"Αρνητικό φως" για κρυφές επικοινωνίες: η νέα μέθοδος που καμουφλάρει δεδομένα στη θερμική ακτινοβολία

Μηχανικοί από το UNSW Sydney και το Πανεπιστήμιο Monash δημοσίευσαν στο επιστημονικό περιοδικό Light: Science and Applications (Nature Publishing Group) μια νέα μέθοδο απόκρυφης μετάδοσης δεδομένων, την οποία αποκαλούν «θερμοακτινοβόλο επικοινωνία χωρίς υπογραφή» (thermoradiative signatureless communication). Η βασική αρχή είναι απλή στη σύλληψη αλλά εξαιρετικά δύσκολη στην υλοποίηση: αντί να εκπέμπει ένα αναγνωρίσιμο σήμα, το σύστημα προκαλεί ελαφρά μείωση της θερμικής ακτινοβολίας σε σχέση με το περιβαλλοντικό υπόβαθρο, κάτι που αποδίδεται στο φαινόμενο της αρνητικής φωτεινότητας (negative luminescence).

Κάθε αντικείμενο εκπέμπει φυσική υπέρυθρη ακτινοβολία ανάλογα με τη θερμοκρασία του — αυτό είναι αυτό που απεικονίζουν οι θερμικές κάμερες. Η ομάδα εκμεταλλεύτηκε το γεγονός ότι ορισμένα ημιαγώγιμα υλικά, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, μπορούν να κάνουν μια επιφάνεια να φαίνεται πιο σκοτεινή από το περιβάλλον της στο υπέρυθρο. «Είναι σαν έναν φακό που μπορεί κατά κάποιο τρόπο να γίνει σκοτεινότερος από το "σβηστό"», περιέγραψε ο δρ Michael Nielsen, επικεφαλής συγγραφέας από τη Σχολή Φωτοβολταϊκής και Ανανεώσιμης Ενέργειας του UNSW.

Το σύστημα χρησιμοποιεί συσκευές γνωστές ως θερμοακτινοβόλες δίοδοι (thermoradiative diodes), οι οποίες εναλλάσσουν γρήγορα την εκπομπή τους μεταξύ ελαφρώς υψηλότερης και ελαφρώς χαμηλότερης θερμικής ακτινοβολίας. Το αποτέλεσμα είναι ένα μοτίβο που εντάσσεται στον φυσικό «θόρυβο» του περιβάλλοντος. Για έναν εξωτερικό παρατηρητή, ακόμα και με θερμική κάμερα, δεν φαίνεται να μεταδίδεται τίποτα. Μόνο ένας δέκτης με τον κατάλληλο εξοπλισμό μπορεί να αποκωδικοποιήσει το κρυφό μήνυμα.

Η έρευνα αναπτύχθηκε εν μέρει από τη συνεχιζόμενη δουλειά της ίδιας ομάδας στην «ηλιακή ενέργεια νύχτας» (night-time solar), μια τεχνολογία που αντλεί ηλεκτρισμό από τη θερμική ακτινοβολία ακόμα και απουσία ηλιακού φωτός. Κατά τη διάρκεια εκείνης της έρευνας, οι επιστήμονες αναγνώρισαν ότι η αρνητική φωτεινότητα ήταν κρίσιμη για την απόδοση των θερμοακτινοβόλων διόδων — και αντιλήφθηκαν την εφαρμογή της στις κρυφές επικοινωνίες.

Στα εργαστηριακά πειράματα, η ομάδα κατάφερε ταχύτητα μετάδοσης περίπου 100 kilobytes ανά δευτερόλεπτο, χρησιμοποιώντας τελλουρίδιο υδραργύρου-καδμίου (mercury cadmium telluride) ως ημιαγωγό. Ο καθηγητής Ned Ekins-Daukes δήλωσε ότι ένα εμπορικό προϊόν με ταχύτητες megabit θα μπορούσε να γίνει πραγματικότητα μέσα σε λίγα χρόνια, ενώ συνεργάτες από το Monash έχουν υποδείξει τη χρήση γραφενίου ως πιθανό δρόμο για ρυθμούς τάξης gigabit ανά δευτερόλεπτο. Οι αναφορές αυτές ανήκουν στο επίπεδο ερευνητικής προοπτικής — δεν έχουν επιδειχθεί από το τρέχον πρωτότυπο.

Η σημαντικότερη διαφορά από τις υπάρχουσες μεθόδους ασφάλειας είναι ότι η αρνητική φωτεινότητα στοχεύει στο να καμουφλάρει και την ύπαρξη της ίδιας της επικοινωνίας μέσα στο θερμικό υπόβαθρο, όχι μόνο το περιεχόμενό της. Επιπλέον, η μέθοδος μπορεί να συνδυαστεί με παραδοσιακή κρυπτογράφηση, προσθέτοντας ένα επιπλέον επίπεδο προστασίας. Δυνητικές εφαρμογές περιλαμβάνουν στρατιωτικές επικοινωνίες, χρηματοοικονομικές υποδομές και διπλωματικά κανάλια, τομείς όπου ακόμα και η αποκάλυψη του γεγονότος της επικοινωνίας μπορεί να έχει συνέπειες.

Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα σε στάδιο απόδειξης ιδέας (proof of concept). Η ταχύτητα των 100 KB/s απέχει πολύ από τις ανάγκες πρακτικής ανάπτυξης, και η χρήση τελλουρίδιου υδραργύρου-καδμίου εγείρει ερωτήματα τοξικότητας που η ίδια η ομάδα αναγνωρίζει. Ο δρόμος προς εφαρμογές γραφενίου και υψηλότερους ρυθμούς μετάδοσης παραμένει ερευνητική πρόταση, όχι αποδεδειγμένο αποτέλεσμα. Τέλος, η μέθοδος απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό και στον πομπό και στον δέκτη, κάτι που θέτει φραγμούς στη μαζική υιοθέτηση βραχυπρόθεσμα.

Αν η τεχνολογία αναπτυχθεί όπως προβλέπουν οι ερευνητές, θα μπορούσε να αλλάξει τη λογική του τομέα της κρυπτογραφικής ασφάλειας: από το «κάνε το μήνυμα αδύνατον να διαβαστεί» στο «κάνε το μήνυμα αδύνατον να εντοπιστεί». Κατά εκτίμηση, οι πιθανότερες πρώτες εφαρμογές θα αφορούν στρατιωτικά και κρατικά κανάλια, πριν — αν ποτέ — φτάσει σε ευρύτερη εμπορική χρήση.

• UNSW Sydney Newsroom: New 'negative light' technology hides data transfers in plain sight
• TechXplore: New 'negative light' technology hides data transfers in plain sight
• Light: Science and Applications (Nature): Balancing positive and negative luminescence for thermoradiative signatureless communications