رمزنگاری غیرقابل نفوذ: هوش مصنوعی و هولوگرام‌ها، داده‌ها را غیرقابل شکست می‌کنند

به گزارش سیلاد و به نقل از سای‌تک‌دیلی، در این روش، پرتوهای لیزر به الگوهایی کاملاً آشفته و غیرقابل پیش‌بینی تبدیل می‌شوند، به‌گونه‌ای که رمزگشایی آن‌ها بدون استفاده از شبکه عصبی آموزش‌دیده غیرممکن خواهد بود. این نوآوری می‌تواند انقلابی در عرصه‌ی رمزنگاری دیجیتال ایجاد کند.
 
با رشد فزاینده‌ نیاز به امنیت اطلاعات، پژوهشگران سیستمی نوری طراحی کرده‌اند که اطلاعات را به‌صورت هولوگرام رمزگذاری می‌کند؛ شیوه‌ای که روش‌های سنتی رمزنگاری قادر به نفوذ در آن نیستند. این پیشرفت می‌تواند مسیر ارتباطات امن‌تری را فراهم کند و در حفاظت از داده‌های حساس، نقش حیاتی ایفا نماید.
 
استلیوس تسورتزاکیس (رهبر تیم تحقیقاتی از مؤسسه ساختار الکترونیکی و لیزر، وابسته به بنیاد پژوهش و فناوری یونان و دانشگاه کرت) می‌گوید: «از ارزهای دیجیتال گرفته تا مدیریت، سلامت، ارتباطات و شبکه‌های اجتماعی، نیاز به سیستم‌های محافظتی قدرتمند برای مقابله با تقلب دیجیتال همواره در حال افزایش است.».

وی می‌افزاید: «سیستم جدید ما با بهره‌گیری از شبکه عصبی، کلید رمزگشایی را تولید می‌کند؛ کلیدی که تنها توسط صاحب سیستم رمزنگاری قابل تولید است».

در مقاله‌ای که در نشریه‌ Optica، وابسته به گروه انتشاراتی Optica منتشر شده، تسورتزاکیس و همکارانش توضیح می‌دهند که چگونه سیستم طراحی‌شده از شبکه‌های عصبی برای رمزگشایی اطلاعات پیچیده‌ ذخیره‌شده به‌صورت هولوگرام بهره می‌برد.

آن‌ها نشان دادند که شبکه‌های عصبی آموزش‌دیده می‌توانند اطلاعات فضایی در تصاویر درهم‌ریخته را با دقت بالا بازسازی کنند.
 
به گفته‌ی تسورتزاکیس، «مطالعه‌ ما پایه‌ای قدرتمند برای کاربردهای متعدد، به‌ویژه در رمزنگاری و ارتباطات نوری بی‌سیم امن، ایجاد کرده و راه را برای فناوری‌های نسل آینده در مخابرات باز می‌کند. روش ما حتی در شرایط سخت و غیرقابل پیش‌بینی، از جمله آب‌و‌هوای نامناسب که اغلب عملکرد سیستم‌های نوری در فضای آزاد را محدود می‌کند، قابل اعتماد است.»
 
پژوهشگران این روش جدید را زمانی طراحی کردند که دریافتند استفاده از هولوگرام برای رمزگذاری پرتو لیزر، موجب درهم‌ریختگی کامل و تصادفی آن می‌شود، به‌طوری‌که شکل اولیه‌ی پرتو از نظر فیزیکی قابل تشخیص یا بازسازی نیست. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که این پدیده می‌تواند ابزاری عالی برای رمزنگاری ایمن اطلاعات باشد.
 
تسورتزاکیس می‌گوید: «چالش اصلی، یافتن راهی برای رمزگشایی اطلاعات بود. ایده‌مان این بود که شبکه‌های عصبی را آموزش دهیم تا جزئیات بسیار دقیق الگوهای نوری آشفته را تشخیص دهند. با ایجاد میلیاردها ارتباط پیچیده در درون این شبکه‌ها، توانستیم شکل اصلی پرتوهای نوری را بازسازی کنیم. این بدان معنا بود که می‌توانیم کلید رمزگشایی‌ای بسازیم که برای هر پیکربندی سیستم رمزنگاری خاص و منحصر‌به‌فرد باشد».
 
گفتنی است برای ساخت سیستمی فیزیکی که پرتوهای نوری را به‌طور کامل و آشفته پراکنده کند، پژوهشگران از لیزری قدرتمند استفاده کردند که با محفظه‌ای کوچک پر از الکل اتانول تعامل می‌کرد.

این مایع ارزان‌قیمت، آشفتگی موردنظر را تنها در فاصله‌ای چند میلی‌متری ایجاد می‌کرد. علاوه بر تغییر شدت پرتو، تعامل نور با مایع باعث ایجاد اغتشاشات حرارتی نیز می‌شد که خود باعث افزایش شدت آشفتگی در الگوهای نوری می‌شد.
 

تیم پژوهشی برای اثبات کارایی این روش، از آن برای رمزگذاری و رمزگشایی هزاران تصویر دست‌نویس از ارقام، اشکال ستاره‌ای، حیوانات، ابزارها و اشیای روزمره استفاده کردند.

این داده‌ها از پایگاه‌های معتبری گرفته شده بودند که برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های بازیابی تصویر به کار می‌روند. پس از بهینه‌سازی روند آزمایش و آموزش شبکه عصبی، پژوهشگران توانستند با دقتی بین ۹۰ تا ۹۵ درصد، تصاویر رمزگذاری‌شده را بازسازی کنند. به گفته‌ی آن‌ها، این دقت با آموزش بیشتر شبکه عصبی می‌تواند حتی بیشتر شود.
 
پژوهشگران قصد دارند در گام بعدی، سطوح حفاظتی بیشتری مانند احراز هویت دو مرحله‌ای به سیستم اضافه کنند. همچنین، از آنجا که بزرگ‌ترین مانع تجاری‌سازی این فناوری، هزینه و اندازه سیستم‌های لیزر قدرتمند است، آن‌ها در حال بررسی جایگزین‌های کم‌هزینه‌تر و کوچک‌تر برای این نوع لیزرها هستند.