente y al receptor simultáneamente, y solo cuando la luz atravesó ambas capas se recibió el mensaje.

El equipo de investigación publicó sus hallazgos en la revista Optics Express y cree que esta prueba de concepto tiene aplicaciones en sistemas de comunicación de luz visible, fidelidad de luz (LiFi) y comunicaciones de fibra óptica.

En una era en la que la información digital es el alma de nuestro mundo interconectado, garantizar su seguridad es primordial. El cifrado juega un papel vital en la protección de nuestros datos, convirtiendo un mensaje simple en un patrón complejo y luego convirtiéndolo nuevamente, volviéndolo indescifrable si el mensaje es interceptado en el medio.

A medida que la tecnología avanza a un ritmo sin precedentes, el futuro de las comunicaciones está en el ámbito de la luz visible. Pero ¿cómo podemos garantizar la seguridad de esta forma de comunicación de vanguardia?

Sorprendentemente, la solución puede encontrarse en objetos cotidianos. Investigadores de la Universidad de Twente, en colaboración con expertos de la Universidad Técnica de Eindhoven y la innovadora empresa Signify (anteriormente conocida como Philips Lighting), han demostrado que materiales aleatorios, como una capa de pintura, un trozo de papel o una Difusor de vidrio: mejora el secreto de la comunicación luminosa codificando el mensaje.

Cuando la luz atraviesa estos materiales aleatorios, se dispersa en múltiples direcciones, creando un patrón intrincado conocido como patrón moteado. Este mismo patrón se convierte en la base del cifrado.

Este cifrado sigue el concepto de función física no clonable (PUF). Una PUF es un objeto tan complejo que no se puede copiar con las tecnologías actuales. Si se utiliza una PUF como clave de cifrado, solo la clave correcta (que no se puede clonar) puede acceder a la información. En este caso, la clave es el objeto aleatorio y la información es el patrón de motas.

Los investigadores del grupo de Sistemas Fotónicos Complejos (COPS) llevaron este concepto aún más lejos. En lugar de utilizar una única clave para cifrar el mensaje, utilizan dos capas de medios aleatorios como claves duales. Con ello ocultan al emisor y al receptor simultáneamente, y sólo cuando la luz pasa por ambas teclas se recibe el mensaje. Cualquier espía malicioso que intentara interceptar el mensaje en tránsito se enfrentaría a una mezcla sin sentido de patrones aleatorios, sin ninguna relación con el mensaje original.

Además, el secreto se ve reforzado por la redundancia del sistema. El sistema propuesto se basa en modular la luz incidente mediante un dispositivo similar a una pantalla proyector (o beamer) en el emisor. Debido a que los materiales aleatorios son tan complejos, hay miles de formas diferentes de modular la luz, lo que da como resultado el mismo mensaje, mientras se cambia el patrón aleatorio entre las dos claves. Si el emisor cambia constantemente entre las diferentes modulaciones, un atacante en el medio se ve abrumado por patrones aleatorios, mientras que el receptor no se ve afectado por ello.

El artículo, "Secreto mejorado en la comunicación óptica utilizando moteado de múltiples capas de dispersión", de Alfredo Rates, Joris Vrehen, Bert Mulder, Wilbert L. Ijzerman y Willem L. Vos, aparece en Optics Express. Los datos utilizados para la publicación están disponibles en la base de datos Zenodo.

Más información: Alfredo Rates et al, Secreto mejorado en la comunicación óptica utilizando moteado de múltiples capas de dispersión, Optics Express (2023). DOI: 10.1364/OE.493479

Rates Alfredo et al, Del ruido a la señal: correlación de moteado multicapa con aplicaciones en comunicación con luz visible, Zenodo (2022). DOI: 10.5281/zenodo.6397330

Información de la revista:Óptica Express

Proporcionado por la Universidad de Twente